Содержание
Ученые рассказали, когда на Земле исчезнет весь кислород – Москва 24, 09.03.2021
09 марта 2021, 00:01
Наука
Несколько дней назад новостные сайты разразились пугающими заголовками: «Ученые предсказали катастрофу земной атмосферы! Солнце выжжет весь кислород на Земле!» Сообщения правдивы: кислород действительно исчезнет, и ученые действительно об этом сообщают. Вот только ждать катастрофы придется довольно долго. Подробнее – в материале нашего научного обозревателя Николая Гринько.
Фото: depositphotos/vampy1
Все звезды во Вселенной проходят в своем развитии несколько стадий, и наше Солнце не исключение. Приблизительно через миллиард лет его активность вырастет настолько, что все молекулы углекислого газа в земной атмосфере распадутся. Углекислый газ нужен растениям для фотосинтеза, без него вся флора погибнет и атмосфера Земли постепенно останется без кислорода. Процесс этот, по подсчетам ученых, займет пару тысяч лет, и выжить в таких условиях смогут только простейшие анаэробные организмы.
Именно об этом идет речь в статье Казуми Озаки из Университета Тохо и его американского коллеги Кристофера Рейнхарда из Технологического института Джорджии.
Есть повод поговорить о том, что ждет нашу планету в отдаленном, очень отдаленном будущем. На эту тему существует довольно много теорий, большинство которых складываются в единую, пусть и не слишком радостную картину.
Сейчас Земля находится в межледниковой эпохе, которая, по предположениям, закончится через 25 тысяч лет – планета вновь покроется ледниками. Правда, сегодня человечество так активно вырабатывает парниковые газы, что начало следующего оледенения может задержаться на пару тысячелетий. Радует, что долго вредить атмосфере мы не сможем: предполагается, что ископаемое топливо, которое мы активно сжигаем, закончится уже к 2200 году. Но и за этот срок вред для биосферы может достичь колоссального уровня и даже стать необратимым.
Все мы знаем, что когда-то на Земле был один-единственный суперконтинент, которому сегодня дали название Пангея.
Затем он раскололся на несколько частей, образовав современные материки. Но литосферные плиты продолжают двигаться, континенты ежегодно смещаются на несколько сантиметров. Континентальный дрейф приведет к тому, что через 250-300 миллионов лет материки вновь сойдутся, но на этот раз вокруг Антарктиды, а потом опять разделятся.
Правда, процесс этот не бесконечный: он будет продолжаться, пока на Земле есть океаны, а ядро планеты генерирует энергию. Водной оболочке ученые отводят чуть больше миллиарда лет – к этому сроку светимость солнца увеличится на 10% и светило полностью испарит всю жидкость с планеты и из атмосферы.
Наш естественный спутник – Луна – оказывает на планету положительное влияние: она стабилизирует наклон земной оси, и благодаря этому у нас не происходит резких смен климата с катастрофическими последствиями.
Фото: depositphotos/titoOnz
Но Луна постепенно удаляется от Земли, и через несколько миллиардов лет стабилизирующий эффект исчезнет. Наша планета, вероятно, начнет хаотично менять угол наклона, климат начнет резко меняться, и если к тому времени биосфера в каком-то виде сохранится, то выжить она не сможет.
Вернемся к Солнцу. По подсчетам ученых, через 6 миллиардов лет наш желтый карлик превратится в красного гиганта. Расширившись, светило поглотит Венеру и Меркурий. Атмосфера Земли будет полностью развеяна в космосе, а сама планета превратится в сплошной океан лавы – температура на поверхности превысит две тысячи градусов. Разумеется, жизни здесь не будет.
Финальная стадия наступит через 8 миллиардов лет. Солнце не взорвется, став сверхновой, – для этого нашей звезде недостаточно массы. После того как светило пройдет фазу красного гиганта, его внешняя оболочка будет сорвана и из нее образуется планетарная туманность. В центре этой туманности останется белый карлик – очень горячий и плотный объект, по размерам сопоставимый с сегодняшней Землей, и в течение многих миллиардов лет он будет остывать, пока не угаснет совсем.
