У растений на Земле осталось почти 2 миллиарда лет: климатическая модель переписала будущее биосферы

В новом исследовании, опубликованном в журнале Journal of Geophysical Research: Atmospheres, астробиологи Якоб Хакк-Мисра и Эрик Вольф из исследовательского института Blue Marble Space в Сиэтле представили самую детальную на сегодняшний день климатическую модель, оценивающую будущее растительной жизни на Земле. Ученые обнаружили, что при определенных сценариях геохимических циклов сложная растительная биосфера сможет просуществовать значительно дольше, чем предсказывали более ранние и упрощенные расчеты, – примерно до 1,86 миллиарда лет. Ключевым фактором, определяющим это выживание, оказывается не только неизбежный рост солнечной светимости, но и то, как поведет себя механизм силикатного выветривания, который регулирует уровень углекислого газа в атмосфере.

Судьба зеленых растений на нашей планете неразрывно связана с двумя противоборствующими процессами. С одной стороны, Солнце, которое с момента своего образования становится ярче примерно на 10% каждый миллиард лет, неумолимо повышает температуру поверхности. С другой стороны, существует природный термостат – силикатное выветривание. Это химическая реакция, при которой горные породы под действием осадков и углекислого газа разрушаются, связывая атмосферный углерод и выводя его в океан в виде карбонатов.

В геологической перспективе этот углерод возвращается обратно через вулканическую активность, однако скорость этого «насоса» сильно зависит от климата: чем теплее, тем быстрее идет выветривание, что приводит к еще большему изъятию CO₂ из воздуха и парадоксальному похолоданию. Авторы работы решили выяснить, как этот сложный механизм повлияет на три основных фотосинтетических класса растений, которые различаются по своей устойчивости к голоданию: C3-растения (составляющие 95% видового разнообразия) погибают при падении концентрации CO₂ ниже 50 частей на миллион, в то время как более продвинутые C4 и CAM-формы способны выдерживать пороги в 10 ppm и даже ниже.

Чтобы получить максимально реалистичную картину, исследователи использовали трехмерную модель общей циркуляции атмосферы Exo-CAM, разработанную специально для анализа экзопланет, но адаптированную для земных условий далекого будущего. Они рассмотрели два полярных сценария.

В первом случае, который ученые назвали режимом слабого выветривания, рост солнечной активности практически не ускоряет химическое связывание углерода. При таком раскладе уровень CO₂ остается на примерно современном уровне на протяжении миллиардов лет, а температура растет относительно медленно. Результаты моделирования показали, что на протяжении первых 1,5 миллиарда лет условия для высших растений останутся вполне сносными, а к рубежу в 2 миллиарда лет поверхность планеты станет слишком горячей для сложных экосистем, и Земля вернется в состояние, с доминацией микробов, подобно тому, как это было в архее.

Второй сценарий оказался куда более интригующим. Если силикатное выветривание будет протекать интенсивно, оно станет гигантским пылесосом для углекислого газа. По мере того как Солнце будет нагревать планету, горные породы будут с удвоенной силой вытягивать CO₂ из атмосферы, сводя на нет парниковый эффект. Это приведет к тому, что температура поверхности начнет резко падать, создавая парадоксальную ситуацию: несмотря на яркое Солнце, Земля остынет, а концентрация углекислого газа упадет до критических для растений отметок.

Однако именно в этом сценарии, согласно новой модели, растительная жизнь может сохраниться максимально долго – от 1,35 до 1,86 миллиарда лет. Это значительно продлевает астрономическое «окно обитаемости» по сравнению с предыдущими оценками, которые часто давали планете не более 500-600 миллионов лет на существование сложной флоры.

Самым важным открытием стало то, что ранее использовавшиеся одномерные модели значительно недооценивали жизнестойкость растительности. Учет трехмерной циркуляции атмосферы, облачности и региональных климатических аномалий показал, что даже при падении CO₂ до минимальных значений останутся рефугиумы – локальные зоны с микроклиматом, позволяющим выжить наиболее стойким C4 и CAM-растениям.

Иными словами, биосфера не схлопнется мгновенно, а будет медленно сжиматься к экваториальным или, наоборот, приполярным областям, в зависимости от режима выветривания. Ученые подчеркивают, что жизнь на Земле невероятно адаптивна, и даже в жарких пустынях с разреженным воздухом фотосинтез может теплиться до тех пор, пока океаны окончательно не испарятся под воздействием все возрастающей солнечной радиации.

В конечном итоге работа ученых рисует обнадеживающий для долгосрочных прогнозов портрет: нашей растительной биосфере отпущено как минимум в два раза больше времени, чем считалось ранее. Даже в самом пессимистичном случае, если выветривание будет слишком активным и лишит атмосферу «пищи» для растений, эволюция и географическая неоднородность планеты дадут флоре шанс протянуть почти до самого конца эры жидкой воды на Земле.

А если человечество или его разумные преемники к тому времени освоят технологии управления климатом, этот срок может быть продлен еще сильнее. Главный вывод исследования однозначен: конец сложной растительной жизни наступит не из-за нехватки углекислого газа или парникового эффекта по отдельности, а лишь тогда, когда совокупность этих факторов сделает невозможным существование жидкой воды – и это случится не раньше, чем через 1,8 миллиарда лет.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях