Futuro della Terra

La generazione di energia del Sole si basa sulla fusione termonucleare dell’idrogeno in elio. Ciò si verifica nella regione centrale della stella utilizzando il processo di reazione a catena protone–protone. Poiché non c’è convezione nel nucleo solare, la concentrazione di elio si accumula in quella regione senza essere distribuita in tutta la stella., La temperatura al centro del Sole è troppo bassa per la fusione nucleare di atomi di elio attraverso il processo triplo-alfa, quindi questi atomi non contribuiscono alla generazione di energia netta necessaria per mantenere l’equilibrio idrostatico del Sole.

Attualmente, quasi la metà dell’idrogeno al nucleo è stato consumato, con il resto degli atomi costituito principalmente da elio. Come il numero di atomi di idrogeno per unità di massa diminuisce, così fa anche la loro produzione di energia fornita attraverso la fusione nucleare., Ciò si traduce in una diminuzione del supporto di pressione, che fa sì che il nucleo si contragga fino a quando l’aumento della densità e della temperatura non porta la pressione del nucleo in equilibrio con gli strati sopra. La temperatura più elevata fa sì che l’idrogeno rimanente subisca la fusione ad una velocità più rapida, generando così l’energia necessaria per mantenere l’equilibrio.

Il risultato di questo processo è stato un costante aumento della produzione di energia del Sole. Quando il Sole divenne per la prima volta una stella di sequenza principale, irradiò solo il 70% della luminosità attuale. La luminosità è aumentata in modo quasi lineare fino ad oggi, aumentando dell ‘ 1% ogni 110 milioni di anni. Allo stesso modo, in tre miliardi di anni il Sole dovrebbe essere il 33% più luminoso. Il combustibile idrogeno al centro sarà finalmente esaurito in cinque miliardi di anni, quando il Sole sarà il 67% più luminoso rispetto al momento., Successivamente il Sole continuerà a bruciare idrogeno in un guscio che circonda il suo nucleo, fino a quando la luminosità raggiunge il 121% sopra il valore attuale. Questo segna la fine della vita della sequenza principale del Sole, e successivamente passerà attraverso lo stadio subgigante ed evolverà in una gigante rossa.

A questo punto, la collisione della Via Lattea e delle galassie di Andromeda dovrebbe essere in corso. Anche se questo potrebbe comportare l’espulsione del Sistema Solare dalla galassia appena combinata, è considerato improbabile che abbia effetti negativi sul Sole o sui suoi pianeti.,

Impatto climaticomodifica

Il tasso di agenti atmosferici dei minerali silicati aumenterà con l’aumento delle temperature accelerare i processi chimici. Questo a sua volta diminuirà il livello di anidride carbonica nell’atmosfera, poiché le reazioni con i minerali silicati convertono il gas di anidride carbonica in carbonati solidi. Entro i prossimi 600 milioni di anni dal presente, la concentrazione di anidride carbonica scenderà al di sotto della soglia critica necessaria per sostenere la fotosintesi C3: circa 50 parti per milione., A questo punto, alberi e foreste nelle loro forme attuali non saranno più in grado di sopravvivere. gli ultimi alberi viventi sono conifere sempreverdi. Questo declino della vita vegetale è probabile che sia un declino a lungo termine piuttosto che un forte calo. È probabile che i gruppi di piante moriranno uno per uno ben prima che venga raggiunto il livello di 50 parti per milione. Le prime piante a scomparire saranno le piante erbacee C3, seguite da foreste decidue, foreste sempreverdi a foglia larga e infine conifere sempreverdi. Tuttavia, la fissazione del carbonio C4 può continuare a concentrazioni molto più basse, fino a oltre 10 parti per milione., Così le piante che utilizzano la fotosintesi C4 possono essere in grado di sopravvivere per almeno 0,8 miliardi di anni e possibilmente fino a 1,2 miliardi di anni da oggi, dopo di che l’aumento delle temperature renderà la biosfera insostenibile. Attualmente, le piante C4 rappresentano circa il 5% della biomassa vegetale terrestre e l ‘ 1% delle sue specie vegetali conosciute. Ad esempio, circa il 50% di tutte le specie di erba (Poaceae) utilizza la via fotosintetica C4, così come molte specie della famiglia erbacea Amaranthaceae.,

Quando i livelli di anidride carbonica scendono al limite in cui la fotosintesi è appena sostenibile, la percentuale di anidride carbonica nell’atmosfera dovrebbe oscillare su e giù. Ciò consentirà alla vegetazione terrestre di prosperare ogni volta che il livello di anidride carbonica aumenta a causa dell’attività tettonica e della respirazione dalla vita animale. Tuttavia, la tendenza a lungo termine è che la vita vegetale sulla terra muoia del tutto poiché la maggior parte del carbonio rimanente nell’atmosfera viene sequestrato nella Terra., Alcuni microbi sono in grado di fotosintesi a concentrazioni di anidride carbonica a partire da 1 parte per milione, quindi queste forme di vita probabilmente scomparirebbero solo a causa dell’aumento delle temperature e della perdita della biosfera.