Успокаивает лишь одно: если даже к этому моменту человечество каким-то чудом не вымрет, то давно уже сменит прописку, переселившись на другие планеты или искусственно созданные космические объекты.
Правда, откровенно говоря, никто из ученых даже не рассматривает такую вероятность. Но этот факт никак не мешает нам верить в то, что человечество ждет долгое и однозначно светлое будущее. Хотя…
Гринько Николай
наука
Что будет, если кислород на всей Земле исчезнет на 60 секунд — Ferra.ru
Ведущий YouTube-канала The Infographics Show рассказал, что случилось бы с людьми и другими живыми существами на Земле, если бы на 60 секунд пропал весь кислород.
Всего есть два сценария, по которым могут развиваться события после исчезновения кислорода на планете. Первый заключается в том, что Земля просто разрушится, причём почти мгновенно. В то же время если бы не стало на планете лишь кислорода, то всё развивалось бы по-другому и у людей был бы шанс выжить.
Итак, сценарий первый, при котором кислород в атмосфере исчезает. Через одну секунду небо немного изменится, так как солнечным лучам уже нужно будет проходить через меньшее число газов, чтобы достичь Земли.
Кроме того, спустя одну секунду ваше внутреннее ухо взорвётся из-за мгновенного изменения давления воздуха, которое вызвано нехваткой кислорода.
Вообще атмосфера нашей планеты состоит на 21 % из кислорода. При исчезновении кислорода резко изменится атмосферное давление. Причём опасным для вас будет не само изменение давления, а скорость этого изменения. Если кислород пропадёт мгновенно, то это будет как перемещение с уровня моря на 6500 футов (около 2 км) над уровнем моря. Поэтому у вас разорвутся барабанные перепонки и из ушей начнёт литься кровь.
Через три секунды вы всё ещё будете ощущать, как воздух попадает в ваши лёгкие, но вам его будет уже недостаточно. Кислород необходим клеткам организма для создания энергии. Если воздуха не будет, то клетки просто начнут постепенно умирать.
Даже если вам будет нечем дышать, то вы всё равно не умрёте мгновенно из-за нехватки кислорода. В среднем человек способен до необратимого повреждения мозга продержаться без воздуха примерно одну-две минуты.
Спустя пять секунд вы по-прежнему будете вдыхать воздух, но именно кислорода больше нет, поэтому такой процесс будет бессмысленным.
Через десять секунд самолёты, автомобили и другой транспорт останавливаются — просто перестают работать. Связано это с тем, что большинство двигателей работают благодаря смешиванию кислорода и бензина.
Помимо этого, без кислорода везде потухнет огонь.
Если же вы будете в момент исчезновения кислорода лететь на самолёте, то спустя 15 секунд его двигатели остановятся. Соответственно, лайнер просто начнёт падать. Даже кислородные маски не помогут, так как воздух, которым вы теперь дышите, в основном состоит из азота, а он способен привести к ожогам, спазмам, отёкам тканей горла и к смерти. К сожалению, никто из пассажиров самолёта не выживет к тому моменту, когда через минуту кислород вновь появится.
Через 30 секунд после исчезновения кислорода вы, скорее всего, упадёте на колени, пытаясь дышать. Также вы начнёте ощущать лёгкое жжение.
Дело в том, что из-за исчезновения кислорода солнечным лучам понадобится меньше времени, чтобы достичь поверхности Земли. Кроме того, озон сам по себе состоит из трёх атомов кислорода, поэтому озонового слоя тоже у планеты больше не будет. В результате ваша кожа, если будете стоять на улице, начнёт в буквальном смысле поджариваться и покрываться ожогами. Поскольку кислорода больше нет, то клетки в вашем теле станут погибать ещё быстрее. Из-за ультрафиолета может повредиться и ДНК — вплоть до появления различных мутаций, которые могут привести в ближайшее время к раку.
