Jordens framtid

solens energiproduktion bygger på termonukleär fusion av väte till helium. Detta sker i stjärnans kärnområde med hjälp av Proton-protonkedjereaktionsprocessen. Eftersom det inte finns någon konvektion i solkärnan, byggs heliumkoncentrationen upp i den regionen utan att distribueras i hela stjärnan., Temperaturen i solens kärna är för låg för kärnfusion av heliumatomer genom trippel-alfa-processen, så dessa atomer bidrar inte till den nettoenergigenerering som behövs för att upprätthålla solens hydrostatiska jämvikt.

för närvarande har nästan hälften av vätet i kärnan förbrukats, medan resten av atomerna huvudsakligen består av helium. Eftersom antalet väteatomer per massenhet minskar, så gör också deras energiproduktion som tillhandahålls genom kärnfusion., Detta resulterar i en minskning av tryckstödet, vilket gör att kärnan kommer i kontakt tills den ökade densiteten och temperaturen ger kärntrycket i jämvikt med skikten ovan. Den högre temperaturen gör att det återstående vätet genomgår fusion i snabbare takt och därigenom genererar den energi som behövs för att bibehålla jämvikten.

resultatet av denna process har varit en stadig ökning av solens energiutgång. När solen först blev en huvudsekvens stjärna, utstrålade den endast 70% av den aktuella luminositeten. Luminositeten har ökat på ett nästan linjärt sätt till nutiden, med 1% var 110 miljoner år. På samma sätt förväntas solen på tre miljarder år vara 33% mer lysande. Vätgasbränslet i kärnan kommer slutligen att vara uttömt om fem miljarder år, när solen kommer att vara 67% mer lysande än för närvarande., Därefter fortsätter solen att bränna väte i ett skal som omger kärnan tills ljusstyrkan når 121% över nuvärdet. Detta markerar slutet på solens huvudsakliga sekvens livstid, och därefter kommer det att passera genom subgiant scenen och utvecklas till en röd jätte.

vid denna tid bör kollisionen av Vintergatan och Andromeda galaxer vara igång. Även om detta kan leda till att solsystemet kastas ut från den nyligen kombinerade galaxen, anses det osannolikt att ha någon negativ effekt på solen eller dess planeter.,

klimatpåverkan

graden av förväxling av silikatmineraler kommer att öka när stigande temperaturer påskyndar kemiska processer. Detta kommer i sin tur att minska koldioxidhalten i atmosfären, eftersom reaktioner med silikatmineraler omvandlar koldioxidgas till fasta karbonater. Inom de närmaste 600 miljoner åren från nuet kommer koncentrationen av koldioxid att falla under det kritiska tröskelvärde som behövs för att upprätthålla C3-fotosyntesen: cirka 50 delar per miljon., Vid denna tidpunkt kommer träd och skogar i deras nuvarande former inte längre att kunna överleva. de sista levande träden är vintergröna barrträd. Denna nedgång i växtlivet kommer sannolikt att bli en långsiktig nedgång snarare än en kraftig nedgång. Det är troligt att växtgrupper kommer att dö en efter en långt innan 50 delar per miljon nivå nås. De första växterna att försvinna kommer att vara C3 örtartade växter, följt av lövskogar, vintergröna lövskogar och slutligen vintergröna barrträd. C4 – kolfixering kan dock fortsätta vid mycket lägre koncentrationer, ner till över 10 delar per miljon., Således kan växter som använder C4-fotosyntes kunna överleva i minst 0,8 miljarder år och eventuellt så länge som 1,2 miljarder år från och med nu, varefter stigande temperaturer kommer att göra biosfären ohållbar. För närvarande utgör C4-växter cirka 5% av jordens växtbiomassa och 1% av dess kända växtarter. Till exempel använder cirka 50% av alla gräsarter (Poaceae) C4-fotosyntetiska vägen, liksom många arter i örtfamiljen Amaranthaceae.,

När koldioxidnivåerna sjunker till den gräns där fotosyntesen knappt är hållbar, förväntas andelen koldioxid i atmosfären svänga upp och ner. Detta kommer att tillåta markvegetation att blomstra varje gång koldioxidnivån stiger på grund av tektonisk aktivitet och andning från djurlivet. Den långsiktiga trenden är dock att växtlivet på land helt och hållet dör, eftersom det mesta av det återstående kolet i atmosfären blir sekvestrerat i jorden., Vissa mikrober kan fotosyntes vid koncentrationer av koldioxid så lågt som 1 del per miljon, så dessa livsformer skulle förmodligen försvinna bara på grund av stigande temperaturer och förlusten av biosfären.

