La production d’énergie du Soleil est basée sur la fusion thermonucléaire de l’hydrogène en hélium. Cela se produit dans la région centrale de l’étoile en utilisant le processus de réaction en chaîne proton–proton. Comme il n’y a pas de convection dans le noyau solaire, la concentration d’hélium s’accumule dans cette région sans être distribuée dans toute l’étoile., La température au cœur du Soleil est trop basse pour la fusion nucléaire des atomes d’hélium par le processus triple-alpha, de sorte que ces atomes ne contribuent pas à la production d’énergie nette nécessaire au maintien de l’équilibre hydrostatique du Soleil.
À l’heure actuelle, près de la moitié de l’hydrogène au cœur a été consommé, le reste des atomes étant principalement constitué d’hélium. À mesure que le nombre d’atomes d’hydrogène par unité de masse diminue, leur production d’énergie par fusion nucléaire diminue également., Il en résulte une diminution du support de pression, ce qui provoque la contraction du noyau jusqu’à ce que la densité et la température accrues mettent la pression du noyau en équilibre avec les couches ci-dessus. La température plus élevée fait que l’hydrogène restant subit une fusion plus rapide, générant ainsi l’énergie nécessaire au maintien de l’équilibre.
Évolution de la luminosité, du rayon et de la température effective du Soleil par rapport au Soleil actuel. Après Ribas (2010).,
Le résultat de ce processus a eu une augmentation constante de la production d’énergie du Soleil. Lorsque le Soleil est devenu une étoile de la séquence principale, il ne rayonnait que 70% de la luminosité actuelle. La luminosité a augmenté de façon presque linéaire jusqu’à présent, augmentant de 1% tous les 110 millions d’années. De même, dans trois milliards d’années, le Soleil devrait être 33% plus lumineux. Le carburant hydrogène au cœur sera finalement épuisé dans cinq milliards d’années, lorsque le Soleil sera 67% plus lumineux qu’à l’heure actuelle., Par la suite, le Soleil continuera à brûler de l’hydrogène dans une coquille entourant son noyau, jusqu’à ce que la luminosité atteigne 121% au-dessus de la valeur actuelle. Cela marque la fin de la durée de vie de la séquence principale du Soleil, et par la suite, il passera par le stade sous-géant et évoluera en une géante rouge.
À ce moment-là, la collision de la Voie Lactée et des galaxies d’Andromède devrait être en cours. Bien que cela puisse entraîner l’éjection du Système solaire de la galaxie nouvellement combinée, il est considéré comme peu susceptible d’avoir un effet négatif sur le Soleil ou ses planètes.,
Impact climatiquemodifier
Le taux d’altération des minéraux silicatés augmentera à mesure que la hausse des températures accélérera les processus chimiques. Cela diminuera à son tour le niveau de dioxyde de carbone dans l’atmosphère, car les réactions avec les minéraux silicatés convertissent le dioxyde de carbone en gaz carbonates solides. Dans les 600 millions d’années à venir, la concentration de dioxyde de carbone tombera en dessous du seuil critique nécessaire pour soutenir la photosynthèse C3: environ 50 parties par million., À ce stade, les arbres et les forêts dans leurs formes actuelles ne pourront plus survivre. les derniers arbres conifères. Ce déclin de la vie végétale est susceptible d’être un déclin à long terme plutôt qu’une forte baisse. Il est probable que les groupes de plantes meurent un par un bien avant que le niveau de 50 parties par million ne soit atteint. Les premières plantes à disparaître seront les plantes herbacées C3, suivies des forêts de feuillus, des forêts de feuillus à feuilles persistantes et enfin des conifères à feuilles persistantes. Cependant, la fixation du carbone C4 peut se poursuivre à des concentrations beaucoup plus faibles, jusqu’à plus de 10 parties par million., Ainsi, les plantes utilisant la photosynthèse C4 pourraient survivre pendant au moins 0,8 milliard d’années et peut-être aussi longtemps que 1,2 milliard d’années à partir de maintenant, après quoi la hausse des températures rendra la biosphère insoutenable. Actuellement, les plantes C4 représentent environ 5% de la biomasse végétale terrestre et 1% de ses espèces végétales connues. Par exemple, environ 50% de toutes les espèces de graminées (Poaceae) utilisent la voie photosynthétique C4, tout comme de nombreuses espèces de la famille des Amaranthaceae.,
Lorsque les niveaux de dioxyde de carbone tombent à la limite où la photosynthèse est à peine durable, la proportion de dioxyde de carbone dans l’atmosphère devrait osciller de haut en bas. Cela permettra à la végétation terrestre de s’épanouir chaque fois que le niveau de dioxyde de carbone augmente en raison de l’activité tectonique et de la respiration de la vie animale. Cependant, la tendance à long terme est que la vie végétale sur terre disparaisse complètement car la majeure partie du carbone restant dans l’atmosphère est séquestrée dans la Terre., Certains microbes sont capables de photosynthèse à des concentrations de dioxyde de carbone aussi faibles que 1 partie par million, de sorte que ces formes de vie ne disparaîtraient probablement qu’à cause de la hausse des températures et de la perte de la biosphère.
