Zukunft der Erde

Die Energieerzeugung der Sonne basiert auf der thermonuklearen Fusion von Wasserstoff zu Helium. Dies geschieht im Kernbereich des Sterns unter Verwendung des Protonen–Protonen-Kettenreaktionsprozesses. Da es im Sonnenkern keine Konvektion gibt, baut sich die Heliumkonzentration in diesem Bereich auf, ohne dass sie im gesamten Stern verteilt ist., Die Temperatur im Kern der Sonne ist zu niedrig für die Kernfusion von Heliumatomen durch den Triple-Alpha-Prozess, so dass diese Atome nicht zur Nettoenergieerzeugung beitragen, die benötigt wird, um das hydrostatische Gleichgewicht der Sonne aufrechtzuerhalten.

Gegenwärtig wird fast die Hälfte des Wasserstoffs im Kern verbraucht, wobei der Rest der Atome hauptsächlich aus Helium besteht. Wenn die Anzahl der Wasserstoffatome pro Masseneinheit abnimmt, wird auch deren Energieausstoß durch Kernfusion bereitgestellt., Dies führt zu einer Abnahme der Druckunterstützung, wodurch sich der Kern zusammenzieht, bis die erhöhte Dichte und Temperatur den Kerndruck mit den obigen Schichten ins Gleichgewicht bringt. Die höhere Temperatur bewirkt, dass der verbleibende Wasserstoff mit einer schnelleren Geschwindigkeit verschmilzt, wodurch die Energie erzeugt wird, die zur Aufrechterhaltung des Gleichgewichts benötigt wird.

Das Ergebnis dieses Prozesses war ein stetiger Anstieg der Energieabgabe der Sonne. Als die Sonne zum ersten Mal zu einem Hauptreihenstern wurde, strahlte sie nur 70% der aktuellen Leuchtkraft aus. Die Leuchtkraft hat bis heute nahezu linear zugenommen und steigt alle 110 Millionen Jahre um 1%. Ebenso wird erwartet, dass die Sonne in drei Milliarden Jahren 33% leuchtender sein wird. Der Wasserstoffbrennstoff im Kern wird schließlich in fünf Milliarden Jahren erschöpft sein, wenn die Sonne 67% leuchtender sein wird als derzeit., Danach wird die Sonne weiterhin Wasserstoff in einer Hülle verbrennen, die ihren Kern umgibt, bis die Leuchtkraft 121% über dem gegenwärtigen Wert erreicht. Dies markiert das Ende der Hauptreihenfolgelebensdauer der Sonne, und danach durchläuft sie das Subgiantenstadium und entwickelt sich zu einem roten Riesen.

Zu diesem Zeitpunkt sollte die Kollision der Milchstraße und der Andromeda-Galaxien im Gange sein. Obwohl dies dazu führen könnte, dass das Sonnensystem aus der neu kombinierten Galaxie ausgeworfen wird, wird es als unwahrscheinlich angesehen, dass es sich nachteilig auf die Sonne oder ihre Planeten auswirkt.,

Climate impactEdit

Die Verwitterungsrate von Silikatmineralien wird zunehmen, da steigende Temperaturen chemische Prozesse beschleunigen. Dies wiederum verringert den Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre, da Reaktionen mit Silikatmineralien Kohlendioxidgas in feste Carbonate umwandeln. Innerhalb der nächsten 600 Millionen Jahre ab der Gegenwart wird die Kohlendioxidkonzentration unter die kritische Schwelle fallen, die für die Aufrechterhaltung der C3-Photosynthese erforderlich ist: etwa 50 Teile pro Million., An diesem Punkt können Bäume und Wälder in ihren gegenwärtigen Formen nicht mehr überleben. die letzten lebenden Bäume sind immergrüne Nadelbäume. Dieser Rückgang der Pflanzenlebensdauer dürfte eher ein langfristiger Rückgang als ein starker Rückgang sein. Es ist wahrscheinlich, dass Pflanzengruppen nacheinander sterben werden, lange bevor das Niveau von 50 Teilen pro Million erreicht ist. Die ersten Pflanzen, die verschwinden, sind die krautigen Pflanzen, gefolgt von Laubwäldern, immergrünen Laubwäldern und schließlich immergrünen Nadelbäumen. Die C4-Kohlenstofffixierung kann jedoch bei viel niedrigeren Konzentrationen fortgesetzt werden, bis auf über 10 Teile pro Million., So können Pflanzen, die C4-Photosynthese verwenden, mindestens 0,8 Milliarden Jahre und möglicherweise bis zu 1,2 Milliarden Jahre überleben, wonach steigende Temperaturen die Biosphäre nicht nachhaltig machen werden. Derzeit stellen C4-Pflanzen etwa 5% der Pflanzenbiomasse der Erde und 1% ihrer bekannten Pflanzenarten dar. Zum Beispiel verwenden etwa 50% aller Grasarten (Poaceae) den C4-Photosyntheseweg, ebenso wie viele Arten in der krautigen Familie Amaranthaceae.,

