英国《自然·地球科学》杂志：地球将在十亿年后回到贫氧、富甲烷状态 _英国

英国《自然·地球科学》杂志：地球将在十亿年后回到贫氧、富甲烷状态(Image via NASA Astrobiology.)
（）据科技日报（张梦然）：英国《自然·地球科学》杂志2日发表的一项最新研究首度表明，大气氧含量在宜居星球并非永远不变。该研究指出，地球的富氧大气将在约十亿年后回到一种贫氧、富甲烷的状态。而这一结论对人类在其他类地行星上寻找生命具有重要启示意义。
大气是一个星球自然环境的重要组成部分，与星球上的生命息息相关。判断行星是否存在生命的一个重要指标，就是可探测到的富氧大气，这显示了植物和光合作用的存在。地球目前高度含氧的大气正是地球生物圈的一大特征。不过一直以来，科学家们并不确定地球大气中这些基于氧气的生物特征有多长的寿命，尤其是遥远未来的可能情况。
此次，日本东邦大学研究人员尾崎和海和克里斯托弗·莱因哈特模拟了地球系统，通过模拟气候、生物学、地质学过程分析了地球大气条件的时间尺度。他们发现，地球的富氧大气可能会再持续十亿年，之后快速的脱氧作用，会让大气回到类似于25亿年前著名的“大氧化事件”（GOE）之前的早期状态。
25亿年前的“大氧化事件”是指大气中的游离氧含量突然增加。这一事件的具体原因迄今尚不得而知，但有若干种假说能加以解释，其中主流说法认为，由于海藻类植物进行光合作用，使得地球上的氧气迅速增加，而破坏氧气的甲烷细菌所依赖的镍元素的数量急剧减少，使大气中的含氧量大量增加。正是这一事件使地球上矿物的成分发生了变化，也使现在活动在地球上的动物有了的生存可能。而在“大氧化事件”之前，地球表面虽然已出现了海洋和陆地，但是空气中依旧氧气稀薄，因此当时的地球是“光秃秃”毫无“绿意” 。
地球目前已经46亿岁高龄了，研究团队在本次调查中认为，探测到大气氧的时间可能只占地球生命周期的20%至30% 。由此他们指出，如果其他星球也是如此，那么人类未来在搜索地外生命时，还需寻找其他的生物特征。
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（）据中国科学报（辛雨）：如今，氧气约占地球大气的21% 。这对于像人类这样需要氧气才能生存的大型复杂生物来说很重要。但在地球历史的早期，氧气含量要低得多，而且在遥远的未来，氧气含量可能会再次降低。近日，发表在《自然—地球科学》的一项研究发现，10亿年后，地球大气层将变成贫氧、富甲烷状态，不再适合人类居住。
日本船桥东邦大学的Kazumi Ozaki和美国佐治亚理工学院的Chris Reinhard模拟了地球的气候、生物和地质系统，分析预测了地球大气条件将如何变化。研究人员称，在接下来的10亿年里，地球大气将保持富氧状态，之后快速的脱氧作用会让大气回到类似于24亿年前大氧化事件前的状态。
研究人员认为，地球的含氧大气层不会是一个永久特征。这种转变的一个核心原因是，随着太阳老化，它将变得更热，并释放出更多的能量。由于二氧化碳会吸收热量并分解，因此太阳老化会导致大气中二氧化碳的数量减少。
Ozaki和Reinhard估计，10亿年后，二氧化碳水平将变得过低，以至于包括植物在内的光合作用生物将无法生存和产生氧气。这些光合生物的大量灭绝将是氧气大量减少的主要原因。
“氧气的下降将是非常极端的，我们估计现在的氧气将比未来多100万倍。”Reinhard说。
研究人员还估计，届时大气中的甲烷将同时增加，并达到目前的1万倍之多。一旦地球大气开始发生变化，它们将迅速发展。研究团队的计算表明，大气中的氧气可能在短短1万年里消失。
生物圈无法适应如此剧烈的环境变化。Reinhard表示：“之后，地球上的生命将只剩下微生物，目前隐藏在暗处的厌氧菌和原始细菌将再次占据主导地位。”陆地生物和水生生物将不复存在，臭氧层将消耗殆尽，将陆地和海洋暴露在高浓度的紫外线和炙热的太阳下。
这项研究是美国宇航局行星宜居性研究项目的一部分，含氧的生物特征通常用于识别宜居行星，该预测对寻找其他行星上的生命具有一定意义。
约翰斯·霍普金斯大学的Natalie Allen认为，氧气以多种形式存在，是一种非常重要的生物信号，并与地球上的生命紧密地交织在一起。但新预测表明，氧气的存在是可变的，在一个宜居星球上并不会永久存在。
波多黎各大学的Kevin Ortiz Ceballos认为，对于其他恒星周围与地球非常相似的行星来说，在它们的大气中可能检测不到大量的氧气，即使它们能够支持或曾经支持过复杂的生命。他表示，在行星周围没有检测到氧气并不意味着它们不适合居住。
Ozaki和Reinhard认为，可以用其他生物特征代替氧气来寻找外星生命。例如，行星大气中的碳氢化合物雾气可能会提供更持久的外星生命特征。
相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41561-021-00693-5