為什麼說地球宜居的時間只有10億年了?10億年後會發生什麼?

雖然現在的地球是一顆充滿生機的星球,但是地球卻不可能一直都適合生命存在,隨著時間的流逝,終有一天,地球將變得不再宜居。那麼地球宜居的時間還有多久呢?科學家給出的參考答案是:10億年。

為什麼說地球宜居的時間只有10億年了呢?簡單來講就是,在過去的日子裡,太陽一直在變亮,其釋放出的能量也越來越多,而這樣的情況在未來仍然會繼續,估計在10億年之後,太陽的亮度將在現有的基礎上增加10%左右,進而導致地球不再宜居。

太陽持續變亮的原因是什麼?

宇宙中恒星的能量產生機制可以簡單地描述為,恒星的引力坍縮會使其核心區域的溫度和壓強越來越高,當達到一定程度的時候,就會引發核心區物質的核聚變,而核聚變釋放出的能量就會形成一個向外的輻射壓,當恒星引力與輻射壓達到平衡時,恒星就會處于一種穩定的狀態,從而持續地發光發熱。

太陽就是一顆穩定「燃燒」的恒星,其核心區的核聚變主要是「質子-質子鏈反應」(如上圖所示),我們可以簡單地理解為,在太陽的核心區,氫原子核源源不斷地聚變成氦原子核,並向外釋放出巨大的能量。

由于太陽核心區的溫度和壓強都不滿足氦的聚變條件,因此太陽核心區的氦在生成之後就會不斷堆積,這樣就會造成核聚變的功率密度降低(或者說單位體積釋放的能量減少),如此一來,太陽內部的輻射壓就會變弱,于是太陽就會發生引力坍縮,而這會使其核心區的溫度和壓強出現提升。

由于核聚變反應的速率對溫度和壓強非常敏感,因此當太陽核心區的溫度和壓強提升之後,核聚變反應就會趨向激烈,其形成的輻射壓也會相應地增加,這樣就阻止了太陽的進一步坍縮,從而達到一個新的平衡。

然而這種新的平衡其實是建立在更高溫度和壓強的基礎上的,這就意味著,在太陽核聚變反應區外緣的鄰近區域,此時也達到了核聚變的條件,換句話來講就是,更多的物質會參與到太陽的核聚變中,這就會造成太陽的核心區比之前更大,釋放的能量也就越多。

以上所述是一個緩慢而漸進的過程,隨著這個過程的持續發生,太陽也就越來越亮了。

10億年後會發生什麼?

根據估算,10億年後的太陽輻射將使地球表面的平均溫度達到50攝氏度左右,在這樣的溫度下,地球表面的液態水將會不斷地蒸發到大氣層中,而由于水蒸氣本身就是一種溫室氣體,因此當大量的水蒸氣進入大氣層後,其造成的溫度效應又會使地球的溫度進一步升高,而溫度升高之後,又會使更多的液態水被蒸發……

在這種正回饋機制下,地球的溫度將會越來越高,海洋也會因此而蒸發殆盡,然而這僅僅是一個開始。

根據「海底擴張」理論,海洋的存在是板塊運動的關鍵因素,地球沒有了海洋,也就不再有板塊運動,在這種情況下,地球內部壓力的釋放只有通過火山運動這個管道了,據此可以推測出,屆時地球上的火山運動將會比現在頻繁很多,這會造成大量的二氧化碳從地球內部源源不斷地釋放到大氣層中。

地球上原本有兩個機制可以消耗大氣層中的二氧化碳,一個是植物和藻類的光合作用(這個相信大家都很熟悉,我們也就不細說了),另一個則是液態水,簡單來講就是,二氧化碳能夠與液態水反應生成碳酸,然後這些碳酸又會與其他元素(如鈣、鎂等)反應生成碳酸鹽,而這些碳酸鹽中的大部分都會逐漸沉澱下來,並在漫長的時間裡隨著地質運動進入地球深處。

然而在10億年後,植物和藻類都無法在嚴酷的自然環境中生存,海洋也蒸發殆盡,也就是說,上述兩種機制都不存在了,因此屆時地球大氣層中的二氧化碳將無法得到清除,而隨著火山運動的持續,越來越多的二氧化碳會從地球內部釋放出來,進而在地球上引發失控的溫室效應。

實際上,地球的「鄰居」——金星,就是因為失控的溫室效應而成為了一顆表面平均溫度接近500攝氏度的行星,而屆時的地球估計也不會比金星好多少,也就不再是一顆宜居行星了。

尾聲

當然了,「地球宜居的時間只有10億年」這種說法並沒有考慮到人類的因素,可以想象的是,假如在10億年後地球上依然有人類存在,那麼屆時的人類應該可以解決太陽變亮的問題,不管怎麼樣,給地球裝一把「遮陽傘」總可以吧?


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