Jordens framtid

Förmodad illustration av den brända jorden efter att solen har gått in i den röda jättefasen , cirka 5–7 miljarder år från nu

Jordens biologiska och geologiska framtid kan extrapoleras baserat på de uppskattade effekterna av flera långsiktiga influenser. Dessa inkluderar kemin vid jordens yta, kylningshastigheten för planetens inre , gravitationsinteraktionerna med andra objekt i solsystemet och en stadig ökning av solens ljusstyrka . En osäker faktor är det genomgripande inflytandet av teknik som introducerats av människor, såsom klimatteknik , vilket kan orsaka betydande förändringar på planeten. Till exempel orsakas den nuvarande utrotningen av holocen av teknik, och effekterna kan vara i upp till fem miljoner år. Tekniken kan i sin tur leda till att mänskligheten utrotas , vilket gör att planeten gradvis återgår till en långsammare evolutionär takt som enbart är ett resultat av långsiktiga naturliga processer.

Med tidsintervall på hundratals miljoner år utgör slumpmässiga himmelska händelser en global risk för biosfären, vilket kan resultera i massutdöende . Dessa inkluderar nedslag från kometer eller asteroider och möjligheten av en supernova nära jorden — en massiv stjärnexplosion inom en radie på 100 ljusår (31 parsec ) från solen. Andra storskaliga geologiska händelser är mer förutsägbara. Milankovitchs teori förutspår att planeten kommer att fortsätta att genomgå glaciala perioder åtminstone tills den kvartära glaciationen tar slut. Dessa perioder orsakas av variationerna i excentricitet , axiell lutning och precession av jordens omloppsbana. Som en del av den pågående superkontinentcykeln kommer plattektonik troligen att resultera i en superkontinent om 250–350 miljoner år . Någon gång under de kommande 1,5–4,5 miljarderna åren kan jordens axiella lutning börja genomgå kaotiska variationer, med förändringar i den axiella lutningen på upp till 90°.

Solens ljusstyrka kommer stadigt att öka, vilket resulterar i en ökning av solstrålningen som når jorden, vilket resulterar i en högre vittringshastighet av silikatmineraler , vilket påverkar karbonat-silikatcykeln , vilket kommer att orsaka en minskning av nivån av koldioxid i atmosfären. Om cirka 600 miljoner år från nu kommer nivån av koldioxid att sjunka under den nivå som behövs för att upprätthålla C ₃ -kolfixeringsfotosyntes som används av träd. Vissa växter använder C ₄ kolfixeringsmetoden för att hålla i koldioxidkoncentrationer så låga som tio delar per miljon. Den långsiktiga trenden är dock att växtlivet dör ut helt och hållet. Utrotningen av växter kommer att vara döden för nästan allt djurliv eftersom växter är basen i mycket av djurens näringskedja på jorden.

Om cirka en miljard år kommer solens ljusstyrka att vara 10 % högre, vilket gör att atmosfären blir ett "fuktigt växthus", vilket resulterar i en skenande avdunstning av haven. Som en trolig konsekvens kommer plattektoniken och hela kolcykeln att upphöra. Efter denna händelse, om cirka 2–3 miljarder år, kan planetens magnetiska dynamo upphöra, vilket får magnetosfären att förfalla och leda till en accelererad förlust av flyktiga ämnen från den yttre atmosfären. Fyra miljarder år från nu kommer ökningen av jordens yttemperatur att orsaka en skenande växthuseffekt , skapa förhållanden mer extrema än dagens Venus och värma jordens yta tillräckligt för att smälta den. Vid den tidpunkten kommer allt liv på jorden att vara utrotat. Slutligen är planetens mest troliga öde absorption av solen på cirka 7,5 miljarder år, efter att stjärnan har gått in i den röda jättefasen och expanderat utanför planetens nuvarande omloppsbana.

Mänskligt inflytande

Huvudartiklar: Antropocen , Bevarandebiologi , Klimatförändringar , Nukleär krigföring och mänsklig påverkan på miljön

Horne gjuteri kopparsmältverk i Rouyn-Noranda , Kanada

Människor spelar en nyckelroll i biosfären , med den stora mänskliga befolkningen som dominerar många av jordens ekosystem . Detta har resulterat i en utbredd, pågående massutrotning av andra arter under den nuvarande geologiska epoken , nu känd som Holocene-utrotningen . Den storskaliga förlusten av arter som orsakats av mänsklig påverkan sedan 1950-talet har kallats en biotisk kris , med uppskattningsvis 10 % av den totala arten förlorad från och med 2007. Med nuvarande takt riskerar cirka 30 % av arterna att dö ut i de närmaste hundra åren. Holocenutrotningen är resultatet av förstörelse av livsmiljöer , den utbredda spridningen av invasiva arter , tjuvjakt och klimatförändringar . I dag har mänsklig aktivitet haft en betydande inverkan på planetens yta. Mer än en tredjedel av markytan har modifierats av mänskliga handlingar, och människor använder cirka 20 % av den globala primärproduktionen . Koncentrationen av koldioxid i atmosfären har ökat med nära 50 % sedan den industriella revolutionen började .

Konsekvenserna av en ihållande biotisk kris har förutspåtts vara i minst fem miljoner år. Det kan resultera i en minskning av biologisk mångfald och homogenisering av biotas , åtföljd av en spridning av arter som är opportunistiska , såsom skadedjur och ogräs. Nya arter kan dyka upp; i synnerhet taxa som frodas i människodominerade ekosystem kan snabbt diversifiera sig till många nya arter. Mikrober kommer sannolikt att dra nytta av ökningen av näringsberikade miljönischer . Inga nya arter av befintliga stora ryggradsdjur kommer sannolikt att uppstå och näringskedjorna kommer troligen att förkortas.

