Наземные растения на Земле, по новой оценке, могут продержаться еще от 1,68 до 1,86 млрд лет. Это заметно дольше, чем предполагали многие прошлые работы, а значит, жизнь на Земле получает чуть более длинный дедлайн, чем считалось. Для IT-аудитории здесь интересен не только сам космический масштаб, но и то, как меняется вывод, когда исследователи переходят от упрощенных схем к более детальным 3D-моделям.
О работе Джейкоба Хакк-Мисры из Blue Marble Space и Эрика Вулфа из Университета Колорадо в Боулдере сообщает Ars Technica. Исследование опубликовано в JGR Atmospheres и отвечает на вопрос, который звучит неприятно прямо с первой страницы: как долго вообще сможет существовать жизнь на Земле. Речь, конечно, не о завтрашнем апокалипсисе. Горизонт здесь измеряется миллиардами лет, а проблема начинается с хорошо известного факта: по мере старения Солнце становится ярче, и однажды это сломает привычный климатический баланс планеты задолго до того, как звезда раздуется до стадии красного гиганта.
Ключевая интрига не сводится к банальному «станет слишком жарко». У Земли есть собственный геохимический термостат: выветривание силикатных пород связывает углекислый газ из атмосферы, превращая его в карбонаты, которые потом уходят на дно океана и частично возвращаются через вулканизм. Проблема в том, что этот же механизм при более теплом и влажном климате может работать слишком хорошо. Тогда планета не столько «сварит» растения, сколько лишит их сырья для фотосинтеза. Иными словами, сложная жизнь может закончиться либо от перегрева, либо от слишком бедной на CO2 атмосферы.
Авторы просчитали два крайних сценария. В первом выветривание работает почти идеально: температура на планете остается примерно такой же, как сейчас, а избыток солнечной энергии компенсируется падением концентрации CO2. Во втором этот термостат почти не помогает: углекислый газ держится около современных 400 ppm, а температура постепенно растет. Такой подход нужен не для красивой драматургии, а потому, что в последние годы саму силу связи между температурой и выветриванием начали оспаривать. Часть данных намекает, что эта обратная связь может быть слабее, чем закладывали старые модели.
Если термостат слабый, сценарий для растений получается довольно жестким. Примерно через 1,5 млрд лет средняя температура оказывается выше нынешней примерно на 21 градус Цельсия, а к 2 млрд лет добавляет еще около 40 градусов. При таких условиях большинство наземных растений пересекает физиологический предел уже через 1,68 млрд лет, а оставшиеся исчезают к 1,87 млрд. Это при том, что CO2 формально еще есть в достаточном количестве. Проще говоря, фотосинтез не успевает стать главным узким местом: сначала приходит жара. Следом, по логике авторов, недалеко и до испарения океанов с последующей потерей воды в космос.
Если же выветривание работает как очень эффективный климатический регулятор, картина меняется. Температура почти не растет, зато CO2 падает: примерно до 34 ppm через 1 млрд лет и ниже 1 ppm через 2 млрд лет. Для большинства наземных растений это уже плохие новости, потому что их предел находится около 150 ppm. Более устойчивые C4-растения способны тянуть до 3-10 ppm, что дает им срок примерно от 1,35 до 1,64 млрд лет. Есть и еще более живучие исключения, например кактусы, а также часть морских организмов, которые могут использовать бикарбонат в воде при низком уровне растворенного CO2. Для них окно растягивается примерно до 1,84 млрд лет. И это, пожалуй, самый любопытный вывод работы: жизнь на Земле может упереться не в одну универсальную стену, а в набор разных биологических ограничений для разных классов организмов.
Почему эта статья вообще заслуживает внимания за пределами астрономического раздела? Потому что она хорошо показывает, как более сложная модель меняет итог не косметически, а содержательно. Ранние оценки часто давали сложной жизни на Земле менее 1 млрд лет. Здесь срок удлиняется из-за трех факторов сразу: 3D-модель дает немного меньшее потепление при росте светимости Солнца, снижение CO2 идет медленнее, а диапазон выживаемости растений авторы оценивают чуть шире, чем это делалось раньше. Для разработчиков, аналитиков и тех, кто работает с прогнозными моделями, это знакомый сюжет: качество вывода зависит не только от данных, но и от архитектуры модели, выбранных граничных условий и того, насколько честно в ней отражены альтернативные гипотезы.
Есть и более прикладной слой. Такие расчеты нужны не только ради красивой мысли о далеком финале биосферы. Они помогают уточнять границы обитаемости планет вообще, а значит, влияют на то, как астрономы ищут жизнь у других звезд. Если окно, в течение которого на планете возможны растения и сложные экосистемы, длиннее, чем считалось, меняется и оценка шансов найти миры, находящиеся в «правильной» фазе своей истории. Авторы отдельно напоминают и о совсем спекулятивных сценариях для сверхдолгого будущего цивилизации: от аэрозолей в стратосфере до переноса орбиты Земли. Но даже без научной фантастики остается более серьезная мысль: эволюция самих растений может еще не раз пересобрать пределы выживаемости.
Пока это выглядит как хорошая новость в очень специфическом жанре: конец сложной биосферы, вероятно, наступит позже, чем ожидали. Но для науки важнее другое: чем точнее мы понимаем пределы жизни на Земле, тем лучше можем оценивать судьбу других планет и собственные представления о том, насколько хрупки даже самые устойчивые системы. Подробнее о работе и ссылке на публикацию — в материале .