Vedci vypočítali, kedy sa môže skončiť život na Zemi. Slnko nás začne ničiť oveľa skôr, než planétu pohltí
Nový výskum naznačuje, že rastliny na Zemi môžu prežiť ešte takmer 2 miliardy rokov. O ich konci rozhodne Slnko, CO₂ a strata oceánov.
Naše Slnko postupne horí jasnejšie. S každou miliardou rokov vzrastie jeho žiarivosť približne o desať percent. Pre nás to teraz neznamená nič badateľné, ale pre budúcnosť života na Zemi je to zásadný údaj. Nový výskum naznačuje, že rastlinný život na našej planéte môže vydržať ešte zhruba 1,86 miliardy rokov — oveľa dlhšie, než väčšina predošlých odhadov predpokladala.
Výskumníci Jacob Haqq-Misra a Eric Wolf z Blue Marble Space použili trojrozmerný klimatický model Exo-CAM, aby odhadli, kde sú hranice pre rastliny. Model nesledoval len izolovanú teplotu alebo samotný oxid uhličitý, ale to, ako spolu tieto dva faktory reagujú. Výsledok vedcov prekvapil. Zem môže zostať vhodná pre rastlinnú biosféru dlhšie, než sa pri starších výpočtoch zdalo.
Termostat, ktorý sa raz môže obrátiť proti životu
Zem funguje ako samoregulujúci systém. Keď sa planéta otepľuje, chemická reakcia hornín, dažďa a oxidu uhličitého, nazývaná silikátové zvetrávanie, stiahne časť CO₂ z atmosféry do hornín. Tým oslabí skleníkový efekt a pomáha držať teplotu v rozumných medziach. Tento mechanizmus pomáhal Zemi počas veľkej časti jej histórie. Má však aj odvrátenú stranu: čím viac CO₂ zmizne z atmosféry, tým menej ho zostáva pre rastliny.
Rastliny na fotosyntézu potrebujú svetlo aj oxid uhličitý. Ak jedno z toho chýba, systém sa začne lámať. Spolu s rastlinami by sa postupne zrútila aj veľká časť potravovej siete. Rôzne druhy však majú rôzne limity. Bežné C3 rastliny, kam patrí väčšina stromov, pšenica či ryža, tvoria približne 95 percent druhov a prestávajú fungovať pri koncentrácii CO₂ pod zhruba 50 častí na milión, teda 50 ppm. Odolnejšie C4 rastliny, napríklad kukurica alebo cukrová trstina, zvládnu nižšiu hranicu, približne 10 ppm. Niektoré sukulenty, orchidey a ďalšie CAM rastliny dokážu s oxidom uhličitým hospodáriť ešte úspornejšie.
Autori štúdie preto pracovali aj s veľmi nízkou hranicou 1 ppm. Nešlo len o krajný teoretický odhad. Zohľadnili tým rastliny s CAM fotosyntézou a tiež vodné rastliny, ktoré vedia využívať rozpustený hydrogénuhličitan vo vode namiesto oxidu uhličitého priamo zo vzduchu.
Neprehliadni
Dva scenáre, dva rôzne konce
Výskumníci testovali dve krajné situácie. V prvom modeli je zvetrávanie hornín slabé. Oxid uhličitý síce dramaticky neklesá, no planéta sa postupne prehrieva. Rastliny tak nezahubí nedostatok uhlíka, ale extrémne horúčavy. Pri prísnejšom teplotnom limite by vegetatívna biosféra vydržala asi 1,68 miliardy rokov, pri miernejšom limite až približne 1,86 miliardy rokov.
V druhom modeli je zvetrávanie silné. Teplota zostáva dlhšie pod kontrolou, no CO₂ sa z atmosféry vytráca rýchlejšie. Rastliny v tomto scenári doplatia na nedostatok oxidu uhličitého. Ak by sme použili tradičný limit 10 ppm CO₂, koniec rastlinnej biosféry by prišiel približne o 1,35 miliardy rokov. Ak sa však počíta aj s extrémne úspornými formami fotosyntézy a vodnými rastlinami, horná hranica sa posúva vyššie.
Štúdia ale netvrdí, že rastliny majú pred sebou presne takýto čas. Ide o najvyšší odhad v rámci použitých 3D klimatických výpočtov. Skutočný koniec môže prísť skôr, najmä ak Zem narazí na problém s vodou.