växter—och i förlängningen djur-kan överleva längre genom att utveckla andra strategier som att kräva mindre koldioxid för fotosyntetiska processer, bli köttätande, anpassa sig till uttorkning eller associera med svampar. Dessa anpassningar kommer sannolikt att dyka upp nära början av det fuktiga växthuset (se vidare).,

förlusten av högre växtliv kommer också att resultera i eventuell förlust av syre samt Ozon på grund av andning av djur, kemiska reaktioner i atmosfären och vulkanutbrott. Detta kommer att leda till mindre dämpning av DNA-skadlig UV, liksom djurens död. de första djuren som försvinner skulle vara stora däggdjur, följt av små däggdjur, fåglar, amfibier och stora fiskar, reptiler och små fiskar och slutligen ryggradslösa djur., Innan detta händer förväntas det att livet skulle koncentrera sig på refugia med lägre temperatur, såsom höga höjder där mindre markyta är tillgänglig, vilket begränsar befolkningsstorleken. Mindre djur skulle överleva bättre än större på grund av mindre syrebehov, medan fåglar skulle klara sig bättre än däggdjur tack vare deras förmåga att resa stora avstånd och leta efter kallare temperaturer. Baserat på syrehalveringstid i atmosfären skulle djurlivet vara högst 100 miljoner år efter förlusten av högre växter., Djurlivet kan dock vara mycket längre eftersom mer än 50% syre för närvarande produceras av fytoplankton.

i sitt arbete livet och döden av planeten jorden, författare Peter D. Ward och Donald Brownlee har hävdat att någon form av djurliv kan fortsätta även efter det mesta av jordens växtliv har försvunnit., Ward och Brownlee använder fossila bevis från Burgess Shale i British Columbia, Kanada, för att bestämma Klimatet i kambriska explosionen, och använda den för att förutsäga klimatet i framtiden när stigande globala temperaturer som orsakas av en värmande Sol och sjunkande syrenivåer resulterar i den slutliga utrotningen av djurlivet. Ursprungligen förväntar de sig att vissa insekter, ödlor, fåglar och små däggdjur kan fortsätta, tillsammans med havslivet. Men utan syrepåfyllning av växtlivet tror de att djur förmodligen skulle dö av kvävning inom några miljoner år., Även om tillräckligt med syre skulle förbli i atmosfären genom att någon form av fotosyntes kvarstår, skulle den stadiga ökningen av den globala temperaturen leda till en gradvis förlust av biologisk mångfald.

När temperaturen fortsätter att stiga, kommer det sista av djurlivet att drivas mot polerna och eventuellt under jord. De skulle bli främst aktiva under polarnatten, aestivating under polardagen på grund av den intensiva värmen. Mycket av ytan skulle bli en karg öken och livet skulle främst hittas i haven., På grund av en minskning av mängden organiskt material som kommer in i oceanerna från land samt en minskning av upplöst syre, skulle havslivet försvinna alltför efter en liknande väg till den på jordens yta. Denna process skulle börja med förlusten av sötvattensarter och avslutas med ryggradslösa djur, särskilt de som inte är beroende av levande växter som termiter eller de nära hydrotermiska ventiler som maskar av släktet Riftia. Som ett resultat av dessa processer kan multicellulära livsformer utrotas på cirka 800 miljoner år och eukaryoter i 1.,3 miljarder år, lämnar bara prokaryoterna.

