Žemės ateitis: nuo ledynmečių ir superkontinentų iki Saulės išsiplėtimo

Atraskite Žemės ateitį: nuo ledynmečių ir superkontinentų formavimosi iki Saulės išsiplėtimo, klimato transformacijų ir gyvybės likimo.

Žemės ateitis priklausys nuo daugelio dalykų, įskaitant Saulės ryškumo didėjimą, šilumos energijos praradimą iš Žemės branduolio ir planetos orbitos pokyčius dėl kitų Saulės sistemos objektų. Milankovičiaus teorija teigia, kad planetoje ir toliau vyks apledėjimo ciklai, nes planetos orbita skiriasi nuo tobulo apskritimo, planetos ašis pasvyra ir Žemės orbita stumdosi. Vykstant superkontinentų ciklui, dėl plokščių tektonikos per 250-350 mln. metų gali susiformuoti superkontinentas. Kai kada per ateinančius 1,5-4,5 mlrd. metų ašies pasvirimas gali pradėti keistis į blogąsias versijas, o ašies pasvirimo pokyčiai gali siekti iki 90°.

Kas lemia klimato ir geologinius ciklus

Žemės klimatas ir ilgalaikiai geologiniai procesai priklauso nuo kelių tarpusavyje susijusių veiksnių:

• Milankovičiaus ciklai: tai orbitos ekscentriškumo, ašies pasvirimo (obliquity) ir precesijos svyravimai, vykstantys tūkstančių–šimtų tūkstančių metų skalėje, kurie reguliuoja saulės spinduliuotės pasiskirstymą ir skatina ledynmečius bei atšilimus.
• Plokščių tektonika: žemės plutos judėjimas keičia žemynų padėtį ir vandenynų srautų maršrutus, o tai ilgainiui gali sukelti drastiškus klimato pokyčius ir suformuoti superkontinentus per šimtus milijonų metų.
• Vidiniai planetos procesai: karštasis gelmės (mantija) ir branduolio aušinimas įtakoja ugnikalnių aktyvumą, šilumos srautą ir Žemės magnetinį lauką. Pamažu silpnėjantis geodinaminis aktyvumas gali lėtinti arba galiausiai sustabdyti plokščių judėjimą.

Superkontinentai ir žemynų dreifas

Superkontinentų ciklai vyksta kartą per kelis šimtus milijonų metų: žemynai susijungia į vieną masyvų darinį, o vėliau skilinėja. Mokslininkai siūlo įvairias galimas ateities alternatyvas (pvz., hipotetinę „Pangea Proxima“ ar kitokias rekonstrukcijas), tačiau konkretus rezultatas priklausys nuo mantijos srautų ir plokščių ribinių sąlygų. Jei ilgainiui sumažės vandens kiekis kerpių subdukcijos procesuose (vanduo veikia kaip „tepiklis“ subdukcinėms zonoms), plokščių tektonika gali sulėtėti arba visiškai nuslopti — tai paveiktų ugnikalnių aktyvumą, orą ir ilgalaikį klimato balansą.

Saulės šviesumo didėjimas ir klimato pabaiga

Per laiko mastą, matuojamą milijardais metų, Saulės spinduliuotė palaipsniui didėja dėl branduolinių procesų žvaigždės centre (daugėjant helio). Dėl to vyksta keletas svarbių etapų:

• Per artimiausius ~1 mlrd. metų silpnas, bet nuolatinis Saulės ryškumo didėjimas gali sumažinti atmosferos anglies dioksido kiekį per intensyvesnį silikatų cheminį ardymą, kas ribos augalų gebėjimą fotosintezuoti — tai paveiks kompleksinę biosferą ilgiau nei bet koks atskiras klimato svyravimas.
• Per ~1–3 mlrd. metų didėjanti spinduliuotė gali sukelti „drėgną šiltnamio“ (moist greenhouse) būseną: vandenynų dalinė garavimas ir vandens garų koncentracijos augimas aukštesnėse atmosferos sluoksniuose, kas apsunkintų vandenyno išlikimą ir lemtų ilgalaikį vandens nuostolį į kosmosą.
• Per maždaug 3–4 mlrd. metų ar vėliau kai kurie modeliai prognozuoja intensyvesnį „šiltnamio efektą“, dėl kurio planetos vidutinė temperatūra gerokai pakiltų ir gyvybė žemės paviršiuje taptų labai ribota.

