Žemės deguonies era: laikina prieglobstis sudėtingai gyvybei

Žemės atmosfera: laikina prieglobstis sudėtingai gyvybei

Deguonis yra esminis Žemės resursas, palaikantis sudėtingus organizmus ir užtikrinantis mūsų planetos tinkamumą gyvybei milijardus metų. Visgi naujausi planetos atmosferos tyrimai rodo, kad šis deguonies gausus laikotarpis nėra amžinas. Mokslininkų prognozėmis, per ateinantį milijardą metų Žemės atmosfera gali staigiai pasikeisti – sugrįžti į būseną, kurioje dominuos metanas, o deguonies bus kritiškai mažai. Tai turės rimtų pasekmių visai sausumos gyvybei.

Atmosferos pokytis: grįžimas į priešistorinę būklę

Žemės atmosfera, kurioje gausu deguonies ir palyginti nedaug metano, yra geologiškai nesenas reiškinys. 2021 m. paskelbtame tyrime teigiama, kad mūsų planeta laikui bėgant gali prarasti šį deguonies gausų sluoksnį ir sugrįžti į sąlygas, buvusias iki Didžiojo oksidacijos įvykio (GOE) prieš 2,4 milijardo metų. Tuo metu planetos atmosfera buvo daug mažiau tinkama sudėtingai gyvybei ir palanki tik anaerobiniams organizmams.

Šį pokytį lems nuosekliai ryškėjanti Saulė ir sudėtingi karbonato-silikato ciklai. „Jau dešimtmečius biosferos gyvavimo trukmė siejama su Saulės šviesos didėjimu bei geocheminiais ciklais, reguliuojančiais atmosferos anglies dvideginį,“ paaiškino dr. Kazumi Ozaki, aplinkos mokslininkas iš Toho universiteto Japonijoje. Saulės spinduliuotei stiprėjant, prognozuojama, kad CO2 dezintegracija spartės – fotosintezei svarbi medžiaga sumažės, todėl deguonies atmosferoje labai sumažės.

Deguonies nuostolio prognozė ir mechanizmas

Tikimasi, kad šis radikalus planetos atmosferos pokytis įvyks gana greitai pagal geologinius laiko mastelius – tikėtina, dar prieš išgaruojant paviršiniam vandeniui ar įvykstant drėgnam šiltnamio efektui. Išplėstiniai kompiuteriniai modeliai, apėmę beveik 400 000 scenarijų, nurodo ateitį, kurioje atmosferinis deguonis sumažės iki Archaėjaus eros lygio – gali būti net milijoną kartų mažiau nei dabar. Žemės mokslininkas Chris Reinhard iš Džordžijos technologijos instituto pabrėžia: „Deguonies kritimas bus labai, labai drastiškas – maždaug milijoną kartų mažiau nei šiandien.“

Nukritus deguonies lygiui, deguonį naudojančių rūšių, įskaitant beveik visas gyvūnų ir augalų formas, išlikimas taps neįmanomas. Sumenkinus fotosintezės procesams, Žemėje išliks tik bakterijos ir anaerobinės gyvybės formos, kurios gebės išgyventi be deguonies, paveldėdamos planetą išnykus sudėtingai daugiacellei gyvybei.

Pasekmės gyvybei ir tinkamų gyvybei planetų paieškai

Nors toks atmosferos pokytis prognozuojamas tik po maždaug milijardo metų, jis turi globalią reikšmę astrobiologijai ir potencialiai tinkamų gyvybei egzoplanetų paieškai. Šiandien gyvybės ženklų už Saulės sistemos ribų ieškoma daugiausia aptinkant biosignatūrinius dujus, pavyzdžiui, deguonį. Tačiau šis tyrimas paskatina atminti, kad planetų atmosferos gali keistis iš tinkamų į netinkamas gyvybei, o deguonis nėra nekintamas gyvybės rodiklis.

Didėjant astronominių teleskopų galimybėms, pavyzdžiui, NASA NExSS programos kontekste, mokslininkai peržiūri atmosferos duomenų interpretavimą. Ozaki ir Reinhard tyrimas parodo, kad planetos gali prarasti deguonies užpildytą aplinką dar nepasibaigus visai gyvybei, todėl svarbu ieškoti ir kitų biosignatūrų – pavyzdžiui, metano ar anaerobinio metabolizmo produktų – ieškant gyvybės kitose planetose.

Kokiu taps Žemė po deguonies išnykimo?

Kai atmosferos sudėtis negrįžtamai pasikeis, ją apibūdins didelė metano koncentracija, žemi CO2 lygiai ir visiškas apsaugos nuo ozono sluoksnio nebuvimas. Pasak Ozaki, „Po didžiojo atmosferos deguonies sumažėjimo atmosferoje liks daug metano, mažai anglies dvideginio bei neliks ozono sluoksnio. Žemės sistema taps anaerobinių organizmų pasauliu.“ Tai žymi ne tik žmonių ir gyvūnų išnykimo ribą, bet ir sugrįžimą prie pirmykščių planetos sąlygų, karaliavusių prieš atsirandant sudėtingai gyvybei.

Išvada

Neišvengiamas deguonies praradimas yra lemiamas Žemės biosferos istorijos etapas. Šis prognozuojamas virsmas, kurį nulems natūrali Saulės evoliucija bei geocheminiai ciklai, užbaigs deguonį naudojančių organizmų erą ir paskatins naujas įžvalgas apie planetų tinkamumą gyvybei Žemėje bei visatoje. Plėsdami biosignatūrų paieškas, mokslininkai tikisi tiksliau nustatyti, kur – praeityje, dabartyje ar ateityje – gali egzistuoti gyvybė.