Protestmarsch mot kärnvapen i Oxford 1980

Det finns flera scenarier för kända risker som kan ha en global inverkan på planeten. Ur mänsklighetens perspektiv kan dessa delas in i överlevbara risker och terminala risker . Risker som människor utgör för sig själva inkluderar klimatförändringar, missbruk av nanoteknik , en nukleär förintelse , krigföring med en programmerad superintelligens , en genetiskt modifierad sjukdom eller en katastrof orsakad av ett fysikexperiment. På liknande sätt kan flera naturhändelser utgöra ett domedagshot , inklusive en mycket virulent sjukdom, inverkan av en asteroid eller komet , skenande växthuseffekt och resursutarmning . Det kan finnas risk för angrepp av en utomjordisk livsform . De faktiska oddsen för att dessa scenarier inträffar är svåra för att inte säga omöjliga att härleda.

Skulle den mänskliga arten dö ut, då kommer de olika egenskaper som mänskligheten har satt ihop att börja förfalla. De största strukturerna har en beräknad halveringstid på cirka 1 000 år. De sista överlevande strukturerna skulle med största sannolikhet vara dagbrott, stora deponier, stora motorvägar, breda kanalavskärningar och flankdammar som fylls på jord. Några få massiva stenmonument som pyramiderna vid Giza Necropolis eller skulpturerna vid Mount Rushmore kan fortfarande överleva i någon form efter en miljon år.

Potentiella händelser

Barringer Meteorite Crater i Flagstaff , Arizona , visar bevis på inverkan av himmelska föremål på jorden

När solen kretsar runt Vintergatan kan vandrande stjärnor närma sig tillräckligt nära för att ha ett störande inflytande på solsystemet . Ett nära stjärnmöte kan orsaka en betydande minskning av perihelionavstånden för kometer i Oorts moln — ett sfäriskt område av isiga kroppar som kretsar inom ett halvt ljusår från solen. Ett sådant möte kan utlösa en 40-faldig ökning av antalet kometer som når det inre solsystemet. Nedslag från dessa kometer kan utlösa en massutrotning av liv på jorden. Dessa störande möten inträffar i genomsnitt en gång var 45:e miljon år. Medeltiden för solen att kollidera med en annan stjärna i solområdet är cirka 30 biljoner ( 3 × 10 ¹³ ) år, vilket är mycket längre än universums beräknade ålder, cirka 13,8 miljarder år. Detta kan ses som en indikation på den låga sannolikheten för att en sådan händelse inträffar under jordens livstid.

Energin som frigörs från nedslaget av en asteroid eller komet med en diameter på 5–10 km (3–6 mi) eller större är tillräcklig för att skapa en global miljökatastrof och orsaka en statistiskt signifikant ökning av antalet arter som utrotas. Bland de skadliga effekterna av en stor nedslagshändelse är ett moln av fint damm som täcker planeten och blockerar en del direkt solljus från att nå jordens yta, vilket sänker landtemperaturen med cirka 15 °C (27 °F) inom en vecka och stoppar fotosyntesen . i flera månader (liknar en kärnvapenvinter ). Medeltiden mellan större effekter beräknas vara minst 100 miljoner år. Under de senaste 540 miljoner åren har simuleringar visat att en sådan nedslagshastighet är tillräcklig för att orsaka fem eller sex massutrotningar och 20 till 30 händelser med lägre allvarlighetsgrad. Detta matchar det geologiska rekordet av betydande utrotningar under Phanerozoic Eon . Sådana händelser kan förväntas fortsätta.

En supernova är en katastrofal explosion av en stjärna. Inom Vintergatans galax inträffar supernovaexplosioner i genomsnitt en gång vart 40:e år. Under jordens historia har flera sådana händelser troligen inträffat inom ett avstånd av 100 ljusår; känd som en nära jorden supernova . Explosioner inom detta avstånd kan förorena planeten med radioisotoper och möjligen påverka biosfären. Gammastrålar som sänds ut av en supernova reagerar med kväve i atmosfären och producerar lustgas . Dessa molekyler orsakar en utarmning av ozonskiktet som skyddar ytan från ultraviolett (UV) strålning från solen. En ökning av UV-B -strålningen med endast 10–30 % är tillräcklig för att orsaka en betydande inverkan på livet; särskilt till växtplankton som utgör basen i den oceaniska näringskedjan . En supernovaexplosion på ett avstånd av 26 ljusår kommer att minska ozonkolonnens täthet med hälften. I genomsnitt inträffar en supernovaexplosion inom 32 ljusår en gång med några hundra miljoner år, vilket resulterar i en utarmning av ozonskiktet som varar i flera århundraden. Under de kommande två miljarderna åren kommer det att ske cirka 20 supernovaexplosioner och en gammastrålning som kommer att ha en betydande inverkan på planetens biosfär.

Den inkrementella effekten av gravitationsstörningar mellan planeterna gör att det inre solsystemet som helhet uppträder kaotiskt över långa tidsperioder. Detta påverkar inte nämnvärt solsystemets stabilitet under intervaller på några miljoner år eller mindre, men under miljarder år blir planeternas banor oförutsägbara. Datorsimuleringar av solsystemets utveckling under de kommande fem miljarderna åren tyder på att det finns en liten (mindre än 1%) chans att en kollision kan inträffa mellan jorden och antingen Merkurius , Venus eller Mars . Under samma intervall är oddsen att jorden kommer att spridas ut ur solsystemet av en passerande stjärna i storleksordningen 1 på 100 000 (0,001%). I ett sådant scenario skulle haven frysa fast inom flera miljoner år, och bara lämna några få fickor med flytande vatten cirka 14 km (9 mi) under jorden. Det finns en avlägsen chans att jorden istället kommer att fångas av ett förbipasserande binärt stjärnsystem , vilket gör att planetens biosfär kan förbli intakt. Oddsen för att detta händer är cirka 1 på 3 miljoner.

Bana och rotation

Gravitationsstörningarna hos de andra planeterna i solsystemet kombineras för att modifiera jordens omloppsbana och orienteringen av dess rotationsaxel . Dessa förändringar kan påverka det planetariska klimatet. Trots sådana interaktioner visar mycket exakta simuleringar att jordens bana totalt sett kommer att förbli dynamiskt stabil i miljarder år in i framtiden. förblev planetens semimajoraxel , excentricitet och lutning nästan konstant.