Wenn der Kohlendioxidgehalt an die Grenze fällt, an der die Photosynthese kaum nachhaltig ist, wird erwartet, dass der Kohlendioxidanteil in der Atmosphäre auf und ab oszilliert. Dadurch kann die Landvegetation jedes Mal gedeihen, wenn der Kohlendioxidgehalt aufgrund tektonischer Aktivität und Atmung durch das Tierleben ansteigt. Der langfristige Trend besteht jedoch darin, dass die Pflanzen an Land insgesamt absterben, da der größte Teil des verbleibenden Kohlenstoffs in der Atmosphäre in der Erde gebunden wird., Einige Mikroben sind in der Lage, bei Konzentrationen von Kohlendioxid von nur 1 Teil pro Million Photosynthese zu betreiben, so dass diese Lebensformen wahrscheinlich nur aufgrund steigender Temperaturen und des Verlustes der Biosphäre verschwinden würden.

Pflanzen—und damit Tiere-könnten länger überleben, indem sie andere Strategien entwickeln, z. B. weniger Kohlendioxid für photosynthetische Prozesse benötigen, fleischfressend werden, sich an die Austrocknung anpassen oder mit Pilzen in Verbindung treten. Diese Anpassungen werden wahrscheinlich in der Nähe des Beginns des feuchten Gewächshauses auftreten (siehe weiter).,

Der Verlust eines höheren Pflanzenlebens führt auch zum Verlust von Sauerstoff sowie Ozon aufgrund der Atmung von Tieren, chemischen Reaktionen in der Atmosphäre und Vulkanausbrüchen. Dies führt zu einer geringeren Abschwächung der DNA-schädigenden UV sowie zum Tod von Tieren; Die ersten Tiere, die verschwinden, wären große Säugetiere, gefolgt von kleinen Säugetieren, Vögeln, Amphibien und großen Fischen, Reptilien und kleinen Fischen und schließlich Wirbellosen., Bevor dies geschieht, wird erwartet, dass sich das Leben auf Refugien mit niedrigerer Temperatur konzentriert, z. B. in hohen Lagen, in denen weniger Landfläche verfügbar ist, wodurch die Bevölkerungsgröße eingeschränkt wird. Kleinere Tiere würden aufgrund des geringeren Sauerstoffbedarfs besser überleben als größere, während Vögel aufgrund ihrer Fähigkeit, große Entfernungen auf der Suche nach kälteren Temperaturen zurückzulegen, besser abschneiden als Säugetiere. Basierend auf der Sauerstoffhalbwertszeit in der Atmosphäre würde das Tierleben höchstens 100 Millionen Jahre nach dem Verlust höherer Pflanzen dauern., Das Tierleben kann jedoch viel länger dauern, da derzeit mehr als 50% Sauerstoff durch Phytoplankton produziert wird.

In ihrer Arbeit The Life and Death of Planet Earth haben die Autoren Peter D. Ward und Donald Brownlee argumentiert, dass eine Form des Tierlebens auch nach dem größten Teil des Pflanzenlebens der Erde fortgesetzt werden kann., Ward und Brownlee verwenden fossile Beweise aus dem Burgess Shale in British Columbia, Kanada, um das Klima der kambrischen Explosion zu bestimmen, und verwenden Sie es, um das Klima der Zukunft vorherzusagen, wenn steigende globale Temperaturen, die durch eine wärmende Sonne und sinkende Sauerstoffwerte verursacht werden, zum endgültigen Aussterben des Tierlebens führen. Zunächst erwarten sie, dass einige Insekten, Eidechsen, Vögel und kleine Säugetiere zusammen mit dem Leben im Meer bestehen bleiben können. Ohne Sauerstoffauffüllung durch Pflanzen glauben sie jedoch, dass Tiere wahrscheinlich innerhalb weniger Millionen Jahre an Erstickung sterben würden., Selbst wenn durch die Persistenz irgendeiner Form der Photosynthese genügend Sauerstoff in der Atmosphäre verbleiben würde, würde der stetige Anstieg der globalen Temperatur zu einem allmählichen Verlust der biologischen Vielfalt führen.