förlust av oceansEdit

en miljard år från och med nu kommer cirka 27% av det moderna havet att ha subducerats i manteln. Om denna process fick fortsätta oavbruten skulle den nå ett jämviktsläge där 65% av den aktuella ytbehållaren skulle förbli vid ytan., När solens ljusstyrka är 10% högre än dess nuvarande värde, kommer den genomsnittliga globala yttemperaturen att stiga till 320 K (47 °C; 116 °F). Atmosfären blir ett ”fuktigt växthus” som leder till en runaway avdunstning av oceanerna. Vid denna tidpunkt visar modeller av jordens framtida miljö att stratosfären skulle innehålla ökande vattennivåer. Dessa vattenmolekyler kommer att brytas ner genom fotodissociation av sol UV, vilket gör att väte kan fly från atmosfären. Nettoresultatet skulle bli en förlust av världens havsvatten med cirka 1,1 miljarder år från nutiden.,

det kommer att finnas två varianter av denna framtida uppvärmningsåterkoppling: det ”fuktiga växthuset” där vattenånga dominerar troposfären medan vattenånga börjar ackumuleras i stratosfären (om oceanerna avdunstar mycket snabbt) och det ”runaway växthuset” där vattenånga blir en dominerande del av atmosfären (om oceanerna avdunstar för långsamt)., I denna havsfria tid kommer det att fortsätta att finnas ytreservoarer eftersom vatten ständigt frigörs från den djupa skorpan och manteln, där det uppskattas att det finns en mängd vatten som motsvarar flera gånger som för närvarande finns i jordens oceaner. Vissa vatten kan behållas vid polerna och det kan finnas enstaka regnstormar, men för det mesta skulle planeten vara en torr öken med stora dunefields som täcker dess ekvatorn och några saltlägenheter på vad som en gång var havsbotten, som liknar de i Atacamaöknen i Chile.,

utan vatten för att fungera som smörjmedel skulle platttektonik sannolikt sluta och de mest synliga tecknen på geologisk aktivitet skulle vara sköldvulkaner som ligger ovanför mantel hotspots. Under dessa torra förhållanden kan planeten behålla något mikrobiellt och eventuellt till och med multicellulärt liv. De flesta av dessa mikrober kommer att vara halofiler och livet kan hitta tillflykt i atmosfären som har föreslagits för att ha hänt på Venus. De alltmer extrema förhållandena kommer dock sannolikt att leda till att prokaryoterna utrotas mellan 1,6 miljarder år och 2.,8 miljarder år från och med nu, med den sista av dem som lever i kvarvarande dammar av vatten på höga breddgrader och höjder eller i grottor med instängd is. Men det underjordiska livet kan vara längre. Vad som fortsätter efter detta beror på nivån av tektonisk aktivitet. En stadig utsläpp av koldioxid genom vulkanutbrott kan orsaka atmosfären att komma in i ett” super-växthus ” tillstånd som planeten Venus., Men, som nämnts ovan, utan ytvatten, skulle platttektonik förmodligen stanna upp och de flesta karbonaten skulle förbli säkert begravda tills solen blir en röd jätte och dess ökade ljusstyrka värmer berget till punkten att släppa koldioxiden.

förlusten av haven kan försenas till 2 miljarder år i framtiden om atmosfärstrycket skulle minska. Ett lägre atmosfärstryck skulle minska växthuseffekten och därigenom sänka yttemperaturen. Detta kan inträffa om naturliga processer skulle avlägsna kväve från atmosfären., Studier av organiska sediment har visat att minst 100 kilopascal (0.99 atm) av kväve har tagits bort från atmosfären under de senaste fyra miljarder åren; tillräckligt för att effektivt fördubbla det nuvarande atmosfärstrycket om det skulle släppas. Denna borttagningsfrekvens skulle vara tillräcklig för att motverka effekterna av att öka solarmaturen under de kommande två miljarder åren.

med 2,8 miljarder år från och med nu kommer jordens yttemperatur att ha nått 422 K (149 °C; 300 °f), även vid polerna. Vid denna tidpunkt kommer eventuellt återstående liv att släckas på grund av de extrema förhållandena., Om allt vatten på jorden har avdunstat vid denna punkt, kommer planeten att stanna under samma förhållanden med en stadig ökning av yttemperaturen tills solen blir en röd jätte. Om inte, sedan i ca 3-4 miljarder år mängden vattenånga i den nedre atmosfären kommer att stiga till 40% och en ”fuktig växthus” effekt kommer att påbörjas när ljusstyrkan från solen når 35-40% mer än dess nuvarande värde. En ”runaway greenhouse” – effekt kommer att uppstå, vilket gör att atmosfären värms upp och höjer yttemperaturen till cirka 1,600 K (1,330 °C; 2,420 °F)., Detta är tillräckligt för att smälta planetens yta. Men det mesta av atmosfären kommer att behållas tills solen har gått in i den röda jättestadiet.