Nedisning

En konstnärs intryck av istidens jord vid glacial maximum.

Historiskt har det funnits cykliska istider där glaciala ark periodvis täckt de högre breddgraderna på kontinenterna. Istider kan inträffa på grund av förändringar i havscirkulationen och kontinentiteten som induceras av plattektoniken . Milankovitch -teorin förutspår att glaciala perioder inträffar under istider på grund av astronomiska faktorer i kombination med klimatåterkopplingsmekanismer. De primära astronomiska drivkrafterna är en högre än normal omloppsexcentricitet , en låg axiell lutning (eller snedställning) och anpassningen av det norra halvklotets sommarsolstånd med aphelion . Var och en av dessa effekter uppstår cykliskt. Excentriciteten förändras till exempel över tidscykler på cirka 100 000 och 400 000 år, med värdet från mindre än 0,01 upp till 0,05. Detta motsvarar en förändring av planetens halva axel från 99,95 % av den halva axeln till 99,88 %.

Jorden passerar genom en istid känd som den kvartära glaciationen , och befinner sig för närvarande i den holocena interglaciala perioden . Denna period skulle normalt förväntas sluta om cirka 25 000 år. Men den ökade andelen koldioxid som släpps ut i atmosfären av människor kan fördröja starten av nästa glaciala period till åtminstone 50 000–130 000 år från nu. Å andra sidan kommer en global uppvärmningsperiod av begränsad varaktighet (baserat på antagandet att användningen av fossila bränslen kommer att upphöra till år 2200) troligen bara påverka glaciärperioden i cirka 5 000 år. En kort period av global uppvärmning inducerad genom några århundradens utsläpp av växthusgaser skulle alltså bara ha en begränsad effekt på lång sikt.

Snedhet

Tidvattenutbuktningens rotationsförskjutning utövar ett nettovridmoment på månen, vilket ökar den samtidigt som jordens rotation bromsas (ej skalenligt).

Månens tidvattenacceleration saktar ner jordens rotationshastighet och ökar avståndet mellan jorden och månen . Friktionseffekter - mellan kärnan och manteln och mellan atmosfären och ytan - kan skingra jordens rotationsenergi. Dessa kombinerade effekter förväntas öka dygnets längd med mer än 1,5 timmar under de kommande 250 miljoner åren och öka snedställningen med ungefär en halv grad. Avståndet till månen kommer att öka med cirka 1,5 jordradier under samma period.

Baserat på datormodeller verkar månens närvaro stabilisera jordens snedställning, vilket kan hjälpa planeten att undvika dramatiska klimatförändringar. Denna stabilitet uppnås eftersom månen ökar precessionshastigheten för jordens rotationsaxel och därigenom undviker resonanser mellan precessionen av rotationen och precessionen av planetens omloppsplan (det vill säga ekliptikans precessionsrörelse) . Men när den halvstora axeln i månens omloppsbana fortsätter att öka, kommer denna stabiliserande effekt att minska. Vid någon tidpunkt kommer störningseffekter troligen att orsaka kaotiska variationer i jordens snedställning, och den axiella lutningen kan ändras med så höga vinklar som 90° från omloppsplanet. Detta förväntas inträffa mellan 1,5 och 4,5 miljarder år från nu.

En hög snedställning skulle sannolikt resultera i dramatiska förändringar i klimatet och kan förstöra planetens beboelighet . När jordens axiella lutning överstiger 54° är den årliga solinstrålningen vid ekvatorn mindre än den vid polerna. Planeten kan förbli i en snedställning på 60° till 90° under perioder så länge som 10 miljoner år.

Geodynamik

Pangea var den sista superkontinenten som bildades före nutiden.

Tektonikbaserade händelser kommer att fortsätta att inträffa långt in i framtiden och ytan kommer stadigt att omformas av tektonisk höjning , extruderingar och erosion . Vesuvius kan förväntas få ett utbrott cirka 40 gånger under de kommande 1 000 åren. Under samma period bör omkring fem till sju jordbävningar av magnituden 8 eller mer inträffa längs San Andreas-förkastningen , medan omkring 50 magnituder av 9 händelser kan förväntas över hela världen. Mauna Loa bör uppleva omkring 200 utbrott under de kommande 1 000 åren, och Old Faithful Geyser kommer sannolikt att upphöra att fungera. Niagarafallen kommer att fortsätta att dra sig tillbaka uppströms och nå Buffalo om cirka 30 000–50 000 år .

Om 10 000 år kommer den postglaciala återhämtningen av Östersjön att ha minskat djupet med cirka 90 m (300 fot). Hudson Bay kommer att minska i djupet med 100 m under samma period. Efter 100 000 år kommer ön Hawaii att ha förskjutits cirka 9 km (5,6 mi) åt nordväst. Planeten kan gå in i en annan glaciationsperiod vid det här laget.

Kontinentaldrift

Ytterligare information: Kontinentaldrift

Teorin om plattektonik visar att jordens kontinenter rör sig över ytan med en hastighet av några centimeter per år. Detta förväntas fortsätta, vilket gör att plattorna flyttas och kolliderar. Kontinentaldrift underlättas av två faktorer: energin som genereras inom planeten och närvaron av en hydrosfär . Med förlusten av någon av dessa kommer kontinentaldriften att stanna. Produktionen av värme genom radiogena processer är tillräcklig för att upprätthålla mantelkonvektion och plattsubduktion under åtminstone de kommande 1,1 miljarderna åren.

För närvarande rör sig kontinenterna i Nord- och Sydamerika västerut från Afrika och Europa. Forskare har tagit fram flera scenarier om hur detta kommer att fortsätta i framtiden. Dessa geodynamiska modeller kan särskiljas genom subduktionsflödet , varvid havsskorpan rör sig under en kontinent. I introversionsmodellen blir den yngre, inre, Atlanten preferentiellt subducerad och den nuvarande migrationen av Nord- och Sydamerika är omvänd. I extroversionsmodellen förblir det äldre, yttre Stilla havet preferentiellt subducerat och Nord- och Sydamerika migrerar mot östra Asien.