Pastaba: šie laikotarpiai yra apytiksliai ir priklauso nuo modelių bei prielaidų; kai kurie darbai nurodo, kad kompleksinė sausumos augalija gali žlugti dar anksčiau (per kelis šimtus milijonų metų) dėl mažėjančio CO₂.

Ašies pasvirimo ir orbitos pokyčiai

Žemės ašies pasvirimas šiuo metu svyruoja palyginti nedaug (apie 22°–24,5° per ~41 000 metų). Mėnulis stabilizuoja šiuos svyravimus — be Mėnulio Žemės ašies pasvirimas galėtų tapti chaotiškas ir didesnis, galbūt net labai išsiplėsti. Kai kurie modeliai rodo, kad per labai ilgą laiką ir esant tam tikroms sąlygoms ašies pasvirimas galėtų pasikeisti ryškiai (net dešimtimis laipsnių), tačiau tokie scenarijai yra spekuliatyvūs ir priklauso nuo tolesnės Mėnulio evoliucijos bei orbitinių perturbacijų iš kitų planetų.

Magnetinis laukas, atmosferos praradimas ir gyvybė

Žemės magnetinis laukas, kurį generuoja skystas išorinis branduolys, apsaugo atmosferą nuo dalinės erozijos Saulės vėjui. Jei branduolys palaipsniui sustingtų arba geodinaminis aktyvumas labai sumažėtų, magnetinio lauko silpnėjimas galėtų pagreitinti atmosferos praradimą. Net prieš tai įvykstant, dauguma scenarijų rodo, kad ekstremalūs terminiai pokyčiai (aukštesnė temperatūra, CO₂ stygius) pirmiausia išnaikins didžiąją dalį saulės paviršiaus gyvenimo — sudėtingesnės formos žymiai sunkiau išliktų, nors mikrobinis gyvenimas gilesniuose dirvožemiuose ir požeminiuose vandenyse galėtų išlikti ilgiau.

Galiausiai — Saulės raudonoji milžinė

Ilgainiui Saulės evoliucija perves ją iš stabilios pagrindinės sekos į pažangesnes branduolines fazes. Galiausiai žvaigždė išsiplės į raudonosios milžinės stadiją; kaip tiksliai ir kada tai įvyks, tikslūs skaičiai priklauso nuo modelių, tačiau dauguma vertinimų rodo, kad per maždaug 4–7 mlrd. metų Saulė išeis iš pagrindinės sekos ir pradės plėstis. Šiuo etapu Žemės orbitai ir paviršiaus sąlygoms kyla dideli pavojai: planeta gali būti visiškai išgarinta arba net įtraukta į išsiplėtusią Saulę.

Neapibrėžtumas ir žmogaus vaidmuo

Visi aukščiau aprašyti scenarijai turi neapibrėžtumų: priklausomybė nuo modelių, plokščių tektonikos detalės, Mėnulio evoliucija ir smulkesni orbitiniai perturbacijų efektai. Taip pat verta paminėti, kad per trumpesnius laikotarpius (šimtai–milijonai metų) žmonių veikla gali žymiai pakeisti planetos klimato būklę. Tačiau milijardų metų laikotarpyje natūralios astronominės ir geofizinės jėgos dominuos ir galiausiai nustatys Žemės ilgalaikį likimą.

Klausimai ir atsakymai

K: Kokie veiksniai turės įtakos Žemės ateičiai?

K: Kas yra Milankovičiaus teorija?

Klausimas: Kaip plokščių tektonika gali paveikti Žemės ateitį?

K: Kas ateityje gali atsitikti su Žemės ašimi?

K: Kaip Saulė gali paveikti Žemės ateitį?

Klausimas: Koks labiausiai tikėtinas planetos likimas?

Klausimas: Ar po 4 mlrd. metų Žemėje išliks kokia nors gyvybė?

Paieška pagal raidę