Глобальное потепление и изменение климата способны ускорить падение кислорода в атмосфере

Кислород – это один из ключевых элементов, без которого невозможно существование большинства живых организмов на Земле. Он играет решающую роль в дыхании, позволяя клеткам получать энергию из питательных веществ. Кроме того, кислород участвует в образовании озонового слоя, защищающего нашу планету от губительного ультрафиолетового излучения. Сейчас содержание кислорода в воздухе составляет примерно 21%, но в разные эпохи истории Земли этот показатель менялся. Во времена динозавров, особенно в меловом и юрском периодах, уровень кислорода был выше и мог достигать 30%. Это способствовало появлению гигантских животных и насекомых. Например, в каменноугольный период (около 300 миллионов лет назад) уровень кислорода достигал 35%, что позволило вырасти огромным стрекозам с размахом крыльев до 70 сантиметров. 

Существует несколько научных теорий, объясняющих изменения концентрации кислорода в атмосфере:  

• Рост и падение биомассы. В периоды активного развития лесов и болот, особенно в каменноугольный период, фотосинтезирующие растения вырабатывали много кислорода. Когда эти леса затем оказывались погребёнными (например, во время масштабных климатических изменений), кислород в атмосфере снижался.  
• Влияние вулканической активности. Извержения вулканов выделяют газы, способные изменять состав атмосферы. Например, большое количество углекислого газа может привести к потеплению климата и снижению уровня кислорода.   
• Геологические процессы. Окисление горных пород и химические реакции в океанах могут «забирать» кислород из атмосферы, изменяя его концентрацию.  
• Эволюция живых организмов. Появление первых фотосинтезирующих бактерий около 2.5 миллиарда лет назад вызвало так называемую «кислородную катастрофу», изменившую состав атмосферы и давшую толчок развитию аэробных форм жизни.  

Сегодня уровень кислорода стабилен благодаря балансу между его выработкой (растениями, водорослями и бактериями) и потреблением (животными, процессами окисления). Вот только деятельность человека, включающая вырубку лесов и загрязнение океанов, может влиять на этот баланс. Кислород – это не просто газ, а важнейший компонент жизни на нашей планете, от которого зависят климат, экосистемы и эволюция видов. В замкнутых системах, например, на космических станциях, приходится искусственно поддерживать уровень кислорода. В будущем, если человечество будет колонизировать другие планеты, нам потребуется создавать такие же системы жизнеобеспечения. Не исключено, что стремительное изменение климата окажет на процентное содержание кислорода губительный эффект. По расчётам исследователей, Земля приближается к состоянию, похожему на то, что наблюдалось до Великого окислительного события, когда атмосфера была богата метаном, а кислород встречался в крайне малых количествах.

Этот глобальный сдвиг, по прогнозам, произойдёт не раньше, чем через миллиард лет, но, когда он начнётся, изменения будут стремительными. Результаты моделирования показали, что атмосферный кислород – это не самое главное и тем более не постоянное условие для обитаемых планет. Такое открытие серьёзно влияет на перспективы поиска внеземной жизни: возможно, мы слишком сильно ориентируемся на кислород как ключевой биомаркер. Учёные пишут, что новая модель предсказывает резкое падение уровня кислорода в атмосфере задолго до того, как Земля войдёт в стадию влажного парникового эффекта и начнётся серьёзная потеря поверхностной воды. Другими словами, задолго до того, как наша планета превратится в раскалённый безжизненный шар, в атмосфере практически не останется кислорода. Этот момент станет точкой невозврата для подавляющего большинства живых существ, включая людей. Если к тому времени человечество не освоит межзвёздные перелёты и не обретёт новый дом, наше существование подойдёт к концу.

Главная причина происходящих изменений кроется в эволюции Солнца. По мере того как оно становится ярче, уровень углекислого газа в атмосфере будет падать из-за его разрушения под воздействием солнечного излучения. Это приведёт к сокращению популяций фотосинтезирующих организмов, ну а это растения и водоросли, активно генерирующие большую часть кислорода на нашей планете. Ранее учёные предполагали, что усиление солнечной радиации приведёт к испарению океанов через 2 миллиарда лет. Похоже, что новая модель, основанная на почти 400 000 компьютерных симуляциях, показывает, что падение уровня кислорода наступит гораздо раньше и станет первым ударом по жизни на Земле. Если данные компьютерного моделирования точны, то речь идёт о катастрофической потере кислорода, примерно в 1 миллион раз ниже того уровня, что наблюдается сегодня. После Великой дезоксигенации планета превратится в царство анаэробных микроорганизмов. Атмосфера будет состоять из метана, углекислый газ окажется на минимальном уровне, а защитный озоновый слой исчезнет. В таких условиях сложные формы жизни, зависящие от кислорода, не смогут выжить. Это исследование особенно важно в контексте поиска экзопланет. С каждым годом астрономы получают всё больше данных с мощных телескопов, а понимание того, как меняется атмосфера обитаемых миров, поможет скорректировать критерии поиска внеземной жизни. Возможно, стоит обратить внимание на планеты с метановой атмосферой, а не только на те, где присутствует кислород. Согласно расчётам учёных, эпоха кислородной жизни на Земле займёт всего 20-30% от общего существования планеты. Что любопытно, микробы, как и в начале истории Земли, будут продолжать жить даже в таких условиях.