Allt eftersom förståelsen av geodynamiken förbättras kommer dessa modeller att bli föremål för revidering. 2008 användes till exempel en datorsimulering för att förutsäga att en omorganisation av mantelkonvektionen kommer att ske under de kommande 100 miljoner åren, vilket skapar en ny superkontinent bestående av Afrika, Eurasien, Australien, Antarktis och Sydamerika för att bildas runt Antarktis.

Oavsett resultatet av den kontinentala migrationen gör den fortsatta subduktionsprocessen att vatten transporteras till manteln. Efter en miljard år från nutid ger en geofysisk modell en uppskattning att 27 % av den nuvarande havsmassan kommer att ha subducerats. Om denna process skulle fortsätta oförändrad in i framtiden, skulle subduktionen och frisättningen nå en jämvikt efter att 65 % av den nuvarande havsmassan har subducerats.

Inåtvändhet

En grov uppskattning av Pangea Ultima, en av de fyra modellerna för en framtida superkontinent

Christopher Scotese och hans kollegor har kartlagt de förutspådda rörelserna flera hundra miljoner år in i framtiden som en del av Paleomap-projektet . I deras scenario, om 50 miljoner år från nu, kan Medelhavet försvinna, och kollisionen mellan Europa och Afrika kommer att skapa en lång bergskedja som sträcker sig till den nuvarande platsen för Persiska viken. Australien kommer att slås samman med Indonesien och Baja California kommer att glida norrut längs kusten. Nya subduktionszoner kan dyka upp utanför Nord- och Sydamerikas östra kust, och bergskedjor kommer att bildas längs dessa kustlinjer. Migrationen av Antarktis norrut kommer att få alla dess inlandsisar att smälta. Detta, tillsammans med smältningen av Grönlands inlandsisar , kommer att höja den genomsnittliga havsnivån med 90 m (300 fot). De inre översvämningarna av kontinenterna kommer att resultera i klimatförändringar.

När detta scenario fortsätter, 100 miljoner år från nutid, kommer den kontinentala spridningen att ha nått sin maximala utsträckning och kontinenterna kommer då att börja smälta samman. Om 250 miljoner år kommer Nordamerika att kollidera med Afrika. Sydamerika kommer att svepa runt Afrikas södra spets. Resultatet kommer att bli bildandet av en ny superkontinent (ibland kallad Pangea Ultima ), med Stilla havet som sträcker sig över halva planeten. Antarktis kommer att ändra riktning och återvända till Sydpolen och bygga upp en ny inlandsis.

Extroversion

Den första vetenskapsmannen som extrapolerade kontinenternas nuvarande rörelser var den kanadensiske geologen Paul F. Hoffman från Harvard University. 1992 förutspådde Hoffman att kontinenterna i Nord- och Sydamerika skulle fortsätta att avancera över Stilla havet och svänga runt Sibirien tills de börjar smälta samman med Asien. Han dubbade den resulterande superkontinenten, Amasia . Senare, på 1990-talet, beräknade Roy Livermore ett liknande scenario. Han förutspådde att Antarktis skulle börja migrera norrut, och Östafrika och Madagaskar skulle flytta över Indiska oceanen för att kollidera med Asien.

I en extroversionsmodell skulle förslutningen av Stilla havet vara fullständig om cirka 350 miljoner år. Detta markerar fullbordandet av den nuvarande superkontinentcykeln , där kontinenterna splittras och sedan återförenas med varandra ungefär vart 400–500 miljoner år. När superkontinenten väl är byggd kan plattektoniken gå in i en period av inaktivitet då subduktionshastigheten sjunker med en storleksordning . Denna period av stabilitet kan orsaka en ökning av manteltemperaturen med en hastighet av 30–100 °C (54–180 °F) var 100:e miljon år, vilket är den minsta livslängden för tidigare superkontinenter. Som en konsekvens vulkanaktiviteten öka.

Superkontinent

Bildandet av en superkontinent kan dramatiskt påverka miljön. Kollisionen av plattor kommer att resultera i bergsbyggande och därigenom förändrade vädermönster. Havsnivån kan sjunka på grund av ökad glaciation. Hastigheten på ytvittringen kan öka, vilket ökar hastigheten som organiskt material begravs. Superkontinenter kan orsaka en sänkning av den globala temperaturen och en ökning av atmosfäriskt syre. Detta kan i sin tur påverka klimatet och ytterligare sänka temperaturen. Alla dessa förändringar kan resultera i snabbare biologisk utveckling när nya nischer dyker upp.

Bildandet av en superkontinent isolerar manteln. Värmeflödet kommer att koncentreras, vilket resulterar i vulkanism och översvämningar av stora områden med basalt. Sprickor kommer att bildas och superkontinenten kommer att delas upp igen. Planeten kan då uppleva en uppvärmningsperiod som inträffade under kritaperioden , som markerade uppdelningen av den tidigare Pangea -superkontinenten.

Stelning av den yttre kärnan

Den järnrika kärnan på jorden är uppdelad i en fast inre kärna med en diameter på 2 440 km (1 520 mi) och en flytande yttre kärna med en diameter på 6 960 km (4 320 mi) . Jordens rotation skapar konvektiva virvlar i den yttre kärnregionen som gör att den fungerar som en dynamo . Detta genererar en magnetosfär runt jorden som avleder partiklar från solvinden , vilket förhindrar att betydande erosion av atmosfären sputterar . När värme från kärnan överförs utåt mot manteln, är nettotrenden att den inre gränsen för det flytande yttre kärnområdet fryser, vilket därigenom frigör termisk energi och får den fasta inre kärnan att växa. Denna järnkristallisationsprocess har pågått i ungefär en miljard år. I modern tid expanderar den inre kärnans radie med en genomsnittlig hastighet av ungefär 0,5 mm (0,02 tum) per år, på bekostnad av den yttre kärnan. Nästan all energi som behövs för att driva dynamoen tillförs av denna process av inre kärna.

