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地球的末日之旅

地球的末日之旅

地球不會總是一個藍色星球——再過十幾億年,地球將會發生翻天覆地的變化。

作為生命,我們都知道自己最終的結局:每個人都會死。天體也是這樣,雖然它們壽命以億年計,但也有毀滅的一天。

太陽燃燒核心內的氫時,自身會逐漸變熱。現在的太陽比46億年前剛誕生的太陽亮了約30%,而且它還會變得更亮。所以說,地球上生命的命運早已註定——它們最終會在太陽強烈的熱量中化為灰燼。地球將再次成為死寂的岩石星球。

不過,我們先別把眼光放得那麼遠。花幾分鐘的時間來思考一下地球最後的旅程。顯然,生命的終結不會是一個簡單變為零的過程。這一段時間,將會有新的、奇異的生命形式產生出來。那麼在這烤焦的星球上,哪些生物最終會存活得更長?它們會躲到哪裡去?我們的藍色星球在最後的日子裡有著何種景象?我們人類的命運將會怎樣?我們能否避免自身的滅亡?

最初的研究

以提出「蓋亞假說」聞名於世的英國科學家詹姆斯·洛夫洛克,首先考慮了太陽逐漸變亮對地球的影響。1982年,他與他的朋友邁克爾·維特菲爾德在一篇論文中指出了一個很重要的化學反應——雨滴中的二氧化碳與岩石中的硅酸鹽發生反應,產生碳酸鹽固體。這一過程被稱為風化。風化會消耗大氣中的二氧化碳,而且溫度越高,雨下得越多,風化速度就越快。

他們認為,隨著地球變暖,風化速度應該加快,最終導致大氣中的二氧化碳含量變得很低,使得植物無法進行光合作用。當然,大氣中二氧化碳含量減少會抑制溫室效應,並使氣溫不再急速上升,但這只是短期的效應。隨著時間的推移,這種效果最終會因太陽不斷變亮而被掩蓋掉。

沒有光合作用,意味著沒有植物,這對動物來說可不是好消息。洛夫洛克和維特菲爾德認為,地球上的生命完全滅絕,可能需要再過大約1億年,而1億年在地質時間尺度上來說,不過是一眨眼的時間。雖然基本的想法沒有變,但目前的科學家卻認為那天並不會那麼快到來,可能得需要6到9億年的時間,大氣中的二氧化碳含量才會低於植物進行光合作用所必需的含量。

地球的時間線

最近,美國康奈爾大學的天體生物學家傑克·奧馬利-詹姆斯與其他科學家一起,利用我們對太陽、地球以及生物所知道的知識,草擬了一個關於地球生物圈未來40億年內的時間線(見時間線的圖表)。

奧馬利-詹姆斯表示,這有點像生命在反向進化。動物變得越來越小,越來越簡單。一些物種可能會比其他的物種活得更好。例如,地球變暖后,候鳥憑藉其飛行能力,可能比其他動物更容易找到更涼爽、更高的地區。而海洋中的生物可能比地面上的生物活得略好一些,因為水變熱比空氣變熱需要更多的時間。

為了適應極端環境,生物可能會變得與我們所熟知的非常不同。例如,動物可能會進化出外殼,就像烏龜殼那樣含有鐵礦物的殼,用來隔離來自太陽的強烈輻射。也許,某些動物的背上會進化出一個大水袋,來保護內部的器官,因為水也可以隔離輻射。

最有可能的情形下,一旦陸地上和海洋中的脊椎動物全都死亡,剩下的生命將只是海洋中的無脊椎動物,以及與它們相伴的微生物。奧馬利-詹姆斯認為,最後的動物將是生活在深海熱液口附近的管狀蠕蟲。

10億年之後,事情會變得越來越糟。到那時,全球的平均氣溫將達到47℃。海洋會急速地蒸發,大氣中額外的水蒸氣會引發失控的溫室效應。微生物會附著在逐漸減少的水環境中。熱帶地區的微生物首先會滅絕,最終兩級地區的也會滅絕。之後一段時間裡,山頂以及地下冰穴會成為遠離熾熱的避難所。生命最後的避難所將位於地下深處,那裡的微生物將勉強維持生計,直到——根據最樂觀的估計——距今30億年之後,它們也會完全滅亡。