Le piante—e, per estensione, gli animali—potrebbero sopravvivere più a lungo evolvendo altre strategie come richiedere meno anidride carbonica per i processi fotosintetici, diventare carnivori, adattarsi all’essiccamento o associarsi ai funghi. È probabile che questi adattamenti appaiano vicino all’inizio della serra umida (vedi oltre).,

La perdita di vita vegetale superiore comporterà anche l’eventuale perdita di ossigeno e ozono a causa della respirazione degli animali, delle reazioni chimiche nell’atmosfera e delle eruzioni vulcaniche. Ciò si tradurrà in una minore attenuazione dei raggi UV dannosi per il DNA, così come la morte degli animali; i primi animali a scomparire sarebbero grandi mammiferi, seguiti da piccoli mammiferi, uccelli, anfibi e grandi pesci, rettili e piccoli pesci, e infine invertebrati., Prima che ciò accada, ci si aspetta che la vita si concentri a refugia di temperatura più bassa come alte quote dove è disponibile meno superficie terrestre, limitando così le dimensioni della popolazione. Gli animali più piccoli sopravviverebbero meglio di quelli più grandi a causa del minor fabbisogno di ossigeno, mentre gli uccelli se la caverebbero meglio dei mammiferi grazie alla loro capacità di percorrere grandi distanze alla ricerca di temperature più fredde. Sulla base dell’emivita dell’ossigeno nell’atmosfera, la vita animale durerebbe al massimo 100 milioni di anni dopo la perdita delle piante superiori., Tuttavia, la vita animale può durare molto più a lungo poiché oltre il 50% dell’ossigeno è attualmente prodotto dal fitoplancton.

Nel loro lavoro The Life and Death of Planet Earth, gli autori Peter D. Ward e Donald Brownlee hanno sostenuto che una qualche forma di vita animale può continuare anche dopo che la maggior parte della vita vegetale della Terra è scomparsa., Ward e Brownlee utilizzano prove fossili dal Burgess Shale in British Columbia, Canada, per determinare il clima dell “esplosione Cambriano, e usarlo per prevedere il clima del futuro quando l” aumento delle temperature globali causate da un sole riscaldamento e diminuendo i livelli di ossigeno risultato nella estinzione finale della vita animale. Inizialmente, si aspettano che alcuni insetti, lucertole, uccelli e piccoli mammiferi possano persistere, insieme alla vita marina. Tuttavia, senza il rifornimento di ossigeno da parte della vita vegetale, credono che gli animali probabilmente morirebbero per asfissia entro pochi milioni di anni., Anche se l’ossigeno sufficiente dovesse rimanere nell’atmosfera attraverso la persistenza di una qualche forma di fotosintesi, il costante aumento della temperatura globale comporterebbe una graduale perdita di biodiversità.

Man mano che le temperature continuano ad aumentare, l’ultima vita animale sarà guidata verso i poli, e possibilmente sottoterra. Diventerebbero principalmente attivi durante la notte polare, estivando durante il giorno polare a causa del caldo intenso. Gran parte della superficie diventerebbe un deserto arido e la vita si troverebbe principalmente negli oceani., Tuttavia, a causa di una diminuzione della quantità di materia organica che entra negli oceani dalla terra e di una diminuzione dell’ossigeno disciolto, anche la vita marina scomparirebbe seguendo un percorso simile a quello sulla superficie terrestre. Questo processo inizierebbe con la perdita di specie d’acqua dolce e si concluderebbe con gli invertebrati, in particolare quelli che non dipendono da piante viventi come le termiti o quelle vicine alle bocche idrotermali come i vermi del genere Riftia. Come risultato di questi processi, le forme di vita multicellulari possono estinguersi in circa 800 milioni di anni e gli eucarioti in 1.,3 miliardi di anni, lasciando solo i procarioti.

