Atrodo, kad deguonis Žemėje buvo visada. Kvėpuojame juo nesusimąstydami, o oras, kuriame jo yra apie 21 proc., mums atrodo natūrali planetos būsena. Geologai mato kitaip: deguonies turtinga atmosfera yra gana trumpas epizodas Žemės istorijoje. Ir jis kada nors baigsis.
2021 m. žurnale „Nature Geoscience“ paskelbtas tyrimas pabandė apskaičiuoti, kada tai įvyks. Atsakymas skamba ir raminamai, ir šiek tiek nejaukiai.
Pirmus beveik du milijardus metų Žemės atmosferoje laisvo deguonies beveik nebuvo. Jį pradėjo gaminti melsvabakterės – mikroorganizmai, išmokę fotosintezės. Iš pradžių deguonį sugerdavo uolienos ir vandenyne ištirpusi geležis, todėl ore jis ilgai nesikaupė.
Maždaug prieš 2,5 milijardo metų įvyko permaina, kurią geologai vadina Didžiuoju deguonies įvykiu: deguonies kiekis atmosferoje ėmė didėti. Vėliau, augant augalijai, susiformavo ir mums įprasta oro sudėtis. Kitaip tariant, deguonis nėra pradinė Žemės savybė. Tai gyvybės darbo rezultatas, ir jis priklauso nuo to, ar ši gyvybė gali tęsti savo darbą.
400 000 bandymų atspėti ateitį
Tyrimą atliko Toho universiteto (Japonija) docentas Kazumi Ozaki ir Džordžijos technologijos instituto (JAV) profesorius Christopheris Reinhardas. Darbą finansavo NASA egzoplanetų tyrimų programa „NExSS“ ir Japonijos mokslo skatinimo draugija.
Jie sukūrė Žemės sistemos modelį, kuris kartu skaičiuoja klimatą ir biogeocheminius procesus: kaip anglis, deguonis ir kitos medžiagos keliauja tarp atmosferos, vandenynų, uolienų ir gyvų organizmų.
Ateities negalima žinoti tiksliai, todėl tyrėjai pasirinko tikimybinį kelią. Ozaki modelį paleido daugiau nei 400 000 kartų, kiekvieną kartą šiek tiek keisdamas parametrus – pavyzdžiui, kaip greitai vyks geologiniai procesai ar kaip prisitaikys gyvybė. Taip gaunamas ne vienas skaičius, o tikimybių pasiskirstymas.
Rezultatas: apie milijardą metų
Pagal modelį atmosfera, kurioje deguonies yra daugiau nei 1 proc. dabartinio lygio, išsilaikys vidutiniškai dar 1,08 milijardo metų. Paklaida – maždaug 140 milijonų metų į vieną ar kitą pusę.
Svarbu suprasti, ką reiškia šis slenkstis. 1 proc. dabartinio deguonies lygio yra labai mažai: žmogus ar bet kuris kitas didesnis gyvūnas tokiame ore neišgyventų. Tad kalbama ne apie tai, kada orą bus tiesiog sunkiau kvėpuoti, o apie visiškai kitokią planetą.
Kodėl apskritai kas nors keisis? Pagrindinė priežastis – Saulė. Ji labai lėtai, bet nuolat šviesėja, nes jos branduolyje degant vandeniliui keičiasi žvaigždės sandara. Planetai šylant, stiprėja uolienų dūlėjimas, o šis procesas ilgainiui ištraukia iš atmosferos anglies dioksidą. Augalams ir fotosintetinantiems mikroorganizmams CO₂ yra statybinė medžiaga. Kai jo nebeužtenka, fotosintezė silpsta, o kartu mažėja ir išskiriamo deguonies.
Svarbiausia tyrimo išvada – deguonies netekimas, tikėtina, prasidės anksčiau nei kiti didieji pokyčiai. Iki šiol dažnai manyta, kad biosferą pirmiausia pribaigs perkaitimas ir vandenynų garavimas. Ozaki ir Reinhardo modelis rodo, kad deguonies kiekis turėtų smarkiai kristi dar prieš tai, kai Žemė praras didžiąją dalį paviršinio vandens.
Ir kristų ne palaipsniui per milijardą metų, o geologiniu požiūriu greitai. Po to atmosfera primintų tą, kuri buvo prieš Didįjį deguonies įvykį, maždaug prieš 2,5 milijardo metų.
Kaip atrodytų Žemė be deguonies
Modelio aprašytame pasaulyje būtų daug metano, mažai anglies dioksido ir nebūtų ozono sluoksnio. Be ozono paviršių be jokio filtro pasiektų ultravioletiniai spinduliai.
Gyvybė tikriausiai neišnyktų. Ozaki teigimu, Žemės sistema greičiausiai taptų anaerobinių gyvybės formų pasauliu. Kitaip tariant, planeta grįžtų mikroorganizmams, kuriems deguonis nereikalingas, o kai kuriems net nuodingas.
Tyrėjai skaičiuoja, kad deguonies turtingos sąlygos gali sudaryti tik 20–30 proc. visos Žemės, kaip gyvenamos planetos, istorijos. Tai, ką laikome norma, iš tikrųjų gali būti išimtis.
Ką tai reiškia jums
Pirmiausia – nerimauti nėra ko. Milijardas metų yra maždaug 5 000 kartų ilgiau, nei egzistuoja mūsų rūšis. Per tą laiką nesuskaičiuojamą daugybę kartų pasikeis žemynų išsidėstymas, klimatas ir pati gyvybė. Šis tyrimas nesusijęs su dabartinėmis klimato problemomis ir neturėtų būti painiojamas su jomis.
Antra, tai svarbu ieškant gyvybės kitur. Deguonis ir ozonas dažniausiai laikomi pagrindiniais ženklais, kad tolimoje planetoje gali būti gyvybė. Tačiau jeigu net Žemėje deguonies gausa yra laikina, daugelis gyvybę turinčių planetų gali jo beveik neturėti. Todėl autoriai siūlo astronomams ieškoti ir kitų požymių, pavyzdžiui, būdingų metano turtingoms atmosferoms.
Trečia, kitą kartą giliai įkvėpę miško ore galite prisiminti, kad gyvename gana retu Žemės laikotarpiu. Oras, kurį laikome savaime suprantamu, yra milijardus metų trukusio mikroorganizmų ir augalų darbo rezultatas.