Oceány sú posledná poistka života
Rastliny môžu podľa modelov prežiť veľmi dlho, no len za predpokladu, že Zem si udrží vodu. Tu vstupujú do hry dva nebezpečné scenáre. Prvý sa volá moist greenhouse. Vtedy sa do vyšších vrstiev atmosféry dostane priveľa vodnej pary, slnečné žiarenie začne rozkladať molekuly vody a vodík postupne uniká do vesmíru. Planéta tak môže pomaly prichádzať o oceány.
Druhý scenár je tvrdší. Runaway greenhouse, teda nekontrolovaný skleníkový efekt, funguje ako rozbehnutá špirála. Vyššia teplota odparí viac vody, vodná para zosilní skleníkový efekt, planéta sa ešte viac oteplí a celý proces sa zrýchli. V extréme by sa Zem začala podobať na Venušu.
Práve pri týchto hraniciach sú modely stále neisté. Niektoré výpočty naznačujú, že Zem môže zostať stabilná ešte približne dve miliardy rokov, iné posúvajú nástup nekontrolovaného skleníkového efektu výrazne skôr. Autori preto otvorene hovoria, že 1,86 miliardy rokov nie je dátum v kalendári, ale horná hranica jedného modelového scenára.
Staršie odhady hovorili o sto miliónoch rokov
Pre porovnanie: v roku 1982 James Lovelock a jeho kolegovia odhadli, že fotosyntetická biosféra skončí už asi o sto miliónov rokov. Ďalšie štúdie tento odhad postupne posúvali, no väčšinou pracovali s jednoduchšími jednorozmernými modelmi. Haqq-Misra a Wolf použili trojrozmerný model Exo-CAM, ktorý sa využíva aj pri simulovaní atmosfér exoplanét. Práve preto dokázali lepšie zahrnúť scenáre s extrémne nízkym CO₂, vyššou žiarivosťou Slnka a rôznymi hranicami pre fotosyntézu.
Odborníci mimo štúdie výsledky hodnotia opatrne. Andrew Rushby z Birkbeck University of London upozornil, že ide stále o široké odhady. Evolučné prispôsobenia, ku ktorým môže dôjsť za miliardy rokov, dnes nevieme predvídať. Rastliny budúcnosti nemusia fungovať presne ako rastliny, ktoré poznáme dnes.
Život sa nemusí skončiť spolu s poslednými rastlinami
Aj keď rastliny raz zmiznú, Zem neostane okamžite sterilná. Jednobunkové organizmy by mohli prežívať vo vysokých nadmorských výškach a v polárnych oblastiach ešte dlhšie, podľa niektorých prác až približne 2,8 miliardy rokov od súčasnosti. Pôjde však o úplne iný svet – planétu bez lesov a lúk, kde skolabujú aj dnešné oceánske potravové reťazce.
Autori štúdie zároveň pripomínajú, že život nemusí zostať pasívnym pasažierom. Budúca technologická civilizácia by teoreticky mohla znižovať množstvo dopadajúceho slnečného žiarenia pomocou orbitálnych tienidiel, meniť obežnú dráhu Zeme alebo hľadať ešte radikálnejšie riešenia. Znie to ako sci-fi, ale v meradle miliárd rokov ide o legitímne fyzikálne hypotézy.
V hre je aj evolúcia. Autori spomínajú možnosť, že fotosyntetický život sa raz prispôsobí prostrediu, ktoré dnes považujeme za nehostinné. Mohol by sa presúvať do vyšších vrstiev atmosféry, využívať iné útočiská alebo sa časom dostať aj mimo samotnú planétu. Nie je to predpoveď. Skôr pripomenutie, že hranice dnešnej biosféry nemusia byť definitívnymi hranicami života.
„Zemský systém je odolný a my sme súčasťou niečoho, čo môže mať omnoho, omnoho dlhšiu budúcnosť,“ uviedol Jacob Haqq-Misra.
Výsledky zároveň môžu pomôcť vedcom pri hľadaní života na iných planétach. Ak pochopíme, kde sa na Zemi láme rovnováha medzi svetlom, teplom, vodou a CO₂, lepšie odhadneme, ktoré vzdialené svety môžu udržať fotosyntézu dlhšie, než by sme čakali.