Perdita di oceanimodifica

Tra un miliardo di anni, circa il 27% dell’oceano moderno sarà stato subdotto nel mantello. Se questo processo fosse permesso continuare ininterrotto, raggiungerebbe uno stato di equilibrio in cui 65% del serbatoio di superficie corrente rimarrebbe alla superficie., Una volta che la luminosità solare è superiore del 10% rispetto al suo valore attuale, la temperatura media globale della superficie salirà a 320 K (47 °C; 116 °F). L’atmosfera diventerà una “serra umida” che porterà ad un’evaporazione in fuga degli oceani. A questo punto, i modelli dell’ambiente futuro della Terra dimostrano che la stratosfera conterrebbe livelli crescenti di acqua. Queste molecole d’acqua saranno scomposte attraverso la fotodissociazione dai raggi UV solari, consentendo all’idrogeno di sfuggire all’atmosfera. Il risultato netto sarebbe una perdita di acqua di mare del mondo di circa 1,1 miliardi di anni dal presente.,

Ci saranno due varianti di questo riscaldamento futuro feedback: il “umido serra” dove il vapore acqueo domina la troposfera, mentre il vapore acqueo inizia ad accumularsi nella stratosfera (se gli oceani evapora molto rapidamente), e il “runaway greenhouse”, dove il vapore acqueo diventa una componente dominante dell’atmosfera (se gli oceani evapora troppo lentamente)., In questa era senza oceano, continueranno ad esserci serbatoi superficiali poiché l’acqua viene costantemente rilasciata dalla crosta profonda e dal mantello, dove si stima che ci sia una quantità di acqua equivalente a diverse volte quella attualmente presente negli oceani della Terra. Alcuni acqua può essere trattenuta ai poli e ci possono essere temporali occasionali, ma per la maggior parte il pianeta sarebbe un deserto secco con grandi dunefields che coprono il suo equatore, e un paio di saline su quello che una volta era il fondo dell’oceano, simili a quelli nel deserto di Atacama in Cile.,

Senza acqua come lubrificante, la tettonica a placche si fermerebbe molto probabilmente e i segni più visibili dell’attività geologica sarebbero i vulcani a scudo situati sopra gli hotspot del mantello. In queste condizioni aride il pianeta può mantenere qualche vita microbica e forse anche multicellulare. La maggior parte di questi microbi saranno alofili e la vita potrebbe trovare rifugio nell’atmosfera come è stato proposto per essere accaduto su Venere. Tuttavia, le condizioni sempre più estreme porteranno probabilmente all’estinzione dei procarioti tra 1,6 miliardi di anni e 2.,8 miliardi di anni da oggi, con l’ultimo di loro che vivono in stagni residui di acqua ad alte latitudini e altezze o in caverne con ghiaccio intrappolato. Tuttavia, la vita sotterranea potrebbe durare più a lungo. Ciò che procede dopo questo dipende dal livello di attività tettonica. Un rilascio costante di anidride carbonica da eruzione vulcanica potrebbe causare l’atmosfera di entrare in uno stato di “super-serra” come quello del pianeta Venere., Ma, come detto sopra, senza acqua superficiale, tettonica delle placche sarebbe probabilmente venire a una battuta d “arresto e la maggior parte dei carbonati rimarrebbe saldamente sepolto fino a quando il Sole diventa un gigante rosso e la sua maggiore luminosità riscalda la roccia al punto di rilasciare l” anidride carbonica.

La perdita degli oceani potrebbe essere ritardata fino a 2 miliardi di anni in futuro se la pressione atmosferica dovesse diminuire. Una pressione atmosferica più bassa ridurrebbe l’effetto serra, abbassando così la temperatura superficiale. Ciò potrebbe verificarsi se i processi naturali dovessero rimuovere l’azoto dall’atmosfera., Studi di sedimenti organici ha dimostrato che almeno 100 kilopascal (0,99 atm) di azoto è stato rimosso dall’atmosfera nel corso degli ultimi quattro miliardi di anni; abbastanza per raddoppiare efficacemente la pressione atmosferica attuale se dovesse essere rilasciato. Questo tasso di rimozione sarebbe sufficiente per contrastare gli effetti dell’aumento della luminosità solare per i prossimi due miliardi di anni.

Entro 2,8 miliardi di anni da oggi, la temperatura superficiale della Terra avrà raggiunto i 422 K (149 °C; 300 °F), anche ai poli. A questo punto, qualsiasi vita residua sarà estinta a causa delle condizioni estreme., Se tutta l’acqua sulla Terra è evaporata a questo punto, il pianeta rimarrà nelle stesse condizioni con un costante aumento della temperatura superficiale fino a quando il Sole diventa un gigante rosso. In caso contrario, tra circa 3-4 miliardi di anni la quantità di vapore acqueo nella bassa atmosfera salirà al 40% e un effetto “serra umida” inizierà quando la luminosità del Sole raggiungerà il 35-40% in più rispetto al suo valore attuale. Ne deriverà un effetto “serra in fuga”, causando il riscaldamento dell’atmosfera e aumentando la temperatura superficiale a circa 1.600 K (1.330 °C; 2.420 °F)., Questo è sufficiente per sciogliere la superficie del pianeta. Tuttavia, la maggior parte dell’atmosfera verrà mantenuta fino a quando il Sole non sarà entrato nella fase di gigante rossa.