Den inre kärnan förväntas förbruka det mesta eller hela den yttre kärnan om 3–4 miljarder år från nu, vilket resulterar i en nästan helt stelnad kärna som består av järn och andra tunga grundämnen . Det överlevande vätskehöljet kommer huvudsakligen att bestå av lättare element som kommer att genomgå mindre blandning. Alternativt, om plattektoniken vid något tillfälle upphör, kommer inredningen att kylas mindre effektivt, vilket skulle sakta ner eller till och med stoppa den inre kärnans tillväxt. I båda fallen kan detta resultera i förlust av den magnetiska dynamo. Utan en fungerande dynamo jordens magnetfält att förfalla inom en geologiskt kort tidsperiod på ungefär 10 000 år. Förlusten av magnetosfären kommer att orsaka en ökning av erosion av lätta element, särskilt väte , från jordens yttre atmosfär till rymden, vilket resulterar i mindre gynnsamma förhållanden för liv.

Solens evolution

Se även: Stjärnutveckling och bildning och evolution av solsystemet

Solens energialstring är baserad 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 det området utan att fördelas över hela stjärnan. Temperaturen i solens kärna är för låg för kärnfusion av heliumatomer genom trippel-alfaprocessen , 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, och resten av atomerna består huvudsakligen av helium. När antalet väteatomer per massenhet minskar, minskar också deras energiproduktion genom kärnfusion. Detta resulterar i en minskning av tryckstödet, vilket får kärnan att dra ihop sig tills den ökade densiteten och temperaturen bringar kärntrycket i jämvikt med skikten ovanför. Den högre temperaturen gör att det kvarvarande vätet genomgår sammansmältning i en snabbare takt, och genererar därmed den energi som behövs för att upprätthålla jämvikten.

Utveckling av solens ljusstyrka , radie och effektiva temperatur jämfört med den nuvarande solen. Efter Ribas (2010).

Resultatet av denna process har varit en stadig ökning av solens energiproduktion. När solen först blev en huvudsekvensstjärna strålade den bara ut 70 % av den nuvarande ljusstyrkan . Ljusstyrkan har ökat på ett nästan linjärt sätt fram till idag och stiger med 1 % var 110:e miljon år. På samma sätt förväntas solen om tre miljarder år vara 33 % mer lysande. Vätgasbränslet i kärnan kommer äntligen att vara slut om fem miljarder år när solen kommer att vara 67 % mer lysande än för närvarande. Därefter kommer solen att fortsätta att bränna väte i ett skal som omger dess kärna tills ljusstyrkan når 121 % över nuvärdet. Detta markerar slutet på solens huvudsekvenslivstid, och därefter kommer den att passera genom subjättestadiet och utvecklas till en röd jätte .

Vid det här laget borde kollisionen mellan Vintergatan och Andromeda-galaxerna vara på gång. Även om detta kan leda till att solsystemet kastas ut från den nyligen kombinerade galaxen, anses det osannolikt att det kommer att ha någon negativ effekt på solen eller dess planeter.

Klimatpåverkan

Se även: Svag ung solparadox och Medea-hypotes

Hastigheten för vittring av silikatmineraler kommer att öka när stigande temperaturer påskyndar kemiska processer. Detta kommer i sin tur att minska nivån av koldioxid i atmosfären, eftersom reaktioner med silikatmineraler omvandlar koldioxidgas till fasta karbonater . Inom de kommande 600 miljoner åren från nutid kommer koncentrationen av koldioxid att falla under den kritiska tröskel som krävs för att upprätthålla C ₃ -fotosyntes: cirka 50 ppm. Vid denna tidpunkt kommer träd och skogar i sina nuvarande former inte längre att kunna överleva. Denna nedgång i växtlivet kommer sannolikt att vara en långsiktig nedgång snarare än en kraftig nedgång. C ₃ -växtgruppen kommer sannolikt att dö en efter en långt innan nivån på 50 delar per miljon nås. De första växterna som försvinner kommer att vara C3 örtartade växter, följt av lövskogar , vintergröna lövskogar och slutligen vintergröna barrträd . C ₄ -kolfixering kan dock fortsätta vid mycket lägre koncentrationer, ner till över 10 ppm. Således kan växter som använder C ₄ -fotosyntes kunna överleva i minst 0,8 miljarder år och möjligen så länge som 1,2 miljarder år från nu, varefter stigande temperaturer kommer att göra biosfären ohållbar. För närvarande representerar C ₄ -växter cirka 5 % av jordens växtbiomassa och 1 % av dess kända växtarter. Till exempel använder cirka 50 % av alla gräsarter ( Poaceae ) den fotosyntetiska vägen C ₄ , liksom många arter i örtartfamiljen Amaranthaceae .

När halterna av koldioxid sjunker till den gräns där fotosyntesen knappt är hållbar, förväntas andelen koldioxid i atmosfären pendla upp och ner. Detta kommer att tillåta landvegetation att blomstra varje gång koldioxidhalten stiger på grund av tektonisk aktivitet och andning från djurlivet. Den långsiktiga trenden är dock att växtlivet på land dör ut helt och hållet eftersom det mesta av det kvarvarande kolet i atmosfären binds i jorden. Växter – och i förlängningen, djur – skulle kunna 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 att resultera i eventuell förlust av syre såväl som ozon på grund av djurs andning, kemiska reaktioner i atmosfären, vulkanutbrott och människor. Modellering av nedgången i syresättning förutspår att den kan sjunka till 1% av de nuvarande atmosfäriska nivåerna med en miljard år från nu. Denna nedgång kommer att resultera i mindre försvagning av DNA -skadande UV, såväl som djurdöd; de första djuren som försvann 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 koncentreras till en fristad med lägre temperaturer, såsom höga höjder där mindre landyta är tillgänglig, vilket begränsar befolkningsstorlekarna. Mindre djur skulle överleva bättre än större på grund av lägre 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. Vissa cyanobakterier och växtplankton kan överleva växter på grund av deras tolerans för koldioxidnivåer så låga som 1 ppm, och kan överleva ungefär samtidigt som djur innan koldioxiden blir för utarmad för att stödja någon form av fotosyntes.