Wenn die Temperaturen weiter steigen, wird der letzte Teil des Tierlebens in Richtung der Pole und möglicherweise unterirdisch getrieben. Sie würden in erster Linie während der Polarnacht aktiv, aestivating während des Polar Tages aufgrund der intensiven Hitze. Ein Großteil der Oberfläche würde zu einer unfruchtbaren Wüste und Leben würde hauptsächlich in den Ozeanen gefunden werden., Aufgrund einer Abnahme der Menge an organischer Substanz, die von Land aus in die Ozeane gelangt, sowie einer Abnahme des gelösten Sauerstoffs würde das Meeresleben jedoch auf einem ähnlichen Weg wie auf der Erdoberfläche verschwinden. Dieser Prozess würde mit dem Verlust von Süßwasserarten beginnen und mit wirbellosen Tieren enden, insbesondere solchen, die nicht von lebenden Pflanzen wie Termiten oder solchen in der Nähe von hydrothermalen Öffnungen wie Würmern der Gattung Riftia abhängen. Infolge dieser Prozesse können mehrzellige Lebensformen in etwa 800 Millionen Jahren und Eukaryoten in 1 ausgestorben sein.,3 milliarden Jahre, so dass nur die Prokaryoten.

Verlust von Ozeanenedit

In einer Milliarde Jahren werden etwa 27% des modernen Ozeans in den Mantel subduziert worden sein. Wenn dieser Prozess ununterbrochen fortgesetzt werden könnte, würde er einen Gleichgewichtszustand erreichen, in dem 65% des aktuellen Oberflächenreservoirs an der Oberfläche verbleiben würden., Sobald die solare Leuchtkraft 10% höher als der aktuelle Wert ist, steigt die durchschnittliche globale Oberflächentemperatur auf 320 K (47 °C; 116 °F). Die Atmosphäre wird zu einem „feuchten Gewächshaus“, das zu einer außer Kontrolle geratenen Verdunstung der Ozeane führt. An diesem Punkt zeigen Modelle der zukünftigen Umwelt der Erde, dass die Stratosphäre steigende Wasserstände enthalten würde. Diese Wassermoleküle werden durch Photodissoziation durch solares UV abgebaut, so dass Wasserstoff aus der Atmosphäre entweichen kann. Das Nettoergebnis wäre ein Verlust des weltweiten Meerwassers von derzeit etwa 1,1 Milliarden Jahren.,

Es wird zwei Varianten dieser zukünftigen Erwärmung geben: das „feuchte Gewächshaus“, in dem Wasserdampf die Troposphäre dominiert, während sich Wasserdampf in der Stratosphäre ansammelt (wenn die Ozeane sehr schnell verdunsten), und das „außer Kontrolle geratene Gewächshaus“, in dem Wasserdampf zu einem dominierenden Bestandteil der Atmosphäre wird (wenn die Ozeane zu langsam verdampfen)., In dieser ozeanfreien Ära wird es weiterhin Oberflächenreservoirs geben, da Wasser stetig aus der tiefen Kruste und dem Mantel freigesetzt wird, wo schätzungsweise ein Vielfaches der Wassermenge vorhanden ist, die derzeit in den Ozeanen der Erde vorhanden ist. Etwas Wasser kann an den Polen zurückgehalten werden und es kann gelegentlich Regenstürme geben, aber zum größten Teil wäre der Planet eine trockene Wüste mit großen Dünenfeldern, die seinen Äquator bedecken, und ein paar Salzebenen auf dem ehemaligen Meeresboden, ähnlich denen in der Atacama-Wüste in Chile.,

