NASA และมหาวิทยาลัยในญี่ปุ่นคำนวณการสูญพันธุ์ของชีวิตบนโลกในหนึ่งพันล้านปี

นักวิจัยจาก NASA และมหาวิทยาลัย Toho ในญี่ปุ่น ใช้ซูเปอร์คอมพิวเตอร์เพื่อคำนวณเวลาที่อยู่อาศัยที่เหลืออยู่ของดาวเคราะห์โลก การคำนวณบ่งชี้ว่าชีวมณฑลจะพังทลายอย่างถาวรภายในเวลาประมาณหนึ่งพันล้านปี เหตุการณ์ดังกล่าวจะมีสาเหตุมาจากการลดออกซิเจนในชั้นบรรยากาศโลกอย่างค่อยเป็นค่อยไป นักวิทยาศาสตร์วิเคราะห์ตัวแปรสภาพอากาศหลายล้านรายการเพื่อให้ได้ข้อสรุปที่แม่นยำเกี่ยวกับอนาคตของโลก

กระบวนการนี้เชื่อมโยงโดยตรงกับวิวัฒนาการตามธรรมชาติของดวงอาทิตย์ ดาวฤกษ์เพิ่มความส่องสว่างอย่างต่อเนื่องตลอดยุคทางธรณีวิทยา การแผ่รังสีที่เพิ่มขึ้นนี้จะทำให้พื้นผิวโลกร้อนขึ้นและเปลี่ยนแปลงวัฏจักรทางเคมีที่ค้ำจุนพืชและสัตว์ สิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนจะสูญเสียความสามารถในการเอาชีวิตรอดได้นานก่อนที่โลกจะถูกทำลายล้าง

เปลวสุริยะเปลี่ยนวัฏจักรเคมีพื้นฐานของโลก

ความส่องสว่างของดวงอาทิตย์เพิ่มขึ้นประมาณหนึ่งเปอร์เซ็นต์ทุกๆ ร้อยล้านปี การเปลี่ยนแปลงนี้ดูจะมองไม่เห็นในช่วงเวลาของมนุษย์ แต่การสะสมพลังงานความร้อนอย่างต่อเนื่องส่งผลที่ตามมาอย่างลึกซึ้ง พื้นผิวโลกจะดูดซับรังสีในระดับที่มากขึ้นเรื่อยๆ ในช่วงสหัสวรรษทางธรณีวิทยาถัดไป มหาสมุทรจะเริ่มอุ่นขึ้นอย่างถาวรและเปลี่ยนแปลงกระแสน้ำในทะเลทั่วโลก

การให้ความร้อนอย่างต่อเนื่องจะช่วยเร่งการผุกร่อนของหินซิลิเกตที่อยู่ในเปลือกโลก ปรากฏการณ์ทางเคมีทางธรรมชาตินี้จะขจัดก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศในอัตราเร่ง พืชบกและแพลงก์ตอนพืชในทะเลอาศัยก๊าซนี้ในการสังเคราะห์แสงและปล่อยออกซิเจน หากไม่มีวัตถุดิบพื้นฐานนี้ พืชทั่วโลกก็จะเริ่มเหี่ยวเฉาและเป็นผลโดมิโนที่ร้ายแรงต่อห่วงโซ่อาหารทั้งหมด

ออกซิเจนที่ลดลงอย่างมากจะทำให้สิ่งมีชีวิตหายใจไม่ออก

การเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศจะเปลี่ยนสภาพแวดล้อมของโลกในลักษณะที่ไม่เป็นมิตรต่อสิ่งมีชีวิตส่วนใหญ่ที่รู้จักในปัจจุบัน นักวิจัยได้จัดทำแผนที่ระยะที่แน่นอนของการลดลงทางชีวภาพนี้ผ่านแบบจำลองทางคณิตศาสตร์ที่ซับซ้อน กระบวนการหายใจไม่ออกของดาวเคราะห์จะเป็นไปตามลำดับเหตุการณ์ที่เฉพาะเจาะจงซึ่งกำหนดโดยกฎของอุณหพลศาสตร์และชีววิทยาวิวัฒนาการ

• การแผ่รังสีดวงอาทิตย์ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องทำให้อุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกเพิ่มขึ้นและส่งผลต่อการระเหยของมหาสมุทร
• การลดลงอย่างมากของคาร์บอนไดออกไซด์ทำให้การสังเคราะห์แสงในพืชบกและสาหร่ายเป็นอัมพาต
• การผลิตออกซิเจนลดลงอย่างรวดเร็วจนกระทั่งถึงระดับวิกฤติที่ไม่สอดคล้องกับการหายใจของสัตว์
• บรรยากาศสูญเสียชั้นโอโซนที่ป้องกันและทำให้พื้นผิวได้รับรังสีอัลตราไวโอเลตที่เป็นอันตรายถึงชีวิตจากอวกาศ

