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2024-09-25 16:00:00
科学的研究によると、地球の表面には今後10億年は生命が繁栄する可能性がある。画像は説明のみを目的としており、NASA提供。 フランシスコ・マルティン・レオン メテオレッド スペイン 2024/09/25 18:00 10分
太陽は常に変化しており、その変化は地球に影響を及ぼします。
太陽が水素を融合してヘリウムを形成すると、中心核の水素とヘリウムの比率が変化します。 時間が経つにつれて、原子核は徐々にヘリウムで満たされていきます。ヘリウムが原子核に蓄積されるにつれて、原子核の密度が増加し、陽子同士がより接近することになります。
地球の基本的な周期に影響を与える太陽の大きな変化
これにより、太陽はより効率的に水素を融合できる状況が生まれます。プロセスと原因と結果の連鎖反応の後、 最終結果として太陽の明るさが増します。
太陽の明るさは形成以来すでに約 30% 増加しており、この増加は今後も続くでしょう。
太陽の明るさが増加すると、地球に顕著な影響を及ぼす可能性があります。 炭素、窒素、リンの循環などの環境循環が地球の生物圏を支えています。 太陽の明るさが増すと、これらのサイクル、特に地球の大気中の二酸化炭素（CO2）の蓄積を緩和する炭酸塩-ケイ酸塩サイクルに影響が及ぶだろう。
この図は、炭酸塩-ケイ酸塩サイクルを構成するさまざまな物理的および化学的プロセスの関係を示しています。上のパネルは特定のプロセスを示し、下のパネルは関連するフィードバックを示しています。緑の矢印は正の結合を示し、黄色の矢印は負の結合を示しています。クレジット: Gretashum – 自身の作品、CC BY-SA 4.0、https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=79674633
科学者たちは、今後10億年の間に太陽の明るさが増すことでこのサイクルが崩れ、CO2レベルが低下すると考えている。植物はCO2に依存しており、そのレベルは急激に低下すると予想される。 それは、複雑な地球上の生命が今後10億年以内に消滅することを意味します。
それは悲観的な予測だが、新たな研究はそれが起こらないかもしれないことを示唆している。
太陽が老化する未来の地球における生命の進化に関する新しいモデル
この新しい研究はスペイン語で「陸上生物圏の寿命の大幅な延長」と題され、Planetary Science Journal誌に掲載が承認されている。現在プレプリント段階にあり、arXivプレプリントサーバーで閲覧可能で、主著者はシカゴ大学地球物理学部のポスドク研究員であるRJ Graham氏である。
「10億年（数百万年）以内に太陽の輝きが増すにつれ、地球の炭酸塩ケイ酸塩循環によって二酸化炭素が陸上の維管束植物に必要な最低レベルを下回ると予想されます。 その結果、ほとんどのマクロ的な陸上生命体が消滅した」と著者らは書いている。
太陽が輝き、地球の表面を温めるにつれ、科学者たちは炭酸塩-ケイ酸塩サイクルにより炭酸塩とケイ酸塩の風化と炭酸塩の埋没を通じて大気からより多くの二酸化炭素が除去されると予想している。
雨水には大気中の炭素が豊富に含まれており、それがケイ酸塩岩と反応して岩を分解します。岩を分解する化学反応の生成物は海底に到達し、炭酸塩鉱物を形成します。 これらの鉱物は地中に埋まると、大気から炭素を効果的に除去します。
通常、このサイクルは地球の天然サーモスタットのように機能します。ただし、温度が高くなると反応がより効率的になり、炭酸塩-ケイ酸塩サイクルによって大気からより多くの CO2 が除去されることになります。 このため科学者たちは、CO2の減少は地球上の生命が消滅するほどのものになるだろうという結論に至った。 しかし、著者らはこれらの考えを検討し、必ずしもそうではないことを発見した。
「ここでは、C3とC4植物の温度とCO2に依存する平均植物生産性のグローバルモデルを組み合わせて、 「珪酸塩の侵食と気候を調べて、陸上植物に残された時間がどれだけあるかを再検討する必要がある」と彼らは書いている。
C3 植物と C4 植物は、光合成と炭素吸収のモードに応じて分類される 2 つの主要な植物グループです。 これらは、高温に対して異なる反応を示すため重要です。
研究者は何と言っていますか?
研究者らは、最近のデータは炭酸塩-ケイ酸塩サイクルがこれまで考えられていたほど温度に依存していないことを示していると述べている。 しかし、それは温度にはほとんど依存せず、CO2に大きく依存します。
この場合、「気候、生産性、気候変動の相互作用が見られる」 光によるCO2減少の減速と一時的な逆転につながる。 つまり、植物の二酸化炭素欠乏を防ぐのです」と彼らは説明する。
地球上の植物の生命を10億年先まで予測する代わりに、 研究者らは、大気中の二酸化炭素濃度から判断すると、植物の寿命はあと16億年から18億6千万年あると述べている。 植物が生きられなくなるのは、二酸化炭素濃度の急激な低下が原因ではありません。二酸化炭素飢餓ではなく、科学者が「湿潤温室への移行」と呼ぶ現象が原因です。
この遷移が起こると、惑星の大気は温暖化に伴い水蒸気で飽和状態になります。水蒸気は強力な温室効果ガスであるため、温暖化を加速させるフィードバック ループを形成します。 最終的には植物が生き残れないほど暑くなります。
影響はそれだけではありません。地球の上層大気が水蒸気で飽和するにつれて、紫外線エネルギーが水を分解し、水素が宇宙に拡散します。 この状況では、宇宙空間における水の損失は進行性かつ不可逆的です。
地球はいつ変化するのでしょうか?
著者らによれば、 地球がこの移行を経験するのは、あと16億年から18億6千万年後となる。
「温度に弱く依存するケイ酸塩の変質を示す最近のデータは、生物圏の死滅は二酸化炭素欠乏ではなく過熱の結果であると予測していることを我々は示した」と著者らは書いている。 「これらの結果は、地球の複雑な生物圏の将来の寿命が、これまで考えられていたよりもほぼ2倍長くなる可能性があることを示唆している。」
これらの結果は、太陽系外惑星の居住可能性に関する理解にも影響を与えます。 これらは、生命の出現と進化における「困難なステップ」と呼ばれるものに関係しています。困難なステップ モデルでは、進化の移行の中には困難で、2 度繰り返される可能性が低いものがあるとされています。多細胞生物の出現やカンブリア爆発などがその例です。
しかし、地球の生物圏の寿命がこれまで考えられていたよりもはるかに長いとすれば、 これはハードステップパターンに影響します。
「複雑な生物圏の寿命の延長は、知的生命体の進化における困難な段階がこれまで考えられていたよりも少なかったことを示す弱い統計的証拠となるかもしれない。」 そして生命の起源はこれらの困難なステップの一つではなかった」と著者らは結論付けている。
もしそうなら、 太陽系外惑星の居住可能性は私たちが考えるほど珍しくないかもしれない。
記事参照:
RJグラハム他 陸上生物圏の寿命の大幅な延長arXiv （2024年）。 DOI: 10.48550/arxiv.2409.10714
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