I sitt verk The Life and Death of Planet Earth har författarna Peter D. Ward och Donald Brownlee hävdat att någon form av djurliv kan fortsätta även efter att det mesta av jordens växtliv har försvunnit. Ward och Brownlee använder fossila bevis från Burgess Shale i British Columbia, Kanada , för att bestämma klimatet för den kambriska explosionen, och använder dem för att förutsäga framtidens klimat när stigande globala temperaturer orsakade av en värmande sol och sjunkande syrenivåer resulterar i djurlivets slutgiltiga utrotning. Till en början förväntar de sig att vissa insekter, ödlor, fåglar och små däggdjur kan fortsätta, tillsammans med havslivet . Men utan syretillskott från växtlivet tror de att djur förmodligen skulle dö av kvävning inom några miljoner år. Även om tillräckligt med syre skulle finnas kvar i atmosfären genom ihållande av någon form av fotosyntes, skulle den stadiga ökningen av den globala temperaturen resultera i en gradvis förlust av biologisk mångfald .

När temperaturerna fortsätter att stiga kommer det sista av djurlivet att drivas mot polerna, och möjligen under jorden. De skulle bli i första hand aktiva under polarnatten , estitiva under polardagen på grund av den intensiva värmen. Mycket av ytan skulle bli en karg öken och liv skulle främst finnas i haven. Men på grund av en minskning av mängden organiskt material som kommer in i haven från land samt en minskning av löst syre, skulle havslivet också försvinna, efter en liknande väg som den på jordens yta. Denna process skulle börja med förlusten av sötvattenarter och avslutas med ryggradslösa djur, särskilt de som inte är beroende av levande växter som termiter eller de nära hydrotermiska öppningar som maskar av släktet Riftia . Som ett resultat av dessa processer flercelliga livsformer vara utdöda om cirka 800 miljoner år och eukaryoter om 1,3 miljarder år, vilket bara lämnar prokaryoter .

Förlust av hav

Atmosfären på Venus är i ett "superväxthus"-tillstånd. Jorden om några miljarder år kan sannolikt likna nuvarande Venus.

Om en miljard år kommer omkring 27 % av det moderna havet att ha subducerats i manteln. Om denna process fick fortsätta oavbrutet skulle den nå ett jämviktstillstånd där 65 % av den nuvarande ytreservoaren skulle stanna kvar 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 kommer att bli ett "fuktigt växthus" som leder till en skenande avdunstning av haven. 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 ut från atmosfären . Nettoresultatet skulle bli en förlust av världens havsvatten med cirka 1,1 miljarder år från nutid.

Det kommer att finnas två varianter av denna framtida uppvärmningsåterkoppling: det "fuktiga växthuset" där vattenånga dominerar troposfären medan vattenånga börjar ackumuleras i stratosfären (om haven avdunstar mycket snabbt), och det "skenande växthuset" där vattenånga blir en dominerande komponent i atmosfären (om haven avdunstar för långsamt). I denna havsfria era kommer det att fortsätta att finnas ytreservoarer eftersom vatten stadigt frigörs från den djupa skorpan och manteln, där man uppskattar att det finns en mängd vatten som motsvarar flera gånger den mängd vatten som för närvarande finns i jordens hav. En del vatten kan hållas kvar vid polerna och det kan förekomma enstaka regnstormar, men för det mesta skulle planeten vara en öken med stora sanddynfält som täcker dess ekvator, och några saltlägenheter på vad som en gång var havsbotten, liknande den i Atacamaöknen i Chile.

Utan vatten att fungera som smörjmedel skulle plattektoniken mycket troligt upphöra och de mest synliga tecknen på geologisk aktivitet skulle vara sköldvulkaner som ligger ovanför mantelhärdar . Under dessa torra förhållanden kan planeten behålla en del mikrobiellt och möjligen till och med flercelligt liv. De flesta av dessa mikrober kommer att vara halofiler och liv kan finna sin tillflykt i atmosfären som har föreslagits ha hänt på Venus . Men de alltmer extrema förhållandena kommer sannolikt att leda till utrotning av prokaryoter mellan 1,6 miljarder år och 2,8 miljarder år från nu, med de sista av dem som lever i kvarvarande dammar av vatten på höga breddgrader och höjder eller i grottor med instängd is . Däremot kan livet under jorden vara längre.

Vad som fortsätter efter detta beror på graden av tektonisk aktivitet. Ett stadigt utsläpp av koldioxid genom vulkanutbrott kan få atmosfären att gå in i ett "superväxthus"-tillstånd som planeten Venus . Men, som nämnts ovan, utan ytvatten, skulle plattektoniken troligen stanna och de flesta av karbonaterna skulle förbli säkert begravda tills solen blir en röd jätte och dess ökade ljusstyrka värmer upp berget till den grad att koldioxiden frigörs. Men som påpekats av Peter Ward och Donald Brownlee i deras bok The Life and Death of Planet Earth, enligt NASA Ames-forskaren Kevin Zahnle, är det mycket möjligt att plattektoniken kan upphöra långt före förlusten av haven, på grund av gradvis avkylning av jordens kärna, vilket kan ske om bara 500 miljoner år. Detta skulle potentiellt kunna förvandla jorden tillbaka till en vattenvärld och kanske till och med dränka allt kvarvarande landliv.

Förlusten av haven skulle kunna försenas till 2 miljarder år i framtiden om atmosfärstrycket skulle minska. Lägre atmosfärstryck skulle minska växthuseffekten och därigenom sänka yttemperaturen. Detta skulle kunna inträffa om naturliga processer skulle ta bort kvävet från atmosfären . Studier av organiska sediment har visat att minst 100 kilopascal (0,99 atm ) kväve har avlägsnats från atmosfären under de senaste fyra miljarderna åren; tillräckligt för att effektivt fördubbla det nuvarande atmosfärstrycket om det skulle släppas. Denna borttagningshastighet skulle vara tillräcklig för att motverka effekterna av ökande solenergi under de kommande två miljarderna åren.

