地球已经居住了数十亿年-究竟我们有多幸运?

地球已经居住了数十亿年-究竟我们有多幸运? Xtock /快门

经历了进化 3或4亿年 产生 智人(Homo sapiens)。 如果那段时间气候只完全失败了一次,那么进化将停滞不前,我们现在就不在这里。 因此,要了解我们如何在地球上生存,我们需要知道地球如何成功地维持生命数十亿年。

这不是一个小问题。 当前的全球变暖向我们表明,即使在几个世纪的过程中,气候也可能发生巨大变化。 在地质时间尺度上,更容易改变气候。 计算表明,仅几百万年,地球气候就有可能恶化到低于冰点或高于沸点的温度。

我们也知道,自从生命进化以来,太阳的发光能力提高了30%。 从理论上讲,这应该已经使海洋沸腾了,因为它们不是 通常 冻结在地球早期–这就是所谓的“淡淡的年轻太阳悖论”。 但是,以某种方式解决了这个可居住性难题。

科学家提出了两种主要理论。 首先是地球可能具有恒温器之类的东西-一种或多种反馈机制,可以防止气候漂移到致命温度。

第二个是,在众多行星中,也许有些只是靠运气才能实现的,而地球就是其中之一。 近几十年来,太阳系以外的许多行星的发现使第二种情况变得更加合理。 系外行星。 天文学家对遥远恒星的观察告诉我们,许多行星都有围绕它们运行的​​行星,而且有些行星的大小,密度和轨道距离使得理论上适合生活的温度是可能的。 据估计至少有 2亿个这样的候选行星 仅在我们的银河系中。

地球已经居住了数十亿年-究竟我们有多幸运? 系外行星有很多……但是有多少个气候稳定? Jurik Peter / Shutterstock

科学家们很乐意前往这些系外行星,以调查它们是否与地球数十亿年的气候稳定相匹配。 但是,即使是最近的系外行星,那些绕恒星运行的行星 半人马座Proxima,距离我们不到四光年。 观察或实验证据很难获得。

相反,我通过建模探索了相同的问题。 首先,我使用计算机程序来模拟整个行星(不仅是地球)的气候演变, 产生了100,000颗行星,每个都有一组随机不同的气候反馈。 气候反馈是可以放大或减少气候变化的过程,例如,北极的海冰融化,用吸收阳光的公海代替反射阳光的冰,反过来又导致更多的变暖和融化。

为了调查这些巨大的行星在巨大的(地质)时间尺度上保持可居住性的可能性,我进行了100次模拟。 每次行星从不同的初始温度开始,并受到随机不同的一组气候事件的影响。 这些事件代表气候变化因素,例如超级火山爆发(例如 皮纳图博山 但更大得多)和小行星撞击(例如杀死恐龙的撞击)。 在每100次运行中,都会跟踪行星的温度,直到它变得太热或太冷或存活了3亿年为止,这时它被认为是智能生命的可能坩埚。

地球已经居住了数十亿年-究竟我们有多幸运? 改变气候:1991年菲律宾的皮纳图博火山爆发,向大气中吹入大量灰烬,全球气温暂时下降了0.6˚C。 SRA Blaze Lipowski / Picryl

仿真结果至少在反馈和运气的重要性方面为该可居住性问题提供了明确的答案。 几乎没有行星(实际上只有十万分之一)具有如此强大的稳定反馈,以至于不管随机的气候事件如何,它都能保持100,000次可居住。 实际上,大多数居住至少一次的行星,做不到100的十分之一。在模拟中的几乎每一个情况下,当行星保持宜居100亿年的时候,运气就一定程度上取决于它。 同时,运气本身不足以证明。 经过专门设计的行星完全没有反馈,也从未适合居住。 受气候事件影响而随意散步的路线从来没有持续过。

地球已经居住了数十亿年-究竟我们有多幸运? 模拟中的重复运行并不完全相同:随机生成了1,000个不同的行星,每个行星运行两次。 (a)第一次运行的结果,(b)二次运行的结果。 绿色圆圈表示成功(可持续居住3亿年),黑色则表示失败。 托比·泰瑞尔, 作者提供

总体结果是可靠的,其结果部分取决于反馈,部分取决于运气。 建模的各种更改都没有影响它。 因此,地球必须拥有一些稳定气候的反馈,但与此同时 还必须参与其中以使其保持可居住性。 例如,如果小行星或太阳耀斑比它稍大,或者发生在稍有不同(更关键)的时间,那么今天我们可能不在地球上。 对于为什么我们能够回顾地球上引人注目的,极大扩展的生命历史的演变,多样化以及变得更加复杂以至于引起我们,这一观点给出了不同的看法。谈话

Toby Tyrrell教授讨论了他的研究。

关于作者

地球系统科学教授Toby Tyrrell, 南安普敦大学

本文重新发表 谈话 根据知识共享许可。 阅读 原创文章.

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