med utrotning av livet, 2,8 miljarder år från och med nu förväntas det också att jordens biosignaturer kommer att försvinna, att ersättas av signaturer som orsakas av icke-biologiska processer.,

Red giant stageEdit

När solen ändras från att bränna väte i kärnan till att bränna väte i ett skal runt kärnan börjar kärnan att komma i kontakt och det yttre kuvertet kommer att expandera. Den totala ljusstyrkan kommer att öka stadigt under de följande miljarder åren tills den når 2 730 gånger solens nuvarande ljusstyrka vid en ålder av 12.167 miljarder år., Det mesta av jordens atmosfär kommer att gå förlorad till rymden och dess yta kommer att bestå av ett lavahav med flytande kontinenter av metaller och metalloxider samt isberg av eldfasta material, med dess yttemperatur når mer än 2,400 K (2,130 °C; 3,860 °F). Solen kommer att uppleva snabbare massförlust, med cirka 33% av dess totala massskjul med solvinden. Förlusten av massa kommer att innebära att planeternas banor kommer att expandera. Jordens orbitala avstånd kommer att öka till högst 150% av dess nuvarande värde.,

den snabbaste delen av solens expansion till en röd jätte kommer att inträffa under slutskedet, när solen kommer att vara cirka 12 miljarder år gammal. Det kommer sannolikt att expandera för att svälja både kvicksilver och Venus och nå en maximal radie på 1,2 AU (180,000,000 km). Jorden kommer att interagera tidligt med solens yttre atmosfär, vilket skulle bidra till att minska jordens orbitalradie. Dra från solens kromosfär skulle också minska jordens omloppsbana. Dessa effekter kommer att verka för att motverka effekten av massförlust av solen, och jorden kommer förmodligen att uppslukas av solen.,

dragen från solens atmosfär kan orsaka att månens omlopp förfaller. När månens bana stängs till ett avstånd av 18,470 km kommer den att korsa jordens Roche-gräns. Detta innebär att tidvatten interaktion med jorden skulle bryta isär månen, förvandla det till ett ringsystem. De flesta av den orbiting ringen kommer då att börja förfalla, och skräp kommer att påverka jorden. Därför, även om jorden inte slukas upp av solen, kan planeten vara kvar månlös., Ablation och förångning orsakad av dess fall på en förfallande bana mot solen kan ta bort jordens mantel och lämna bara sin kärna, som äntligen kommer att förstöras efter högst 200 år. Efter denna händelse kommer Jordens enda arv att vara en mycket liten ökning (0,01%) av solmetalliciteten.,: IIC

Post-red giant stageEdit

Efter att ha smält helium i sin kärna till kol, kommer solen att börja kollapsa igen och utvecklas till en kompakt vit dvärgstjärna efter att ha kastat ut sin yttre atmosfär som en planetarisk nebulosa. Den förväntade slutliga massan är 54,1% av nuvärdet, troligen främst bestående av kol och syre.

För närvarande rör sig månen bort från jorden med en hastighet av 4 cm (1,5 tum) per år., Om 50 miljarder år, om jorden och månen inte uppslukas av solen, kommer de att bli tidslockade till en större, stabil bana, med var och en visar bara ett ansikte mot det andra. Därefter kommer tidvattenverkan av solen att extrahera vinkelmoment från systemet, vilket gör att månens bana sönderfaller och jordens rotation accelererar. På cirka 65 miljarder år beräknas det att månen kan hamna kollidera med jorden, på grund av den återstående energin i Jordmånssystemet som sågas av den kvarvarande solen, vilket gör att månen långsamt rör sig inåt mot jorden.,

i en tidsskala på 1019 (10 quintillion) år kommer de återstående planeterna i solsystemet att kastas ut från systemet genom våldsam avkoppling. Om jorden inte förstörs av den expanderande röda jätte solen och jorden inte kastas ut från solsystemet genom våldsam avkoppling, kommer den ultimata öde planeten att vara att den kolliderar med den svarta dvärg solen på grund av sönderfallet av sin omloppsbana via gravitationsstrålning, i 1020 (kort skala: 100 quintillion, lång skala: 100 biljoner) år.