Om 2,8 miljarder år från nu kommer jordens yttemperatur att ha nått 422 K (149 °C; 300 °F), även vid polerna. Vid denna tidpunkt kommer eventuellt kvarvarande liv att släckas på grund av extrema förhållanden. Vad som händer utöver detta beror på hur mycket vatten som finns kvar på ytan. Om allt vatten på jorden redan har avdunstat vid denna punkt (via det "fuktiga växthuset" vid ~1 Gyr från och med nu), kommer planeten att förbli under samma förhållanden med en stadig ökning av yttemperaturen tills solen blir röd jätte. Om inte och det finns fortfarande vattenfickor kvar, och avdunstar för långsamt, så om cirka 3–4 miljarder år, när mängden vattenånga i den lägre atmosfären stiger till 40 %, och ljusstyrkan från solen når 35–40 % mer än dess nuvarande värde kommer en "skenande växthuseffekt" 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. Det mesta av atmosfären kommer dock att behållas tills solen har gått in i den röda jättestadiet.

Med livets utrotning, 2,8 miljarder år från nu, förväntas jordens biosignaturer försvinna, för att ersättas av signaturer orsakade av icke-biologiska processer.

Röd jätte scen

Storleken på den nuvarande solen (nu i huvudsekvensen ) jämfört med dess beräknade storlek under dess röda jättefas

När solen ändras från att bränna väte i sin kärna till att bränna väte i ett skal runt sin kärna, kommer kärnan att börja dra ihop sig, och det yttre höljet kommer att expandera. Den totala ljusstyrkan kommer att öka stadigt under de följande miljarderna åren tills den når 2 730 gånger sin nuvarande ljusstyrka vid en ålder av 12,167 miljarder år. Det mesta av jordens atmosfär kommer att gå förlorad till rymden. Dess yta kommer att bestå av ett lavahav med flytande kontinenter av metaller och metalloxider och isberg av eldfasta material, med dess yttemperatur som når mer än 2 400 K (2 130 °C; 3 860 °F). Solen kommer att uppleva en snabbare massaförlust, med cirka 33 % av dess totala massa som faller av med solvinden . Massförlusten kommer att innebära att planeternas banor kommer att expandera. Jordens omloppsavstånd kommer att öka till högst 150 % av dess nuvarande värde (det vill säga 1,5 AU (220 miljoner km; 140 miljoner mi)).

Den snabbaste delen av solens expansion till en röd jätte kommer att ske under slutskedet, då solen kommer att vara cirka 12 miljarder år gammal. Det kommer sannolikt att expandera för att svälja både Merkurius och Venus och nå en maximal radie på 1,2 AU (180 miljoner km ; 110 miljoner mi ). Jorden kommer att interagera tidvatten med solens yttre atmosfär, vilket skulle minska jordens omloppsradie. Drag från solens kromosfär skulle minska jordens omloppsbana. Dessa effekter kommer att motverka effekten av massförlust från solen, och solen kommer sannolikt att uppsluka jorden om cirka 7,59 miljarder år.

Luftmotståndet från solatmosfären kan få månens bana att förfalla. När månens omloppsbana närmar sig ett avstånd på 18 470 km (11 480 mi), kommer den att passera jordens Roche-gräns , vilket betyder att tidvatteninteraktion med jorden skulle bryta isär månen och förvandla den till ett ringsystem . De flesta av de kretsande ringarna kommer att börja förfalla, och skräpet kommer att påverka jorden. Därför, även om solen inte sväljer jorden, kan planeten lämnas månlös. Dessutom ablationen och förångningen orsakad av dess fall på en ruttnande bana mot solen ta bort jordens mantel och bara lämna kvar dess kärna, som slutligen kommer att förstöras efter högst 200 år. Jordens enda arv kommer att vara en mycket liten ökning (0,01%) av solmetalliciteten efter denna händelse.

Bortom och yttersta ödet

Helixnebulosan , en planetarisk nebulosa som liknar vad solen kommer att producera om 8 miljarder år

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 förutsagda slutliga massan är 54 % av nuvärdet, mest troligt bestående av främst kol och syre.

För närvarande rör sig månen bort från jorden med en hastighet av 4 cm (1,6 tum) per år. Om 50 miljarder år, om jorden och månen inte uppslukas av solen, kommer de att bli tidvattenlåsta i en större, stabil omloppsbana, där var och en visar bara en sida mot den andra. Därefter kommer solens tidvattenverkan att extrahera rörelsemängd från systemet, vilket gör att månens omloppsbana avtar och jordens rotation accelererar. Om cirka 65 miljarder år beräknas det att månen kan komma att kollidera med jorden, på grund av att den återstående energin i jord- månesystemet töms av den kvarvarande solen, vilket gör att månen långsamt rör sig inåt mot jorden.

På en tidsskala av 10 ¹⁹ (10 kvintiljoner) år kommer de återstående planeterna i solsystemet att kastas ut från systemet genom våldsam avslappning . Om jorden inte förstörs av den expanderande röda jättensolen och jorden inte kastas ut från solsystemet genom våldsam avslappning, kommer planetens yttersta öde att bli att den kolliderar med den svarta dvärgsolen på grund av dess banas förfall via gravitation strålning , på 10 ²⁰ ( kort skala : 100 quintiljoner, lång skala : 100 biljoner) år.