Les plantes—et, par extension, les animaux—pourraient survivre plus longtemps en faisant évoluer d’autres stratégies, comme exiger moins de dioxyde de carbone pour les processus photosynthétiques, devenir carnivores, s’adapter à la dessiccation ou s’associer à des champignons. Ces adaptations sont susceptibles d’apparaître vers le début de la serre humide (voir plus loin).,
La perte de vie végétale plus élevée entraînera également la perte éventuelle d’oxygène ainsi que d’ozone en raison de la respiration des animaux, des réactions chimiques dans l’atmosphère et des éruptions volcaniques. Les premiers animaux à disparaître seraient les grands mammifères, suivis des petits mammifères, des oiseaux, des amphibiens et des gros poissons, des reptiles et des petits poissons, et enfin des invertébrés., Avant que cela ne se produise, on s’attend à ce que la vie se concentre dans des refuges de température plus basse, tels que les hautes altitudes, où moins de surface terrestre est disponible, limitant ainsi la taille des populations. Les animaux plus petits survivraient mieux que les plus grands en raison de leurs besoins moindres en oxygène, tandis que les oiseaux s’en sortiraient mieux que les mammifères grâce à leur capacité à parcourir de grandes distances à la recherche de températures plus froides. Sur la base de la demi-vie de l’oxygène dans l’atmosphère, la vie animale durerait au plus 100 millions d’années après la perte de plantes supérieures., Cependant, la vie animale peut durer beaucoup plus longtemps puisque plus de 50% de l’oxygène est actuellement produit par le phytoplancton.
Dans leur ouvrage The Life and Death of Planet Earth, les auteurs Peter D. Ward et Donald Brownlee ont soutenu qu’une certaine forme de vie animale peut continuer même après la disparition de la majeure partie de la vie végétale de la Terre., Ward et Brownlee utilisent des preuves fossiles du schiste de Burgess en Colombie-Britannique, Canada, pour déterminer le climat de l « explosion cambrienne, et l » utiliser pour prédire le climat de l « avenir lorsque la hausse des températures mondiales causée par un soleil qui se réchauffe et la baisse des niveaux d « oxygène entraînent l » extinction finale de la vie animale. Initialement, ils s’attendent à ce que certains insectes, lézards, oiseaux et petits mammifères puissent persister, ainsi que la vie marine. Cependant, sans reconstitution d’oxygène par la vie végétale, ils croient que les animaux mourraient probablement d’asphyxie dans quelques millions d’années., Même si une quantité suffisante d’oxygène restent dans l’atmosphère par la persistance de certaines formes de la photosynthèse, la hausse de la température mondiale aurait pour conséquence une perte progressive de la biodiversité.
À mesure que les températures continuent d’augmenter, les derniers animaux seront conduits vers les pôles, et peut-être sous terre. Ils deviendraient principalement actifs pendant la nuit polaire, aestivating pendant le jour polaire en raison de la chaleur intense. Une grande partie de la surface deviendrait un désert stérile et la vie se trouverait principalement dans les océans., Cependant, en raison d’une diminution de la quantité de matière organique entrant dans les océans à partir de la terre ainsi que d’une diminution de l’oxygène dissous, la vie marine disparaîtrait également en suivant un chemin similaire à celui de la surface de la Terre. Ce processus commencerait par la perte d’espèces d’eau douce et se terminerait avec les invertébrés, en particulier ceux qui ne dépendent pas de plantes vivantes telles que les termites ou ceux proches des évents hydrothermaux tels que les vers du genre Riftia. À la suite de ces processus, les formes de vie multicellulaires peuvent être éteintes dans environ 800 millions d’années, et les eucaryotes dans 1.,3 milliards d’années, ne laissant que les procaryotes.