Con l’estinzione della vita, tra 2,8 miliardi di anni si prevede anche che le biosignature della Terra scompariranno, per essere sostituite da firme causate da processi non biologici.,

gigante Rossa stageEdit

una Volta che il Sole modifiche apportate dalla combustione di idrogeno all’interno del suo nucleo di combustione di idrogeno in un guscio intorno al suo nucleo, il nucleo inizierà a contratto e la busta esterna si espanderà. La luminosità totale aumenterà costantemente nei miliardi di anni successivi fino a raggiungere 2.730 volte la luminosità attuale del Sole all’età di 12,167 miliardi di anni., La maggior parte dell’atmosfera terrestre sarà persa nello spazio e la sua superficie sarà costituita da un oceano di lava con continenti galleggianti di metalli e ossidi metallici e iceberg di materiali refrattari, con la sua temperatura superficiale che raggiunge più di 2.400 K (2.130 °C; 3.860 °F). Il Sole sperimenterà una perdita di massa più rapida, con circa il 33% della sua massa totale sparsa con il vento solare. La perdita di massa significherà che le orbite dei pianeti si espanderanno. La distanza orbitale della Terra aumenterà al massimo al 150% del suo valore attuale.,

La parte più rapida dell’espansione del Sole in una gigante rossa avverrà durante le fasi finali, quando il Sole avrà circa 12 miliardi di anni. È probabile che si espanda per inghiottire sia Mercurio che Venere, raggiungendo un raggio massimo di 1,2 UA (180.000.000 km). La Terra interagirà in modo tidale con l’atmosfera esterna del Sole, il che servirebbe a diminuire il raggio orbitale della Terra. Trascinare dalla cromosfera del Sole ridurrebbe anche l’orbita terrestre. Questi effetti agiranno per controbilanciare l’effetto della perdita di massa da parte del Sole, e la Terra sarà probabilmente inghiottito dal Sole.,

Il trascinamento dall’atmosfera solare può causare il decadimento dell’orbita della Luna. Una volta che l’orbita della Luna si chiude a una distanza di 18.470 km (11.480 miglia), attraverserà il limite di Roche della Terra. Ciò significa che l’interazione delle maree con la Terra spezzerebbe la Luna, trasformandola in un sistema di anelli. La maggior parte dell’anello orbitante inizierà quindi a decadere e i detriti impatteranno sulla Terra. Quindi, anche se la Terra non viene inghiottita dal Sole, il pianeta può essere lasciato senza luna., L’ablazione e la vaporizzazione causate dalla sua caduta su una traiettoria decadente verso il Sole possono rimuovere il mantello terrestre, lasciando solo il suo nucleo, che sarà finalmente distrutto dopo al massimo 200 anni. A seguito di questo evento, l’unica eredità della Terra sarà un leggero aumento (0.01%) della metallicità solare.,:IIC

Post-gigante rossa stageEdit

Dopo la fusione di elio nel suo nucleo di carbonio, il Sole inizierà a collassare di nuovo, si evolve in una nana compatta stelle dopo l’espulsione la sua atmosfera esterna come una nebulosa planetaria. La massa finale prevista è il 54,1% del valore attuale, molto probabilmente costituito principalmente da carbonio e ossigeno.

Attualmente, la Luna si sta allontanando dalla Terra ad una velocità di 4 cm (1,5 pollici) all’anno., In 50 miliardi di anni, se la Terra e la Luna non sono inghiottiti dal Sole, diventeranno tidelocked in un’orbita più grande e stabile, con ciascuno che mostra solo una faccia all’altra. Successivamente, l’azione di marea del Sole estrarrà il momento angolare dal sistema, causando il decadimento dell’orbita della Luna e l’accelerazione della rotazione terrestre. In circa 65 miliardi di anni, si stima che la Luna possa finire per scontrarsi con la Terra, a causa dell’energia rimanente del sistema Terra–Luna che viene indebolita dal Sole rimanente, causando la Luna a muoversi lentamente verso l’interno verso la Terra.,

Su una scala temporale di 1019 (10 quintilioni) anni i pianeti rimanenti nel Sistema Solare saranno espulsi dal sistema mediante un violento rilassamento. Se la Terra non viene distrutta dal Sole gigante rosso in espansione e la Terra non viene espulsa dal Sistema Solare per rilassamento violento, il destino ultimo del pianeta sarà che si scontra con il Sole nana nera a causa del decadimento della sua orbita tramite radiazione gravitazionale, in 1020 (Scala breve: 100 quintilioni, Scala lunga: 100 trilioni) anni.