Из-за исчезновения озонового слоя начнут быстро таять ледники, а воды океана будут кипеть. Глобальные температуры в целом начнут сильно повышаться.
Спустя 60 секунд после исчезновения кислорода вы начнёте синеть и терять сознание. Кислорода в вашей крови больше не останется. Если вы в ближайшее время не найдёте источник кислорода, то вас уже нельзя будет спасти. В живых к этому моменту останутся рыбы, киты, черепахи, тюлени.
Когда спустя минуту кислород вернётся на Землю, вы придёте в себя и начнёте кашлять. Возможно, у вас будут проблемы с равновесием из-за внутреннего уха, но вы всё же восстановитесь.
Второй сценарий заключается в том, что кислород исчезнет на 60 секунд не только в атмосфере, но и на всей планете. В этом случае Земля была бы уничтожена задолго до того, как прошла бы минута.
Каждое живое существо по большей части состоит из воды. Кислород в целом нужен, чтобы внутри живого организма происходили необходимые для поддержания жизни процессы. Другими словами, все люди и все живые существа просто исчезли бы сразу же после того, как пропал бы кислород. Всё, что останется от планеты, — множество атомов. Исчезнут также все здания и горы.
Уже спустя две секунды исчезнут океаны. На их месте останутся кальций и соль.
Все здания, сделанные из бетона, начнут рушиться сразу же. В итоге они превратятся в кремнезём и известь. Металлические каркасы при этом сварятся друг с другом, так как все металлы покрыты оксидным слоем, который исчезнет.
Деревья тоже начнут разваливаться, так как на более чем 40 % состоят из кислорода. В целом вся планета в скором времени после исчезновения кислорода превратится в пыль, поскольку кислород составляет примерно 45 % земной коры и мантии.
Через пять секунд все элементы, которые останутся от планеты, будут свободно парить в открытом пространстве. Далее начнёт образовываться планета без кислорода за счёт притяжения к ядру всех частиц. Химический состав у неё будет другой. Наиболее распространёнными элементами, как полагают учёные, станут пирит и сульфид железа.
Через 61 секунду, когда кислород вернётся на планету Земля, на ней начнёт возрождаться жизнь. Правда, произойдёт это не сразу. Новые живые организмы появятся на планете спустя несколько миллионов лет.
Большая часть жизни на Земле погибнет из-за недостатка кислорода через миллиард лет
Карина Шах
Земля однажды будет выглядеть совсем иначе
Александр Юртченко / Алами
Через миллиард лет атмосфера Земли очень мало кислорода, что делает его непригодным для сложной аэробной жизни.
Сегодня кислород составляет около 21% атмосферы Земли. Его богатая кислородом природа идеально подходит для больших и сложных организмов, таких как люди, которым для выживания необходим газ. Но в начале истории Земли уровень кислорода был намного ниже — и, вероятно, он снова станет низким в отдаленном будущем.
Кадзуми Одзаки из Университета Тохо в Фунабаси, Япония, и Крис Рейнхард из Технологического института Джорджии в Атланте смоделировали климатические, биологические и геологические системы Земли, чтобы предсказать, как изменятся атмосферные условия на Земле.
Реклама
Исследователи говорят, что атмосфера Земли будет поддерживать высокий уровень кислорода в течение следующего миллиарда лет, прежде чем резко вернуться к низким уровням, напоминающим те, которые существовали до того, что известно как Великое событие окисления примерно 2,4 миллиарда лет. назад.
«Мы обнаружили, что насыщенная кислородом атмосфера Земли не будет постоянной особенностью», — говорит Одзаки.
Одна из основных причин этого сдвига заключается в том, что по мере старения наше солнце становится горячее и высвобождает больше энергии. Исследователи подсчитали, что это приведет к уменьшению количества углекислого газа в атмосфере, поскольку CO2 поглощает тепло, а затем распадается.