Perte des océansmodifier
L’atmosphère de Vénus est dans un état de « super-serre »
Dans un milliard d’années, environ 27% de l’océan moderne aura été subduit dans le manteau. Si ce processus était autorisé à se poursuivre sans interruption, il atteindrait un état d’équilibre où 65% du réservoir de surface actuel resterait à la surface., Une fois que la luminosité solaire est supérieure de 10% à sa valeur actuelle, la température moyenne de surface globale atteindra 320 K (47 °C; 116 °F). L’atmosphère deviendra une « serre humide » conduisant à un emballement de l’évaporation des océans. À ce stade, les modèles de l’environnement futur de la Terre démontrent que la stratosphère contiendrait des niveaux croissants d’eau. Ces molécules d’eau seront décomposées par photodissociation par UV solaire, permettant à l’hydrogène de s’échapper de l’atmosphère. Le résultat net serait une perte de l’eau de mer mondiale d’environ 1,1 milliard d’années par rapport au présent.,
Il y aura deux variantes de ce retour de réchauffement futur: la « serre humide » où la vapeur d’eau domine la troposphère tandis que la vapeur d’eau commence à s’accumuler dans la stratosphère (si les océans s’évaporent très rapidement), et la « serre emballement » où la vapeur d’eau devient une composante dominante de l’atmosphère (si les océans, En cette ère sans océan, il continuera d’y avoir des réservoirs de surface car l’eau est régulièrement libérée de la croûte profonde et du manteau, où on estime qu’il y a une quantité d’eau équivalente à plusieurs fois celle actuellement présente dans les océans de la Terre. Un peu d’eau peut être retenue aux pôles et il peut y avoir des tempêtes de pluie occasionnelles, mais pour la plupart, la planète serait un désert sec avec de grands champs de dunes couvrant son équateur, et quelques salines sur ce qui était autrefois le fond de l’océan, similaires à ceux du désert d’Atacama au Chili.,
Sans eau pour servir de lubrifiant, la tectonique des plaques s’arrêterait très probablement et les signes les plus visibles de l’activité géologique seraient les volcans boucliers situés au-dessus des points chauds du manteau. Dans ces conditions arides, la planète peut conserver une certaine vie microbienne et peut-être même multicellulaire. La plupart de ces microbes seront halophiles et la vie pourrait trouver refuge dans l’atmosphère comme il a été proposé de se produire sur Vénus. Cependant, les conditions de plus en plus extrêmes conduiront probablement à l’extinction des procaryotes entre 1,6 milliard d’années et 2.,dans 8 milliards d’années, le dernier d’entre eux vivant dans des étangs résiduels d’eau à des latitudes et des hauteurs élevées ou dans des cavernes avec de la glace piégée. Cependant, la vie souterraine pourrait durer plus longtemps. Ce qui se passe après cela dépend du niveau d’activité tectonique. Une libération régulière de dioxyde de carbone par éruption volcanique pourrait faire entrer l’atmosphère dans un état de « super-serre » comme celle de la planète Vénus., Mais, comme indiqué ci-dessus, sans eau de surface, la tectonique des plaques s’arrêterait probablement et la plupart des carbonates resteraient solidement enfouis jusqu’à ce que le Soleil devienne une géante rouge et que sa luminosité accrue chauffe la roche au point de libérer le dioxyde de carbone.
La perte des océans pourrait être retardé jusqu’à 2 milliards d’années dans le futur si la pression atmosphérique baisse. Une pression atmosphérique plus basse réduirait l’effet de serre, abaissant ainsi la température de surface. Cela pourrait se produire si les processus naturels devaient éliminer l’azote de l’atmosphère., Des études sur les sédiments organiques ont montré qu’au moins 100 kilopascals (0,99 atm) d’azote ont été retirés de l’atmosphère au cours des quatre derniers milliards d’années; assez pour doubler efficacement la pression atmosphérique actuelle s’il devait être libéré. Ce taux de retrait serait suffisant pour contrer les effets de l’augmentation de luminosité solaire pour les deux prochains milliards d’années.
Dans 2,8 milliards d’années, la température de surface de la Terre aura atteint 422 K (149 °C; 300 °F), même aux pôles. À ce stade, toute vie restante sera éteinte en raison des conditions extrêmes., Si toute l’eau sur Terre s’est évaporée à ce stade, la planète restera dans les mêmes conditions avec une augmentation constante de la température de surface jusqu’à ce que le Soleil devienne une géante rouge. Sinon, dans environ 3 à 4 milliards d’années, la quantité de vapeur d’eau dans la basse atmosphère atteindra 40% et un effet de « serre humide » commencera lorsque la luminosité du Soleil atteindra 35 à 40% de plus que sa valeur actuelle. Un effet de » serre emballement » s’ensuivra, provoquant le réchauffement de l’atmosphère et élevant la température de surface à environ 1 600 K (1 330 °C; 2 420 °F)., Cela suffit pour faire fondre la surface de la planète. Cependant, la majeure partie de l’atmosphère sera conservée jusqu’à ce que le Soleil soit entré dans le stade de la géante rouge.