ระดับออกซิเจนที่ลดลงอย่างรวดเร็วจะสร้างบรรยากาศคล้ายกับบรรยากาศบนโลกในยุคแรกเริ่ม หลายพันล้านปีก่อนเหตุการณ์ทางธรณีวิทยาที่เรียกว่า Great Oxygenation สัตว์ใหญ่ที่มีความต้องการการเผาผลาญสูงจะเป็นคนแรกที่ยอมจำนน มีเพียงจุลินทรีย์กลุ่ม extremophile เท่านั้นที่ปรับให้เข้ากับสภาพแวดล้อมแบบไร้ออกซิเจนและอุณหภูมิที่สูงมากได้อย่างสมบูรณ์แบบเท่านั้นที่จะสามารถยืดอายุการดำรงอยู่ของพวกมันออกไปเป็นระยะเวลาทางธรณีวิทยาได้อีกระยะหนึ่ง

การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์กำหนดขีดจำกัดชั่วคราวของชีวิต

ทีมงานระหว่างประเทศที่นำโดยนักวิทยาศาสตร์ คาซึมิ โอซากิ ประมวลผลการจำลองสภาพอากาศนับแสนครั้งบนเครื่องจักรประสิทธิภาพสูงมาก ซูเปอร์คอมพิวเตอร์บีบอัดข้อมูลจำนวนเทราไบต์เกี่ยวกับการแผ่รังสีของดวงดาว เคมีในมหาสมุทร ภูเขาไฟ และชีววิทยาเชิงวิวัฒนาการ พลังการประมวลผลมหาศาลทำให้สามารถทำนายพฤติกรรมของพลวัตของบรรยากาศภายใต้สภาวะที่รุนแรงของความเครียดจากความร้อนที่ยืดเยื้อได้

มีความแตกต่างพื้นฐานระหว่างการตายทางชีวภาพของโลกกับการทำลายล้างทางดาราศาสตร์ครั้งสุดท้าย ดวงอาทิตย์มีเชื้อเพลิงนิวเคลียร์ไฮโดรเจนเพียงพอที่จะส่องสว่างต่อไปอีกห้าพันล้านปีในช่วงเสถียร การวิจัยพิสูจน์ว่าชีวิตที่ซับซ้อนจะหายไปหลายพันล้านปีก่อนที่ไฟดาวฤกษ์จะกลืนกินเปลือกโลกในที่สุด

การค้นพบช่วยค้นหาดาวเคราะห์ที่สามารถอยู่อาศัยได้

การศึกษานี้ก้าวข้ามชะตากรรมของโลกของเราเองและส่งผลกระทบต่อฟิสิกส์ดาราศาสตร์สมัยใหม่ ความเข้าใจอย่างลึกซึ้งว่าบรรยากาศที่อุดมด้วยออกซิเจนเสื่อมโทรมลงอย่างไร ช่วยปรับเทียบเครื่องมือของกล้องโทรทรรศน์อวกาศใหม่ นักดาราศาสตร์ใช้ลายเซ็นชีวภาพเหล่านี้เพื่อประเมินอายุทางชีวภาพและระยะการพัฒนาของโลกที่ห่างไกล ดาวเคราะห์ที่ตรวจพบโดยไม่มีออกซิเจนอาจเป็นแหล่งสิ่งมีชีวิตในระยะแรกด้วยกล้องจุลทรรศน์หรือผ่านการพังทลายของขั้วแล้ว

แบบจำลองการคำนวณที่พัฒนาขึ้นนี้เป็นแผนที่วิวัฒนาการที่ใช้กับระบบดาวเคราะห์ได้ตลอดทางช้างเผือก การสังเกตดาวฤกษ์ที่มีอายุ มวล และความสว่างต่างกันทำให้ได้รับพารามิเตอร์ใหม่สำหรับการวิเคราะห์ทางเคมี ความรู้ทางวิทยาศาสตร์เกี่ยวกับความเปราะบางของวัฏจักรชีวธรณีเคมีกำหนดภารกิจการสำรวจอวกาศในอนาคตในการค้นหาสภาพแวดล้อมที่สามารถอยู่อาศัยได้นอกระบบสุริยะ