Последният оцелял на Земята няма да са хората или дори животните, а самата фотосинтеза. Ново триизмерно изследване на климата измества предполагаемия край на растителната биосфера с около 1,8 милиарда години напред – стотици милиони години по-далеч от предишните модели. Кактусите, някои водорасли и водните растения са изградени така, че да оцеляват при по-сурови условия от тези, с които се сблъсква почти всичко живо днес. Това откритие дава на нашата планета по-дълго биологично бъдеще от очакваното, а също така променя начина, по който търсим живот в космоса: планетите около застаряващи и ярки звезди могат да приютят живот дълго след като вече не изглеждат обитаеми.
На земните растения им остават 2 милиарда години: кога планетата ще стане враждебна?
Защо Слънцето се превръща във враг на растенията
Основният проблем на бъдещето е самото Слънце. С течение на времето то става все по-ярко, като увеличава количеството на произвежданата енергия с около 10% на всеки милиард години. Дълго преди Слънцето да се превърне в червен гигант и да погълне Земята, допълнителната топлина ще започне да претоварва климата на планетата. В един момент, след милиарди години, животът ще стане непоносим.
Но топлината е само половината от проблема. Другата половина е свързана с въглеродния диоксид, който действа като термостат на Земята в геоложки мащаб. Дъждовната вода влиза в реакция със силикатните скали, като изтегля CO2 от въздуха и в крайна сметка го задържа под формата на карбонати на океанското дъно – процес, наречен силикатно изветряне. Вулканите в крайна сметка връщат част от въглерода в атмосферата, като затварят бавния геоложки цикъл.
В продължение на милиарди години този термостат е поддържал температурите в комфортен диапазон. Но в далечното бъдеще той може да се превърне в капан. Колкото по-ярко е Слънцето, толкова по-силно е изветрянето – което означава, че от атмосферата се извлича повече CO2. Това охлажда планетата, но също така лишава растенията от суровината за фотосинтеза. Ако изветрянето е слабо, остава повече въглероден диоксид, но температурата се повишава до ниво, което растенията вече не могат да понесат.
Планетата със запазена фотосинтезираща биосфера не би приличала на днешните гори, ферми и коралови рифове
Двата сценария за смъртта на растителната биосфера
Именно затова бъдещите зелени площи на Земята са притиснати от две страни: от една страна, твърде много топлина, а от друга – твърде малко въглероден диоксид. Изследователите Джейкъб Хакк-Мисра и Ерик Улф преразгледаха старите изчисления с триизмерен климатичен модел, който отчита това, което обикновените модели са пропуснали: облаците, валежите, леда и температурните разлики по региони.
Предишните изчисления често поставяха края на голямата фотосинтезираща биосфера в рамките на около един милиард години и дори по-рано. Новите изчисления показват, че растенията могат да съществуват още 1,35-1,86 милиарда години. Срокът зависи от това, доколко изветрянето се ускорява със затоплянето и колко CO2 е необходим на най-устойчивите организми, за да оцелеят.
Учените са разгледали две екстремни бъдещи ситуации:
Слабо изветряне. Нивата на CO2 остават близки до днешните, но планетата се затопля много. Според модела повечето сухоземни растения преминават опасната термична граница за около 1,68 млрд. години, като най-издръжливите видове издържат до 1,87 млрд. години. Силно изветряне. Земята избягва най-лошите горещини, защото скалите активно изтеглят CO2 от въздуха. Но възниква и друга заплаха – растенията просто спират да разполагат с достатъчно въглероден диоксид за фотосинтеза.При сценария на силно изветряне границата от 10 частици на милион CO2 – прагът, под който дори издръжливите растения като царевицата и захарната тръстика вече не могат да поддържат голяма биосфера – се достига след около 1,35 милиарда години.
По какъв начин кактусите и водораслите удължават живота на фотосинтезатаСлед това в играта влизат най-силните. CAM растенията – кактуси, ананас, агаве, които са необичайно ефективни в събирането на въглерода и умеят да пестят вода по време на суша, а някои водни растения и водорасли умеят да използват разтворения във водата бикарбонат. Това дава на фотосинтезата известна сигурност там, където традиционните зелени растения биха се отказали.
Агаве. CAM растенията като кактусите, ананасите и агавите са най-добре приспособени към недостиг на топлина и CO2.
Ако се намали прагът на оцеляване до 1 част на милион CO2, моделът позволява съкратената фотосинтезираща биосфера да просъществува до около 1,84 милиарда години в бъдещето. Както посочва Хакк-Мисра, животът на Земята е невероятно адаптивен: дори в гореща среда с ниско съдържание на СО2 растенията и животните, които зависят от тях, могат да оцелеят още дълго време.
Но вече не става дума за познатата ни зелена планета. Това няма да бъде Земя с гори, поля и коралови рифове. С повишаването на температурите или намаляването на CO2 познатите екосистеми ще изчезнат. Последните огнища на живот вероятно ще се запазят там, където условията остават поносими за най-дълго време: на полюсите, във водата, в пустините или може би в защитена среда, създадена от една бъдеща цивилизация.
Какво променя гибелта на растенията на Земята в търсенето на живот на други планетиОсновният смисъл на тази нова научна работата се простира далеч отвъд Земята. Астрономите често оценяват далечните планети по това колко дълго могат да останат обитаеми, докато звездите им остаряват. Докато фотосинтезата може да продължи почти 2 милиарда години, планетите около по-старите звезди заслужават по-внимателен поглед – някои от тях може да са преминали своя разцвет, но все още да носят живот.
Това е важно от практическа гледна точка за бъдещите телескопи, които ще търсят признаци на живот по състава на атмосферите на далечни светове. Така например астрономите очакват да разберат дали на екзопланетите има живот: по това какви газове са останали в атмосферите им.
Струва си да се помни, че това все още е модел на далечното бъдеще, а не точна прогноза. Резултатите зависят от това, колко силно атмосферните процеси реагират на затоплянето и при какви минимални нива на CO2 растенията все още могат да оцелеят – а това са стойности с голяма неопределеност. Изследването е публикувано в Journal of Geophysical Research: Atmospheres.
Какво ще се случи на Земята, след като растенията изчезнатВ крайна сметка Слънцето така или иначе ще погълне Земята и тогава всички изчисления стават безсмислени. Но новата научна работа показва едно важно нещо: основният двигател на фотосинтезата може да просъществува по-дълго, отколкото се смяташе, почти до момента, в който планетата започне да губи океаните си. Животът няма да изчезне изведнъж – той бавно ще се оттегли в последните годни за употреба кътчета.
За нас, които живеем тук и сега, това не е повод за тревога: става дума за времеви интервал, измерван в милиарди години. Но то променя логиката на търсенето на живот във Вселената и ни напомня колко устойчива може да бъде фотосинтезата. Тази далечна картина има почти парадоксален завършек: последният обитаем свят в Слънчевата система може би вече няма да е Земята, а Плутон.