科学者たちは、地球の酸素が豊富な大気はあと11億年続くと推定している

太陽は数十億年かけて徐々に明るくなっていきます。この自然のプロセスは、地球の大気の気候と化学的性質をゆっくりと、しかし必然的に変化させます。科学モデルによると、複雑な生命に不可欠な酸素が豊富な大気には時間制限がある。

日本の東邦大学と米国のジョージア工科大学の研究者らは、気候、生物地球化学、地質学的プロセスを組み合わせたモデルを開発した。彼らは不確実性を計画するために 400,000 回以上のシミュレーションを実行しました。中心となる結果は、現在のレベルの 1% を超える酸素レベルが約 10 億 8,000 万年間続くはずであることを示しており、誤差は 1 億 4,000 万です。

地球の大気の進化をシミュレートするモデル

太陽の光度が増加すると、表面温度が上昇します。時間の経過とともに、これは光合成のための二酸化炭素の利用可能性に影響を与えます。植物やその他の酸素を生成する生物は限界に直面しています。

反応の連鎖により酸素生成量が減少します。このモデルは、臨界点に達すると急速な脱酸素が起こると予測しています。大気は、約24億年前に起こった大酸化現象以前の始生代と同様の状態に戻るだろう。

この移行は、湿気の多い温室効果が発生したり、海水が宇宙に大量に失われる前に起こります。脱酸素は、炭酸塩・ケイ酸塩サイクルと、マントル、海洋、地殻の間の減少したエネルギーの流れによって起こります。

• 太陽の明るさの増加により、徐々に温暖化が進む
• CO2削減により陸上光合成が制限される
• 生物学的酸素生成の低下
• 酸素を含む大気の光化学的不安定化
• 短い地質学的間隔で非常に低い O2 レベルに戻る

研究はNASAの支援を受けています

この研究は、NASA の系外惑星システム科学プログラム「Nexus for Exoplanet System Science」による取り組みの一環です。著者は尾崎一美とクリストファー・T・ラインハルト。この論文は2021年に雑誌『Nature Geoscience』に掲載され、今でも惑星の居住可能性に関する議論の参考となっている。

科学者たちは、このシナリオには非常に長い時間スケールが含まれることを強調しています。明らかに人為的原因がある現在の地球温暖化への影響を示すものは何もありません。太陽の進化は自然なゆっくりとした要因です。

海洋蒸発に先立って酸素が失われる

カリフォルニア大学サンディエゴ校のケミン・チャン氏が主導する別の研究は2024年から行われ、海が完全に消滅するまであと約1兆年間地球は居住可能であり続けると推定している。

このビジョンは一連の出来事を強化します。大気中の酸素が大幅に失われると、地球が完全に脱水状態になる前に起こるだろう。酸素に依存した複雑な生命が最初に影響を受けるだろう。

より単純な生命体や低酸素レベルに適応した生命体は、さらに長期間存続する可能性があります。ただし、主要なモデルは、既知の複雑な生物圏の条件として、現在の酸素化された大気に焦点を当てています。

他の惑星での生命の探索への影響

この結果は、酸素が豊富な大気が居住可能な惑星に永続的に存在するわけではないことを浮き彫りにしている。酸素ベースのバイオシグネチャーでは、一時的な段階を考慮する必要があります。

研究者らは、系外惑星の低酸素大気やさらには無酸素大気を検出することの重要性に注目しています。大気中の有機物の霧は、居住可能性の最終段階を示す可能性があります。

この研究は、居住可能性には恒星の進化と惑星周期によって定義される時間枠があることを裏付けています。地球は、深い地質学的スケールでのこの力学の具体例を提供します。

太陽進化のより詳しい背景

太陽は、その全盛期の半ばを迎えています。今から約50億年後には赤色巨星に拡大し、内惑星を飲み込む可能性がある。人生の問題はもっと早い段階から始まります。

太陽の光度は 10 億年ごとに約 10% 増加します。この蓄積された温暖化が、予測される大気の変化を引き起こします。気候モデルと化学モデルはこの軌跡を捉えます。

科学者たちはシミュレーションを改良し続けています。火山活動や内部と地表の間の還元流量の変動などの要因により、正確な時間枠が調整される可能性があります。平均値 10 億 8,000 万年は、最も可能性の高いシナリオを表しています。

この調査は、差し迫った大災害を予測するものではありません。それは、地球の生物圏の長期的な運命を形作る自然のプロセスを説明しています。