Da kein Wasser als Schmiermittel dient, würde die Plattentektonik höchstwahrscheinlich aufhören und die sichtbarsten Anzeichen geologischer Aktivität wären Schildvulkane oberhalb von Mantelhotspots. Unter diesen trockenen Bedingungen kann der Planet etwas mikrobielles und möglicherweise sogar vielzelliges Leben behalten. Die meisten dieser Mikroben werden Halophile sein und das Leben könnte Zuflucht in der Atmosphäre finden, wie es auf der Venus vorgeschlagen wurde. Die zunehmend extremen Bedingungen werden jedoch wahrscheinlich zum Aussterben der Prokaryoten zwischen 1, 6 Milliarden Jahren und 2 führen.,In 8 Milliarden Jahren leben die letzten von ihnen in Restwasserteichen in hohen Breiten und Höhen oder in Höhlen mit eingeschlossenem Eis. Das Leben im Untergrund könnte jedoch länger dauern. Was danach abläuft, hängt vom Grad der tektonischen Aktivität ab. Eine stetige Freisetzung von Kohlendioxid durch Vulkanausbruch könnte dazu führen, dass die Atmosphäre in einen „Super-Gewächshaus“ – Zustand wie den des Planeten Venus eintritt., Wie oben erwähnt, würde die Plattentektonik ohne Oberflächenwasser wahrscheinlich zum Stillstand kommen und die meisten Carbonate würden sicher vergraben bleiben, bis die Sonne zu einem roten Riesen wird und ihre erhöhte Leuchtkraft das Gestein bis zur Freisetzung erwärmt Kohlendioxid.

Der Verlust der Ozeane könnte sich in Zukunft auf 2 Milliarden Jahre verzögern, wenn der atmosphärische Druck sinken würde. Ein niedrigerer Atmosphärendruck würde den Treibhauseffekt verringern und dadurch die Oberflächentemperatur senken. Dies könnte auftreten, wenn natürliche Prozesse den Stickstoff aus der Atmosphäre entfernen würden., Studien an organischen Sedimenten haben gezeigt, dass in den letzten vier Milliarden Jahren mindestens 100 Kilopascal (0,99 atm) Stickstoff aus der Atmosphäre entfernt wurden.genug, um den aktuellen Atmosphärendruck effektiv zu verdoppeln, wenn er freigesetzt werden sollte. Diese Entfernungsrate würde ausreichen, um den Auswirkungen der zunehmenden solaren Leuchtkraft für die nächsten zwei Milliarden Jahre entgegenzuwirken.

In 2,8 Milliarden Jahren wird die Oberflächentemperatur der Erde sogar an den Polen 422 K (149 °C; 300 °F) erreicht haben. An diesem Punkt wird jede verbleibende Lebensdauer aufgrund der extremen Bedingungen ausgelöscht., Wenn das gesamte Wasser auf der Erde zu diesem Zeitpunkt verdunstet ist, bleibt der Planet unter den gleichen Bedingungen mit einem stetigen Anstieg der Oberflächentemperatur, bis die Sonne zu einem roten Riesen wird. Wenn nicht, steigt die Wasserdampfmenge in der unteren Atmosphäre in etwa 3-4 Milliarden Jahren auf 40% und ein“ feuchter Treibhauseffekt “ beginnt, sobald die Leuchtkraft der Sonne 35-40% mehr als ihren heutigen Wert erreicht. Es entsteht ein „Runaway Greenhouse“ – Effekt, der dazu führt, dass sich die Atmosphäre erwärmt und die Oberflächentemperatur auf etwa 1.600 K (1.330 °C; 2.420 °F) ansteigt., Dies reicht aus, um die Oberfläche des Planeten zu schmelzen. Der größte Teil der Atmosphäre bleibt jedoch erhalten, bis die Sonne die rote Riesenbühne betreten hat.

Mit dem Aussterben des Lebens wird in 2, 8 Milliarden Jahren auch erwartet, dass die Biosignaturen der Erde verschwinden und durch Signaturen ersetzt werden, die durch nichtbiologische Prozesse verursacht werden.,

Red giant stageEdit

Nachdem die Sonne aus der Verbrennung von Wasserstoff in seinem Kern zum verbrennen von Wasserstoff in einer Schale um Ihren Kern, der Kern beginnt zu Vertrag und den äußeren Umschlag zu erweitern. Die Gesamtleuchtkraft wird in den folgenden Milliarden Jahren stetig zunehmen, bis sie im Alter von 12,167 Milliarden Jahren das 2,730-fache der aktuellen Leuchtkraft der Sonne erreicht., Der größte Teil der Erdatmosphäre geht in den Weltraum verloren und seine Oberfläche wird aus einem Lavameer mit schwimmenden Kontinenten aus Metallen und Metalloxiden sowie Eisbergen aus feuerfesten Materialien bestehen, deren Oberflächentemperatur mehr als 2,400 K (2,130 °C; 3,860 °F) erreicht. Die Sonne wird einen schnelleren Massenverlust erfahren, wobei etwa 33% ihrer Gesamtmasse mit dem Sonnenwind vergossen werden. Der Massenverlust bedeutet, dass sich die Umlaufbahnen der Planeten ausdehnen. Der Orbitalabstand der Erde wird auf höchstens 150% seines aktuellen Wertes ansteigen.,