Se även

• Eskatologi – En del av teologin som handlar om historiens slutliga händelser, eller mänsklighetens yttersta öde
• Circumstellar beboelig zon – Banor där planeter kan ha flytande ytvatten
• Fermi paradox – Brist på bevis för att utomjordingar existerar
• Bildning och utveckling av solsystemet – modellering av dess struktur och sammansättning
• Global katastrofrisk , även känd som risker för civilisationen, människorna och planeten jorden – potentiellt skadliga världsomspännande händelser
• Stort filter – Vad som än hindrar interstellära civilisationer från att uppstå från icke-levande materia
• Earth History – Planeten Jordens utveckling från dess bildande till idag
• Lavaplanet – Jordisk planet med ytan täckt av smält lava
• Medea-hypotes – Flercelligt liv kan vara självdestruktivt eller suicidalt
• Moving Earth – Planetariskt ingenjörsförslag
• Planetarisk ingenjörskonst – Att påverka en planets globala miljöer
• Planetarisk beboelighet – Känd omfattning i vilken en planet är lämplig för liv
• Rare Earth-hypotes – Hypotes om att komplext utomjordiskt liv är osannolikt och extremt sällsynt
• Utrymme och överlevnad – Idén om att långsiktig mänsklig närvaro kräver rymdfart
• Spekulativ evolution – Science fiction-genre som utforskar hypotetiska scenarier i livets evolution
• Solsystemets stabilitet – Långsiktiga dynamiska interaktioner som stör solsystemet
• Tidslinje för den avlägsna framtiden – Vetenskapliga prognoser om den avlägsna framtiden
• Universums ultimata öde , även känd som universums ände – Teorier om universums ände

Bibliografi

•   Adams, Fred C. (2008), "Långsiktiga astrofysiska processer", i Bostrom, Nick; Ćirković, Milan M. (red.), Global catastrophic risks , Oxford University Press, ISBN 978-0-19-857050-9 .
•   Brownlee, Donald E. (2010), "Planetary habitability on astronomical time scales" , i Schrijver, Carolus J.; Siscoe, George L. (red.), Heliophysics: Evolving Solar Activity and the Climates of Space and Earth , Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-11294-9 .
•   Calkin, PE; Young, GM (1996), "Global glaciation chronologies and causes of glaciation", i Menzies, John (red.), Past glacial environments: sediments, forms, and techniques , Glacial environments, vol. 2, Butterworth-Heinemann, ISBN 978-0-7506-2352-0 .
•   Cowie, Jonathan (2007), Klimatförändringar: biologiska och mänskliga aspekter , Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-69619-7 .
•   Fishbaugh, Kathryn E.; Des Marais, David J.; Korablev, Oleg; Raulin, François; Lognonné, Phillipe (2007), Geology and habitability of terrestrial planets , Space Sciences Series of Issi, vol. 24, Springer, ISBN 978-0-387-74287-8 .
•   Gonzalez, Guillermo; Richards, Jay Wesley (2004), The privileged planet: how our place in the cosmos is designed for discovery , Regnery Publishing, ISBN 978-0-89526-065-9 .
•   Hanslmeier, Arnold (2009), "Habitability and cosmic catastrophes" , Advances in Astrobiology and Biogeophysics , Springer, ISBN 978-3-540-76944-6 .
• Hoffman, Paul F. (1992), "Supercontinents" (PDF) , Encyclopedia of Earth System Sciences , Palaeogeography, Palaeoklimatology, Palaeoecology, vol. 95, Academic press, Inc, s. 172–173, Bibcode : 1992PPP....95..172A , doi : 10.1016/0031-0182(92)90174-4 , arkiverad från originalet (PDF) den 8008 -28 , hämtad 2009-08-31 .
•   Ialenti, Vincent (2020), Deep Time Reckoning: How Future Thinking Can Help Earth Now , The MIT Press, ISBN 9780262539265 .
•   Lunine, Jonathan Irving; Lunine, Cynthia J. (1999), Earth: evolution of a habitable world , Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-64423-5 .
•   Meadows, Arthur Jack (2007), Universums framtid , Springer, ISBN 978-1-85233-946-3 .
•   Nield, Ted (2007), Superkontinent: tio miljarder datum i livet på vår planet , Harvard University Press, ISBN 978-0-674-02659-9 .
•   Myers, Norman (2000), "The Meaning of Biodiversity Loss ", i Peter H. Raven; Tania Williams (red.), Nature and human society: the quest for a sustainable world : procedures of the 1997 Forum on Biodiversity , National Academies, s. 63–70, ISBN 978-0-309-06555-9 .
•   Palmer, Douglas (2003), Prehistoric past revealed: the four billion date history of life on Earth , University of California Press, ISBN 978-0-520-24105-3 .
•   Reaka-Kudla, Marjorie L.; Wilson, Don E.; Wilson, Edward O. (1997), Biodiversity 2 (2:a upplagan), Joseph Henry Press, ISBN 978-0-309-05584-0 .
•   Roberts, Neil (1998), The Holocene: an environment history (2nd ed.), Wiley-Blackwell, ISBN 978-0-631-18638-0 .
•   Stevenson, DJ (2002), "Introduktion till planetariska interiörer", i Hemley, Russell Julian; Chiarotti, G.; Bernasconi, M.; Ulivi, L. (red.), Fenomeni ad alte pressioni , IOS Press , ISBN 978-1-58603-269-2 .
•   Tayler, Roger John (1993), Galaxies, structure and evolution (2:a upplagan), Cambridge University Press, ISBN 978-0-521-36710-3 .
•   Thompson, Russell D.; Perry, Allen Howard (1997), Applied Climatology: Principles and Practice , Routledge, s. 127–28, ISBN 978-0-415-14100-0 .
•   van der Maarel, E. (2005), Vegetation ecology , Wiley-Blackwell, ISBN 978-0-632-05761-0 .
•   Ward, Peter Douglas (2006), Ut ur tomma luften: dinosaurier, fåglar och jordens antika atmosfär , National Academies Press, ISBN 978-0-309-10061-8 .
•   Ward, Peter Douglas; Brownlee, Donald (2003), Planeten Jordens liv och död: hur den nya vetenskapen om astrobiologi kartlägger vår världs yttersta öde , Macmillan, ISBN 978-0-8050-7512-0 .

Vidare läsning

• Scotese, Christopher R., PALEOMAP Project , hämtad 2009-08-28 .
• Tonn, BE (mars 2002), "Distant futures and the environment", Futures , 34 (2): 117–132, doi : 10.1016/S0016-3287(01)00050-7 .