Подробнее: Ранняя атмосфера Земли могла быть токсичной, как и атмосфера Венеры
По оценкам Одзаки и Рейнхарда, через миллиард лет уровень углекислого газа станет настолько низким, что фотосинтезирующие организмы, включая растения, не смогут выжить и производят кислород. Массовое вымирание этих фотосинтезирующих организмов будет основной причиной огромного сокращения кислорода.
«Падение кислорода очень, очень резкое — мы говорим примерно в миллион раз меньше кислорода, чем есть сегодня», — говорит Рейнхард.
Исследователи также предполагают, что произойдет одновременное увеличение содержания метана до уровня, в 10 000 раз превышающего его содержание в атмосфере сегодня.
Как только изменения в атмосфере Земли начнут происходить, они будут быстро прогрессировать: расчеты команды показывают, что атмосфера может потерять кислород всего за 10 000 лет или около того.
Подробнее: Последняя жизнь на Земле: микробы будут править в далеком будущем
«Биосфера не может приспособиться к такому резкому изменению окружающей среды», — говорит Одзаки.
После этого жизнь на Земле будет исключительно микробной, говорит Райнхард. «Мир, в котором многие из анаэробных и примитивных бактерий в настоящее время прячутся в тени, снова захватит власть».
Наземная жизнь перестанет существовать, как и водная жизнь. Озоновый слой, состоящий из кислорода, будет истощаться, подвергая Землю и ее океаны воздействию высоких уровней ультрафиолетового света и тепла от палящего солнца.
Исследование было проведено в рамках проекта НАСА по обитаемости планет, и его предсказания имеют значение для поиска жизни на других планетах. Кислородсодержащие биосигнатуры обычно используются для идентификации обитаемых планет.
«Кислород во многих его формах является очень важной биосигнатурой, поскольку он тесно переплетен с жизнью на Земле», — говорит Натали Аллен из Университета Джона Хопкинса в Мэриленде. Но новое предсказание показывает, что присутствие кислорода изменчиво и может не быть постоянным на обитаемой планете.
«Это предполагает, что даже у планет вокруг других звезд, которые очень похожи на Землю, в их атмосфере может не обнаруживаться большое количество кислорода, даже если они могут поддерживать или поддерживали сложную жизнь», — говорит Кевин Ортиз Себальос. Университет Пуэрто-Рико. Отсутствие кислорода вокруг планет не означает, что они непригодны для жизни, говорит он.
Одзаки и Райнхард предполагают, что для поиска инопланетной жизни вместо кислорода можно использовать другие биосигнатуры. Например, углеводородная дымка в атмосфере планеты может служить более устойчивым признаком внеземной жизни.
Ссылка на журнал: Nature Geoscience , DOI: 10.1038/s41561-021-00693-5
Дополнительные сведения по этим темам:
- атмосфера
- земной шар
Откуда на Земле взялся кислород? : ScienceAlert
/Moment/Getty Images) (Андреас Шотт (Бонникс)
Сегодня около 21 процента атмосферы Земли состоит из кислорода.
Но атмосфере нашей планеты потребовалось время, чтобы развиться до ее нынешнего пригодного для дыхания состояния. Самая ранняя смесь газов, сформировавшая толстый слой вокруг нашей остывающей планеты около 4,6 миллиардов лет назад, мало чем отличалась от веществ, испускаемых вулканами, таких как метан, сероводород и углекислый газ.
Это были жестокие времена – не только внутренности Земли были переполнены летучими материалами, но и постоянные бомбардировки холодными камнями из внутренней части Солнечной системы доставляли постоянный приток свежего материала. Более крупные столкновения время от времени повторно нагревали поверхность, выпаривая любую собранную влагу и заставляя атмосферу оставаться в горячем беспорядке.
Тем не менее, этот непрерывный поток минералов, падающий с неба, также давал много азота в форме аммиака.
Когда в атмосфере Земли появился кислород?
