Jak długo rośliny przetrwają na Ziemi? Naukowcy oszacowali granicę ich istnienia

Nowe badanie pokazuje, jak długo rośliny przetrwają na Ziemi i od czego zależy przyszłość ziemskiej biosfery. Z przeprowadzonych symulacji wynika, że warunki sprzyjające życiu będą utrzymywać się jeszcze przez blisko 2 miliardy lat.

Słońce i dwutlenek węgla wyznaczą przyszłość roślin

Naukowcy wskazują, że rośliny pozostaną na Ziemi jeszcze przez bardzo długi czas, ale ich wzrost nie będzie możliwy zawsze. O długoterminowym istnieniu życia na Ziemi ostatecznie zadecyduje Słońce. Jego całkowita emisja energii, nazywana jasnością (luminosity), rosła o około 10 proc. na każdy miliard lat, kształtując w dużej mierze temperaturę powierzchni naszej planety, a proces ten będzie trwał jeszcze przez miliardy lat.

Drugim najważniejszym czynnikiem wpływającym na temperaturę jest efekt cieplarniany, który zależy głównie od stężenia dwutlenku węgla (CO₂) w atmosferze. Jest on naturalnie z niej usuwany w wyniku wietrzenia krzemianów (silicate weathering) – reakcji chemicznej zachodzącej między skałami, opadami deszczu i CO₂, która prowadzi do powstania wapnia i wodorowęglanów (bicarbonate). Ostatecznie trafiają one rzekami do oceanów i osadzają się na ich dnie w postaci węglanu wapnia.

W cyklu geologicznym węgiel ten ostatecznie powraca do atmosfery za sprawą erupcji wulkanicznych. Obecnie w wyniku wietrzenia krzemianów z atmosfery usuwanych jest około 130 milionów ton węgla rocznie, podczas gdy ludzie emitują obecnie około 90 razy więcej.

Naukowcy sprawdzili, jak długo rośliny przetrwają na Ziemi

W ramach nowego badania naukowcy z Blue Marble Space pod kierownictwem Jacoba Haqq-Misra i Erica Wolfa przyjrzeli się bliżej temu, jak długo na Ziemi będą mogły istnieć rośliny, analizując długoterminową przyszłość jasności Słońca i poziomu CO₂ w atmosferze z wykorzystaniem trójwymiarowego ogólnego modelu cyrkulacji klimatu oraz rozważając, czy wietrzenie krzemianów w przyszłości będzie silne, czy słabe. Badanie zostało opublikowane w czasopiśmie „Journal of Geophysical Research: Atmospheres”.

Jak podkreślają naukowcy, badanie wymagało uwzględnienia trzech głównych klas roślin, różniących się sposobem przeprowadzania fotosyntezy: roślin C₃, roślin C₄ oraz roślin wykorzystujących fotosyntezę CAM. Ich udział w światowej roślinności, pod względem liczby gatunków, wynosi odpowiednio około 95 proc., 3 proc. i 2 proc. Każda z tych grup ma inny próg niedoboru (starvation limit) CO₂: rośliny C₃ przestają funkcjonować przy stężeniu poniżej około 50 części na milion (ppm) CO₂ w atmosferze, rośliny C₄ – poniżej około 10 ppm, a gatunki CAM – przy jeszcze niższych wartościach. Badacze chcieli sprawdzić, kiedy takie poziomy CO₂ zostaną osiągnięte, w szczególności gdy tempo wietrzenia krzemianów zależy od temperatury.

Słabe wietrzenie krzemianów

W pierwszym scenariuszu badacze uwzględnili przyszły wzrost jasności Słońca, przyjmując początkowe stężenie CO₂ w atmosferze Ziemi. Założono, że tempo wietrzenia krzemianów będzie niewielkie.

W miarę jak Słońce stawałoby się jaśniejsze i powodowałoby wzrost temperatury, tempo wietrzenia krzemianów zwiększałoby się jedynie nieznacznie. W rezultacie poziom dwutlenku węgla w atmosferze nie spadałby znacząco i pozostawałby w przybliżeniu stały w porównaniu z obecnymi wartościami.

Zdaniem badaczy uzyskane wyniki wskazują na utrzymanie warunków sprzyjających życiu przy powoli rosnących temperaturach aż do około 1,5 miliarda lat od teraz, po czym nastąpiłoby znaczne ocieplenie trwające do około 2 miliardów lat. W tym czasie warunki umożliwiające istnienie złożonych form życia, takich jak rośliny, zanikałyby, a na Ziemi dominowałyby mikroorganizmy.

Silne wietrzenie krzemianów

W drugim przypadku naukowcy uwzględnili temperaturę powierzchni na dzisiejszym poziomie około 14,8℃ i założyli, że przyszłe tempo wietrzenia krzemianów będzie silne w porównaniu z obecnym. Jasność Słońca wzrosłaby o 20 proc. w ciągu 2 miliardów lat, dlatego poziom CO₂ malałby, ponieważ byłby usuwany z atmosfery przez intensywne wietrzenie. Powodowałoby to osłabienie efektu cieplarnianego, w wyniku czego temperatura powierzchni gwałtownie spadłaby.

Naukowcy wykorzystali swoje założenia w stworzonym przez siebie wyspecjalizowanym trójwymiarowym modelu klimatycznym o nazwie Exo-CAM, opracowanym do analizowania różnorodnych egzoplanet. Potrafi on uwzględniać szeroki zakres składów atmosfery, zarówno z odległej przeszłości Ziemi, jak i jej przyszłości.

Rośliny mogą przetrwać jeszcze blisko 2 miliardy lat

Model wykazał, że biosfera roślinna może przetrwać znacznie dłużej, niż wcześniej szacowano – od 1,35 miliarda do 1,86 miliarda lat, w zależności od tempa wietrzenia.

„Stwierdziliśmy, że życie na Ziemi przetrwa co najmniej do momentu, gdy jaśniejące Słońce doprowadzi do wyparowania naszych oceanów, czyli niemal za 2 miliardy lat. A nawet wtedy życie może znaleźć sposób, by opuścić Ziemię i nadal się rozwijać poza nią, dzięki technologiom takim jak orbitalne osłony przeciwsłoneczne lub długotrwałym procesom ewolucyjnym” – podsumowuje Jacob Haqq-Misra z Blue Marble Space.

Emil Gołoś