Der schnellste Teil der Expansion der Sonne in einen roten Riesen wird in der Endphase auftreten, wenn die Sonne etwa 12 Milliarden Jahre alt sein wird. Es wird sich wahrscheinlich ausdehnen, um sowohl Merkur als auch Venus zu schlucken und einen maximalen Radius von 1,2 AU (180.000.000 km) zu erreichen. Die Erde wird digital mit der äußeren Atmosphäre der Sonne interagieren, was dazu dienen würde, den Umlaufradius der Erde zu verringern. Ziehen Sie aus der Chromosphäre der Sonne würde auch die Erdumlaufbahn reduzieren. Diese Effekte werden den Effekt des Massenverlusts durch die Sonne ausgleichen, und die Erde wird wahrscheinlich von der Sonne verschlungen werden.,

Der Widerstand aus der Sonnenatmosphäre kann dazu führen, dass die Umlaufbahn des Mondes zerfällt. Sobald sich die Umlaufbahn des Mondes auf eine Entfernung von 18,470 km (11,480 mi) schließt, wird sie die Erdumlaufbahngrenze überschreiten. Dies bedeutet, dass die Gezeiteninteraktion mit der Erde den Mond auseinanderbrechen und ihn in ein Ringsystem verwandeln würde. Der größte Teil des umlaufenden Rings beginnt dann zu zerfallen, und die Trümmer werden die Erde treffen. Selbst wenn die Erde nicht von der Sonne verschluckt wird, bleibt der Planet möglicherweise mondlos., Die Ablation und Verdampfung, die durch den Sturz auf eine verfallende Flugbahn in Richtung Sonne verursacht wird, kann den Erdmantel entfernen und nur seinen Kern zurücklassen, der nach höchstens 200 Jahren endgültig zerstört wird. Nach diesem Ereignis wird das einzige Vermächtnis der Erde ein sehr leichter Anstieg (0,01%) der solaren Metallizität sein.,:IIC

Post-red giant stageEdit

Nach dem Verschmelzen von Helium in ihrem Kern mit Kohlenstoff beginnt die Sonne wieder zu kollabieren und entwickelt sich zu einem kompakten weißen Zwergstern, nachdem sie ihre äußere Atmosphäre als planetarischen Nebel ausgestoßen hat. Die vorhergesagte Endmasse beträgt 54,1% des gegenwärtigen Wertes, der höchstwahrscheinlich hauptsächlich aus Kohlenstoff und Sauerstoff besteht.

Derzeit bewegt sich der Mond mit einer Geschwindigkeit von 4 cm (1,5 Zoll) pro Jahr von der Erde weg., In 50 Milliarden Jahren, wenn die Erde und der Mond nicht von der Sonne verschlungen werden, werden sie in eine größere, stabile Umlaufbahn versetzt, wobei jede nur ein Gesicht zum anderen zeigt. Danach extrahiert die Gezeitenwirkung der Sonne den Drehimpuls aus dem System, wodurch die Umlaufbahn des Mondes zerfällt und die Erdrotation beschleunigt wird. In etwa 65 Milliarden Jahren wird geschätzt, dass der Mond möglicherweise mit der Erde kollidiert, da die verbleibende Energie des Erde–Mond-Systems von der Restsonne abgesägt wird, wodurch sich der Mond langsam nach innen in Richtung Erde bewegt.,

Auf einer Zeitskala von 1019 (10 Quintillion) Jahren werden die verbleibenden Planeten im Sonnensystem durch heftige Entspannung aus dem System ausgeworfen. Wenn die Erde nicht von der expandierenden roten Riesensonne zerstört wird und die Erde nicht durch gewaltsame Entspannung aus dem Sonnensystem ausgeworfen wird, wird das endgültige Schicksal des Planeten darin bestehen, dass er aufgrund des Verfalls seiner Umlaufbahn durch Gravitationsstrahlung in 1020 (Kurze Skala: 100 Billionen, lange Skala: 100 Billionen) Jahren mit der schwarzen Zwergsonne kollidiert.