Учёные выяснили что растения смогут существовать на Земле ещё почти два миллиарда лет

Учёные разработали новую модель, позволяющую оценить, как долго растения смогут существовать на Земле в условиях постепенного изменения климата планеты и увеличения яркости Солнца. Результаты исследования показывают, что растительная биосфера может сохраняться ещё от 1,35 до 1,86 миллиарда лет, что заметно превышает многие предыдущие оценки.

Долгосрочная судьба жизни на Земле во многом зависит от Солнца. По мере своего развития звезда становится всё ярче. Её светимость увеличивается примерно на 10% каждый миллиард лет, что постепенно повышает температуру на поверхности нашей планеты. Этот процесс будет продолжаться ещё миллиарды лет и в конечном итоге станет главным фактором, ограничивающим существование сложных форм жизни.

Вторым по значимости фактором является парниковый эффект, который во многом определяется содержанием углекислого газа в атмосфере. Именно концентрация CO₂ играет ключевую роль в жизни растений, поскольку этот газ необходим для фотосинтеза. Однако будущая динамика содержания углекислого газа остаётся менее предсказуемой, чем изменение светимости Солнца.

В атмосфере Земли углекислый газ постоянно удаляется благодаря процессу силикатного выветривания. Во время химического взаимодействия горных пород, дождевой воды и CO₂ образуются соединения кальция и бикарбонаты, которые затем через реки попадают в океан и оседают на его дне в виде карбоната кальция. Позже часть этого углерода возвращается в атмосферу благодаря вулканической активности. В настоящее время силикатное выветривание ежегодно удаляет около 130 миллионов тонн углерода, тогда как деятельность человека выбрасывает примерно в 90 раз больше.

Авторы исследования Джейкоб Хакк-Мисра и Эрик Вулф из компании Blue Marble Space проанализировали будущее растительной жизни с учётом роста светимости Солнца и изменения концентрации CO₂. Для этого они использовали трёхмерную климатическую модель общей циркуляции атмосферы и рассмотрели различные сценарии интенсивности силикатного выветривания в далёком будущем.

Особое внимание исследователи уделили трём основным типам растений, различающимся механизмами фотосинтеза. К растениям типа C3 относится около 95% современных видов. Растения типа C4 составляют примерно 3%, а растения с CAM-фотосинтезом — около 2%. Каждая группа имеет собственный предел выживания при снижении концентрации углекислого газа. Для растений C3 критическим считается уровень около 50 частей на миллион, для C4 — около 10 частей на миллион, а CAM-растения способны существовать и при ещё более низких концентрациях.

В первом сценарии учёные предположили, что силикатное выветривание в будущем будет происходить относительно слабо. По мере того как Солнце становится ярче и температура повышается, скорость выветривания возрастает лишь незначительно. В результате содержание CO₂ в атмосфере остаётся близким к современным значениям. Расчёты показали, что в таких условиях благоприятная среда для сложной жизни может сохраняться примерно до 1,5 миллиарда лет в будущем. После этого начнётся заметное усиление потепления, а к рубежу около двух миллиардов лет условия для существования растений практически исчезнут. Тогда биосфера Земли, вероятно, будет представлена преимущественно микроорганизмами.

Во втором сценарии исследователи рассмотрели ситуацию, при которой силикатное выветривание будет значительно сильнее современного. При этом температура поверхности условно поддерживалась на нынешнем уровне около 288 кельвинов. За два миллиарда лет светимость Солнца возрастает примерно на 20%, однако усиленное выветривание активно удаляет углекислый газ из атмосферы. Это ослабляет парниковый эффект и способствует охлаждению поверхности. Такой подход позволил оценить влияние различных темпов потери CO₂ на долгосрочную устойчивость растительной жизни.

Для расчётов использовалась специализированная трёхмерная климатическая модель Exo-CAM, разработанная авторами совместно с коллегами в 2022 году. Изначально она создавалась для изучения экзопланет с самыми разными атмосферными условиями, однако также позволяет моделировать далёкое прошлое и будущее Земли.

Полученные результаты показали, что растительная биосфера способна просуществовать значительно дольше, чем предполагалось ранее. В зависимости от сценария выветривания растения смогут сохраняться на планете от 1,35 до 1,86 миллиарда лет. По словам Джейкоба Хакк-Мисры, жизнь на Земле, вероятно, сможет существовать как минимум до того момента, когда усиливающееся солнечное излучение приведёт к испарению океанов почти через два миллиарда лет.

Исследователи также отмечают, что даже после этого жизнь теоретически может найти способы продолжения существования за пределами Земли — либо благодаря технологическим решениям будущих цивилизаций, либо в результате очень длительных эволюционных процессов. Однако для современной растительной биосферы главным ограничивающим фактором в конечном итоге останется постепенное усиление светимости Солнца.

Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Atmospheres.