英國《自然·地球科學》雜誌：地球將在十億年後回到貧氧、富甲烷狀態(Image via NASA Astrobiology.)
（神秘的地球uux.cn報道）據科技日報（張夢然）：英國《自然·地球科學》雜誌2日發表的一項最新研究首度表明，大氣氧含量在宜居星球並非永遠不變。該研究指出，地球的富氧大氣將在約十億年後回到一種貧氧、富甲烷的狀態。而這一結論對人類在其他類地行星上尋找生命具有重要啟示意義。
大氣是一個星球自然環境的重要組成部分，與星球上的生命息息相關。判斷行星是否存在生命的一個重要指標，就是可探測到的富氧大氣，這顯示了植物和光合作用的存在。地球目前高度含氧的大氣正是地球生物圈的一大特征。不過一直以來，科學家們並不確定地球大氣中這些基於氧氣的生物特征有多長的壽命，尤其是遙遠未來的可能情況。
此次，日本東邦大學研究人員尾崎和海和克裏斯托弗·萊因哈特模擬了地球係統，通過模擬氣候、生物學、地質學過程分析了地球大氣條件的時間尺度。他們發現，地球的富氧大氣可能會再持續十億年，之後快速的脫氧作用，會讓大氣回到類似於25億年前著名的“大氧化事件”（GOE）之前的早期狀態。
25億年前的“大氧化事件”是指大氣中的遊離氧含量突然增加。這一事件的具體原因迄今尚不得而知，但有若幹種假說能加以解釋，其中主流說法認為，由於海藻類植物進行光合作用，使得地球上的氧氣迅速增加，而破壞氧氣的甲烷細菌所依賴的鎳元素的數量急劇減少，使大氣中的含氧量大量增加。正是這一事件使地球上礦物的成分發生了變化，也使現在活動在地球上的動物有了的生存可能。而在“大氧化事件”之前，地球表麵雖然已出現了海洋和陸地，但是空氣中依舊氧氣稀薄，因此當時的地球是“光禿禿”毫無“綠意”。
地球目前已經46億歲高齡了，研究團隊在本次調查中認為，探測到大氣氧的時間可能隻占地球生命周期的20%至30%。由此他們指出，如果其他星球也是如此，那麽人類未來在搜索地外生命時，還需尋找其他的生物特征。
相關報道：10億年後，地球將重度缺氧
（神秘的地球uux.cn報道）據中國科學報（辛雨）：如今，氧氣約占地球大氣的21%。這對於像人類這樣需要氧氣才能生存的大型複雜生物來說很重要。但在地球曆史的早期，氧氣含量要低得多，而且在遙遠的未來，氧氣含量可能會再次降低。近日，發表在《自然—地球科學》的一項研究發現，10億年後，地球大氣層將變成貧氧、富甲烷狀態，不再適合人類居住。
日本船橋東邦大學的Kazumi Ozaki和美國佐治亞理工學院的Chris Reinhard模擬了地球的氣候、生物和地質係統，分析預測了地球大氣條件將如何變化。研究人員稱，在接下來的10億年裏，地球大氣將保持富氧狀態，之後快速的脫氧作用會讓大氣回到類似於24億年前大氧化事件前的狀態。
研究人員認為，地球的含氧大氣層不會是一個永久特征。這種轉變的一個核心原因是，隨著太陽老化，它將變得更熱，並釋放出更多的能量。由於二氧化碳會吸收熱量並分解，因此太陽老化會導致大氣中二氧化碳的數量減少。
Ozaki和Reinhard估計，10億年後，二氧化碳水平將變得過低，以至於包括植物在內的光合作用生物將無法生存和產生氧氣。這些光合生物的大量滅絕將是氧氣大量減少的主要原因。
“氧氣的下降將是非常極端的，我們估計現在的氧氣將比未來多100萬倍。”Reinhard說。
研究人員還估計，屆時大氣中的甲烷將同時增加，並達到目前的1萬倍之多。一旦地球大氣開始發生變化，它們將迅速發展。研究團隊的計算表明，大氣中的氧氣可能在短短1萬年裏消失。
生物圈無法適應如此劇烈的環境變化。Reinhard表示：“之後，地球上的生命將隻剩下微生物，目前隱藏在暗處的厭氧菌和原始細菌將再次占據主導地位。”陸地生物和水生生物將不複存在，臭氧層將消耗殆盡，將陸地和海洋暴露在高濃度的紫外線和炙熱的太陽下。
這項研究是美國宇航局行星宜居性研究項目的一部分，含氧的生物特征通常用於識別宜居行星，該預測對尋找其他行星上的生命具有一定意義。
約翰斯·霍普金斯大學的Natalie Allen認為，氧氣以多種形式存在，是一種非常重要的生物信號，並與地球上的生命緊密地交織在一起。但新預測表明，氧氣的存在是可變的，在一個宜居星球上並不會永久存在。
波多黎各大學的Kevin Ortiz Ceballos認為，對於其他恒星周圍與地球非常相似的行星來說，在它們的大氣中可能檢測不到大量的氧氣，即使它們能夠支持或曾經支持過複雜的生命。他表示，在行星周圍沒有檢測到氧氣並不意味著它們不適合居住。
Ozaki和Reinhard認為，可以用其他生物特征代替氧氣來尋找外星生命。例如，行星大氣中的碳氫化合物霧氣可能會提供更持久的外星生命特征。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-021-00693-5