板塊以及月球的影響

然而,現實往往很複雜,一些因素會對地球未來的走向產生很大的影響。首先,最近的研究表明,我們對風化的理解可能是有問題的,而這會打亂奧馬利-詹姆斯所估計的時間。雖然溫度的上升和二氧化碳消耗的增加之間有著一定的聯繫,但其他因素,例如岩石類型和酸度等等,可能更重要。所以,很有可能二氧化碳不會像預期的那樣很快地被消耗掉,這意味著植物會比預期存活更長的時間,使得生物圈崩潰的時間拖延數億年,甚至更長的時間。

板塊構造也可以改變生物圈的命運。這個過程是由地熱驅動的,能量來自地球深處同位素的放射性衰變。但是可衰變的物質是有限的,所以釋放的能量會慢慢降低。板塊運動最終會嘎然而止,此時,山將會停止上升。再經過數百萬年,陸地會因侵蝕變平。這可能發生在距今10億到20億年之後。如果發生得過早,那麼地球在完全乾涸之前,可能先會變成一個水世界(見水世界情形)。

月球也會對地球產生很大的影響。它現在以每年3.78厘米的速度遠離我們。在未來,距今15億到45億年之間的某個時候,月球將不能穩定住地軸。此時,地軸可能會搖擺不定,會使得地球的氣候經常急劇地變化。如果那時候仍有動物或植物,它們可能不會存活太久,因為氣候變化太快了,它們沒辦法去適應新的環境。

但還存在著另一種可能。月球可能仍會對地軸有些控制,最終地軸會穩定在其他的角度上,但不會是目前的傾斜角度(23.5度)。地軸傾角越大,季節變化越明顯,而這可能使得一些區域適合生命繼續存活

人類的命運

那麼,我們人類會怎樣?現有的化石記錄暗示著人類的未來並不樂觀。平均來說,從誕生到滅亡,一種哺乳動物可以存在大約100萬年。能存在數千萬年是一件非常罕見的事情。目前,我們人類已經存在了約20萬年,所以我們面前仍有很長的路要走。但是,這一路上會麻煩不斷。

例如說,如果地球平均氣溫上升了8℃,那麼就會大幅度地改變我們所知的人類文明:海平面會比現在高出60米,大部分沿海城市會被淹沒;可利用的淡水資源會向兩極移動,使得熱帶地區基本上無法居住,這意味著南北半球的人口會比現在更為集中……

如果未來的人類最終找到了應對這一切的辦法,那麼在新的環境下,他們很有可能會發生進化。最為樂觀的情況下,藉助基因技術、仿生技術等手段,未來的人類可能會使自己變得與現在的人類完全不一樣。也就是說,未來的人類將會進化為一個新的物種。

在遙遠的未來,如果人類或新人類真的能存活下來,那麼他們肯定會嘗試給地球降溫,雖然選擇非常有限。一種能有效降低地球氣溫的辦法,是給地球建造一個行星級的遮陽傘。但是距今40億年之後,任何形式的遮陽傘也無法阻擋太陽的熾熱。不過,仍有一些更為激進的選擇,例如遷移地球。

隨著太陽變亮,太陽系的宜居帶——水可以以液態形式存在的範圍——會向太陽系邊緣移動,而地球將不再處在宜居帶中。那麼,我們也可以試著遷移地球,使它離太陽遠一些,再次回到宜居帶中。一種可行的辦法,是藉助飛向地球的彗星或小行星對地球的引力影響。如果安排得當,你就可以將彗星或小行星的軌道能量轉換成地球的軌道能量,來使得地球公轉速度提高,並向外遷移。

大約在75億年之後,太陽會膨脹為一顆紅巨星。此時,木星或土星的一些衛星應該會處在宜居帶中,人類也可以選擇搬到那裡生活。

但不管怎樣,太陽最終會變為一顆白矮星,並逐漸冷卻和黯淡下去。所以,即使我們沒有被烤死,也可能會被凍死。除非,我們搬到了太陽系以外的宜居之地。

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