У растений Земли осталось 2 миллиарда лет до конца: когда планета станет враждебной

Последним выжившим на Земле станет не человек и даже не животные, а сам фотосинтез. Новое трёхмерное климатическое исследование отодвинуло предполагаемый конец растительной биосферы примерно на 1,8 миллиарда лет вперёд — на сотни миллионов лет дальше, чем предсказывали прежние модели. Кактусы, некоторые водоросли и водные растения устроены так, что способны выживать в более суровых условиях, чем те, с которыми сталкивается почти всё живое сегодня. Это открытие даёт нашей планете более долгое биологическое будущее, чем ожидалось, и заодно меняет взгляд на поиск жизни в космосе: на планетах вокруг стареющих и ярчащих звёзд жизнь может сохраняться ещё долго после того, как они перестанут выглядеть пригодными для обитания.

У растений Земли осталось 2 миллиарда лет до конца: когда планета станет враждебной

Почему Солнце становится врагом растений

Главная проблема будущего — само Солнце. Со временем оно становится ярче, увеличивая отдачу энергии примерно на 10% каждый миллиард лет. Задолго до того, как Солнце раздуется в красного гиганта и поглотит Землю, дополнительное тепло начнёт перегружать климат планеты. В какой-то момент, через миллиарды лет, жизнь станет невыносимой.

Но жара — лишь половина беды. Вторая половина связана с углекислым газом, который работает как термостат Земли в геологическом масштабе. Дождевая вода вступает в реакцию с силикатными породами, вытягивая CO2 из воздуха и в итоге запирая его в виде карбонатов на дне океана — этот процесс называют силикатным выветриванием. Вулканы со временем возвращают часть углерода в атмосферу, замыкая медленный геологический цикл.

Миллиарды лет этот термостат удерживал температуру в комфортном диапазоне. Но в далёком будущем он же может обернуться ловушкой. Чем ярче Солнце, тем сильнее выветривание — а значит, тем больше CO2 уходит из атмосферы. Это охлаждает планету, но одновременно лишает растения сырья для фотосинтеза. Если же выветривание окажется слабым, углекислого газа останется больше, зато температура поднимется до уровня, который растения уже не вынесут.

Планета с сохранившейся фотосинтезирующей биосферой не будет похожа на сегодняшние леса, фермы или коралловые рифы.

Два сценария гибели растительной биосферы

Именно поэтому будущая зелень Земли зажата с двух сторон: слишком много жары с одной стороны и слишком мало углекислого газа с другой. Исследователи Джейкоб Хакк-Мисра и Эрик Вольф пересмотрели старые расчёты с помощью трёхмерной климатической модели, которая учитывает то, что упускают простые модели: облака, осадки, лёд и разницу температур по регионам.

Раньше расчёты часто помещали конец крупной фотосинтезирующей биосферы в пределах примерно одного миллиарда лет или даже раньше. По новым расчётам растения смогут существовать ещё от 1,35 до 1,86 миллиарда лет. Срок зависит от того, как сильно выветривание ускорится при потеплении и сколько CO2 понадобится самым стойким организмам для выживания.

Учёные рассмотрели два крайних варианта будущего:

• Слабое выветривание. Уровень CO2 остаётся близким к современному, но планета сильно нагревается. По модели большинство наземных растений переходят опасный тепловой предел примерно через 1,68 миллиарда лет, а самые выносливые виды держатся до 1,87 миллиарда лет.
• Сильное выветривание. Земля избегает худшей жары, потому что породы активно вытягивают CO2 из воздуха. Но возникает другая угроза — растениям просто перестаёт хватать углекислого газа для фотосинтеза.

В сценарии с сильным выветриванием граница в 10 частей на миллион CO2 — порог, ниже которого даже стойкие растения вроде кукурузы и сахарного тростника уже не могут поддерживать крупную биосферу, — достигается примерно через 1,35 миллиарда лет.

Как кактусы и водоросли продлевают жизнь фотосинтеза

Дальше в игру вступают самые приспособленные. CAM-растения — кактусы, ананас, агава — необычайно эффективно собирают углерод и умеют экономить воду во время засухи, а некоторые водные растения и водоросли умеют использовать растворённый в воде бикарбонат. Это даёт фотосинтезу запас прочности там, где обычная зелень уже сдалась бы.

Агава. CAM-растения вроде кактусов, ананасов и агавы лучше всех приспособлены к жаре и нехватке CO2

Если опустить порог выживания до 1 части на миллион CO2, модель позволяет урезанной фотосинтезирующей биосфере дотянуть примерно до 1,84 миллиарда лет в будущем. Как отметил Хакк-Мисра, жизнь на Земле невероятно адаптивна: даже в жаркой среде с низким уровнем CO2 растения и зависящие от них животные могут продержаться ещё очень долго.

Но речь уже не о привычной зелёной планете. Это не будет Земля с лесами, полями и коралловыми рифами. По мере роста температуры или падения CO2 знакомые экосистемы исчезнут. Последние очаги жизни, скорее всего, сохранятся там, где условия остаются терпимыми дольше всего: у полюсов, в воде, в пустынях или, возможно, в защищённых средах, созданных будущей цивилизацией.

Что гибель растений Земли меняет для поиска жизни на других планетах

Главный смысл работы выходит далеко за пределы Земли. Астрономы часто оценивают далёкие планеты по тому, как долго те могут оставаться обитаемыми по мере старения своих звёзд. Если фотосинтез способен сохраняться у нас почти 2 миллиарда лет, то планеты вокруг более старых звёзд заслуживают более пристального внимания — некоторые из них могут уже миновать расцвет, но всё ещё нести жизнь.

Это важно практически для будущих телескопов, которые ищут признаки жизни по составу атмосфер далёких миров. Например, именно так астрономы рассчитывают понять, есть ли жизнь на экзопланетах: по тому, какие газы остаются в их атмосфере.

Будь в курсе новых событий по максимуму — подписывайся на наш канал в Max!

Стоит помнить, что это всё же модель далёкого будущего, а не точный прогноз. Результаты зависят от того, насколько сильно выветривание реагирует на потепление и при каком минимуме CO2 растения ещё выживают — а это величины с большой неопределённостью. Исследование опубликовано в журнале Journal of Geophysical Research: Atmospheres.

Что ждёт Землю после исчезновения растений

В конце концов Солнце всё равно поглотит Землю, и тогда любые расчёты теряют смысл. Но новая работа показывает важную вещь: базовый двигатель фотосинтеза может работать дольше, чем думали, почти до того момента, когда планета начнёт терять океаны. Жизнь не исчезнет внезапно — она будет медленно отступать в последние пригодные уголки.

Для нас здесь и сейчас это не повод для тревоги: речь о сроках, измеряемых в миллиардах лет. Зато это меняет логику поиска жизни во Вселенной и напоминает, насколько устойчивым может быть фотосинтез. В этой далёкой картине есть и почти парадоксальный финал: последним обитаемым миром Солнечной системы может оказаться уже не Земля, а Плутон.