Avec l’extinction de la vie, dans 2,8 milliards d’années, il est également prévu que les biosignatures de la Terre disparaîtront, pour être remplacées par des signatures causées par des processus non biologiques.,
Red giant stageEdit
La taille du Soleil actuel (maintenant dans la séquence principale) par rapport à sa taille estimée pendant sa phase de géante rouge
Une fois que le Soleil passe de la combustion de l’hydrogène dans son noyau à la combustion de l’hydrogène l’enveloppe extérieure se développera. La luminosité totale augmentera régulièrement au cours des milliards d’années suivantes jusqu’à atteindre 2 730 fois la luminosité actuelle du Soleil à l’âge de 12,167 milliards d’années., La majeure partie de l’atmosphère terrestre sera perdue dans l’espace et sa surface sera constituée d’un océan de lave avec des continents flottants de métaux et d’oxydes métalliques ainsi que des icebergs de matériaux réfractaires, avec une température de surface atteignant plus de 2,400 K (2,130 °C; 3,860 °F). Le Soleil connaîtra une perte de masse plus rapide, avec environ 33% de sa masse totale perdue avec le vent solaire. La perte de masse signifiera que les orbites des planètes se dilateront. La distance orbitale de la Terre augmentera jusqu’à au plus 150% de sa valeur actuelle.,
La partie la plus rapide de l’expansion du Soleil en une géante rouge se produira au cours des dernières étapes, lorsque le Soleil aura environ 12 milliards d’années. Il est susceptible de s’étendre pour avaler à la fois Mercure et Vénus, atteignant un rayon maximum de 1,2 UA (180 000 000 km). La Terre interagira avec l’atmosphère extérieure du Soleil, ce qui réduirait le rayon orbital de la Terre. La traînée de la chromosphère du Soleil réduirait également l’orbite de la Terre. Ces effets vont agir pour contrebalancer l’effet de la perte de masse par le Soleil, et la Terre sera probablement engloutie par le Soleil.,
La traînée de l’atmosphère solaire peut provoquer la désintégration de l’orbite de la Lune. Une fois que l’orbite de la Lune se ferme à une distance de 18 470 km (11 480 mi), elle franchira la limite de Roche de la Terre. Cela signifie que l’interaction des marées avec la Terre briserait la Lune, la transformant en un système d’anneaux. La majeure partie de l’anneau en orbite commencera alors à se désintégrer et les débris auront un impact sur la Terre. Par conséquent, même si la Terre n’est pas engloutie par le Soleil, la planète peut être laissée sans lune., L’ablation et la vaporisation causées par sa chute sur une trajectoire en décomposition vers le Soleil peuvent enlever le manteau de la Terre, ne laissant que son noyau, qui sera finalement détruit après au plus 200 ans. Suite à cet événement, le seul héritage de la Terre sera une très légère augmentation (0,01%) de la métallicité solaire.,:IIC
Post-red giant stageEdit
La nébuleuse de l’hélice, une nébuleuse planétaire similaire à ce que le Soleil produira dans 8 milliards d’années
Après la fusion de l’hélium dans son noyau en carbone, le Soleil recommencera à s’effondrer, évoluant étoile après avoir éjecté son atmosphère extérieure en tant que nébuleuse planétaire. La masse finale prévue est de 54,1% de la valeur actuelle, probablement constituée principalement de carbone et d’oxygène.
Actuellement, la Lune s’éloigne de la Terre à raison de 4 cm (1,5 pouces) par an., Dans 50 milliards d’années, si la Terre et la Lune ne sont pas englouties par le Soleil, elles deviendront des marées sur une orbite plus grande et stable, chacune ne montrant qu’une face à l’autre. Par la suite, l’action de marée du Soleil extraira le moment angulaire du système, provoquant la désintégration de l’orbite de la Lune et l’accélération de la rotation de la Terre. Dans environ 65 milliards d’années, on estime que la Lune peut finir par entrer en collision avec la Terre, en raison de l’énergie restante du système Terre–Lune étant sapée par le Soleil restant, provoquant la Lune à se déplacer lentement vers l’intérieur vers la Terre.,
Sur une échelle de temps de 1019 (10 quintillions) années, les planètes restantes du Système solaire seront éjectées du système par une relaxation violente. Si la Terre n’est pas détruite par le Soleil géant rouge en expansion et que la Terre n’est pas éjectée du Système solaire par relaxation violente, le destin ultime de la planète sera qu’elle entre en collision avec le Soleil nain noir en raison de la désintégration de son orbite par rayonnement gravitationnel, en 1020 (Échelle courte: 100 quintillion, Échelle Longue:
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