Мы еще многого не знаем о деталях. Мы не совсем уверены, сколько азота снабжали нашу планету ранние минеральные дожди.
Но где-то около 4,3 миллиарда лет назад адские условия Земли, наконец, начали остывать, и поток космических камней ослаб.
Водоемы, накопившиеся достаточно долго для различных геохимических реакций — и, возможно, предшественников биохимии — в результате чего на планете образовалась сгущающаяся атмосфера, состоящая в основном из двуокиси углерода и азота.
Возможно, то тут, то там ощущались «дуновения» кислорода, поднимающегося из-за вулканической активности. Но ему не потребовалось много времени, чтобы отреагировать, оставив планету почти без кислорода в течение первого миллиарда лет своего существования или около того.
Что такое Великое событие окисления?
Самые ранние попытки Земли в области биологии должны были использовать энергию, скрепляющую один набор молекул, и использовать ее для создания органических материалов. В какой-то момент в начале игры, возможно, в течение сотен миллионов лет после формирования Земли, случайно был обнаружен механизм извлечения энергии, обеспечиваемой солнечным светом, из определенных химических веществ.
Хотя технически это был фотосинтез, он не вызывал избытка кислорода.
Эта «кислородная» разновидность фотосинтеза, по-видимому, могла возникнуть еще 3 миллиарда лет назад, если не раньше. Биологический механизм, называемый фотосистемой II, давал примитивным микробам толчок, позволяя им рекомбинировать углекислый газ и воду для образования необходимых им строительных блоков, а также щедрый заряд энергии.
Несмотря на сотни миллионов лет отрыгивания кислорода через океаны планеты, в атмосфере произошли минимальные изменения. Одним из возможных объяснений этого удивительного отсутствия кислорода является продолжающаяся морось метеоритов, скользящих по небу, оставляющая летучие газы, которые легко реагируют с мельчайшими следами молекулярного кислорода.
Какой бы ни была причина медленного накопления, около 2,4 миллиарда лет назад струйка газообразного кислорода, наконец, достигла значительного уровня, что привело к тому, что стало известно как Великое событие окисления.
Был ли кислород полезен для жизни на Земле?
Удивительно трудно сказать, какое влияние внезапное избыток газообразного кислорода оказало на биосферу Земли.
Теоретически кислород — довольно активный элемент. Даже сегодня у нас есть специализированные ферменты для борьбы с повреждениями, которые свободный кислород может нанести нашим более тонким органическим молекулам, таким как ДНК. Так что легко представить, что без приспособлений для работы с кислородом ранние организмы вымерли бы в огромных количествах.
Вполне возможно, что катастрофическая гибель действительно имела место. Исследования изотопов, запертых в минералах возрастом 2 миллиарда лет, показывают, что концентрация кислорода снизилась, когда углерод был заперт в крошечных телах бесчисленных страдающих микробов. Однако интерпретировать эту древнюю запись не совсем просто; другие исследования ставят под сомнение предположения, предполагая, что падение уровня кислорода может быть не связано с какой-либо огромной гибелью людей.
Примерно 600 миллионов лет назад концентрация молекулярного кислорода в нашей атмосфере наконец достигла 21 процента.
Этот период истории совпадает с появлением сложности живых существ. Трудно сказать, в какой степени кислород сыграл роль — в отличие от массивного разбрызгивания питательных веществ, высвобождаемых глобальным покровом ледников, царапающих поверхность.
С одной стороны, кислород сегодня является незаменимым средством высвобождения большого количества энергии из углеводородов. Идеальное топливо для современного многоклеточного организма на ходу!
С другой стороны, точный порядок оксигенации и первых сложных организмов является спорным, что делает отношения несколько сложными.
Земля когда-нибудь потеряет кислород?
Пока светит Солнце, цветут растения и идет фотосинтез, кажется, что наша планета всегда будет иметь достаточно приличное количество кислорода в своей атмосфере.