自從系外行星的發(fā)現(xiàn)引發(fā)了人們對類地世界的探索，科學(xué)家前所未有地致力于地球、地球歷史和演變的研究。
現(xiàn)在，他們終于能以無與倫比的準(zhǔn)確度描述它在遙遠(yuǎn)未來的命運(yùn)，一步步地帶我們領(lǐng)略藍(lán)色星球和地球生命所要遭遇的地質(zhì)和大氣變化，直至太陽吞噬一切。如果人類不加干涉，這一命運(yùn)不可避免。不過它也許還隱藏著一個(gè)結(jié)尾“彩蛋”…
動(dòng)蕩曲折的地球歷史
人人都知道這段歷史的結(jié)局。因?yàn)榇蠹叶荚趯W(xué)校里學(xué)到過-半感好奇半覺悲傷-地球終有一天將被走向生命盡頭、變成一顆紅巨星的太陽吞噬。這是段衰亡史，而且全無懸念…
雖然如此，但根據(jù)這一領(lǐng)域的最新科研成果，我們這顆星球的未來絕非死氣沉沉、枯燥乏味。別忘了，地球剛到中年，45.4億歲的它還有50多億年的壽命呢！這令人眩暈的時(shí)間跨度足以成為多輪滄海桑田與驚天轉(zhuǎn)折的舞臺。
想想看，大約7億年前的地球是個(gè)冰球（赤道地帶的水體也是堅(jiān)冰一塊）；3億年前，陸地還是一整塊，科學(xué)家稱其為盤古大陸；5000萬年前，南極洲覆蓋著茂密的森林…
那么，100萬年、1億年、10億年或100億年后的地球會(huì)變成什么樣？是否會(huì)有一顆小行星把地球撞得破相？是否會(huì)有新的山脈升起？北冰洋將一直存在嗎？大氣還能呼吸嗎？太陽的亮度是否維持不變？我們的星球是否運(yùn)轉(zhuǎn)正常？地表或地殼深處是否還有生命？
地質(zhì)學(xué)家、氣候?qū)W家和生物學(xué)家嘗試一一解答這些關(guān)于未來的問題。
如此模擬地球命運(yùn)看上去像一場不為任何目的的智力游戲，或是一種廉價(jià)的自我刺激。要知道，我們永遠(yuǎn)無法驗(yàn)證模擬的結(jié)果，因?yàn)槿祟惡芸赡茉谶@些時(shí)代到來之前就滅亡了。
話雖如此，這些模擬并非白費(fèi)功夫，系外行星專家就將它們廣泛用于地外生命的搜索?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)了越來越多的宜居類地行星，某些可能比地球老得多?！泵绹的螤柎髮W(xué)天體生物學(xué)家杰克·奧馬利-詹姆斯（Jack O’Malley-James）解釋說，“因此，預(yù)測未來的地球上可能存在的生命類型，能使我們更好地確定在這些'宜居末期’的系外行星上所要尋找的標(biāo)記信號?！薄斑@些研究應(yīng)該能讓我們更準(zhǔn)確地確定恒星周圍宜居帶的范圍?！狈▏柖嗵祗w物理學(xué)實(shí)驗(yàn)室（LAB）的杰瑞米·勒孔特（Jérémy Leconte）補(bǔ)充道。
這些關(guān)于地球未來演化的研究也不乏益處。比如使我們在正確的時(shí)間尺度上認(rèn)識到人類個(gè)體生命的短暫；或者讓人最終了解世界末日究竟是什么樣-經(jīng)過科學(xué)評估的真相，而不是神棍或陰謀論者胡亂宣揚(yáng)的末世天啟，這里沒有任何超自然現(xiàn)象，沒有任何“懲罰”，只有事物平凡的運(yùn)行過程-事實(shí)上充滿魅力，如果我們用心關(guān)注的話。
毋庸諱言，這些遠(yuǎn)期預(yù)測往往會(huì)有重大誤差。
因?yàn)檫€有許多我們不了解的生物地質(zhì)化學(xué)機(jī)制在起作用，而且源自地球歷史的數(shù)據(jù)有時(shí)很不全面。由于混沌現(xiàn)象（正是它們支配著太陽系行星軌道的變化或地幔湍流的演變），我們也無法對幾千萬年以后的情況做出確定的預(yù)測。爭論往往十分激烈。
最近的一些研究結(jié)果可能預(yù)示著誰也意料不到的未來?！拔覀兲綔y到地殼有變薄的趨勢，導(dǎo)致我們的行星在10億年后可能完全被海洋覆蓋?！庇祭锼雇写髮W(xué)地球化學(xué)家布魯諾·杜伊姆（Bruno Dhuime）即如是指出。也不要忘記人類的影響，最近幾十年來，這已經(jīng)成為一種新的地質(zhì)力量。
說一千道一萬，誰又知道呢，歷史的結(jié)局甚至也可能帶給我們驚喜…
未來 1 億年
大災(zāi)難的時(shí)代
第一場劇災(zāi)可能來自冰川。
“冰川周期由北半球夏季獲得的日照變化決定，而后者取決于地球軌道以及大氣CO2含量的變化?！钡聡ù奶箽夂蛴绊懷芯克陌驳铝摇ぜ又Z波利斯基指出。
這種嚴(yán)寒通常每10萬年降臨一次。這是一幅極冷的景象：極地和高山的冰川向南推進(jìn)，一路上碾壓一切，每年使森林后退500米。在上一次冰期的全盛時(shí)代，北緯45°以北的歐洲地區(qū)沒有留下一棵闊葉樹。
科學(xué)家只在一些具有特殊微氣候的地區(qū)發(fā)現(xiàn)了北方森林的殘余，例如喀爾巴阡山脈?！安贿^大部分物種有時(shí)間遷往南方，適應(yīng)氣候?！卑驳铝摇ぜ又Z波利斯基解釋道。不過下一次冰期來臨時(shí)，人類估計(jì)已經(jīng)不在這個(gè)世界上了…
真正的危險(xiǎn)來自宇宙
不僅是冰川。有些火山還預(yù)備了更糟的災(zāi)難?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，釋放600立方千米以上物質(zhì)的超級噴發(fā)（印度尼西亞喀拉喀托火山1883年的噴發(fā)釋放了13立方千米的物質(zhì)）大約每10萬年發(fā)生一次。”美國俄勒岡大學(xué)地質(zhì)學(xué)家伊利亞·賓德曼（Ilya Bindeman）警告說。印度尼西亞的多峇湖火山在74000年前爆發(fā)時(shí)，把含硫懸浮物噴射到平流層，令地表數(shù)年不見天日。這是世界末日嗎？“一次超級噴發(fā)將毀滅并埋葬方圓幾百千米內(nèi)的所有生命，但未必引發(fā)全球性物種滅絕?！币晾麃啞べe德曼總結(jié)道。
對于生命來說，真正危險(xiǎn)還是來自宇宙。
首先，是一個(gè)傳統(tǒng)威脅：統(tǒng)計(jì)顯示，每1億年會(huì)有一顆直徑達(dá)十幾千米的小行星或彗星撞上地球。這樣的撞擊釋放出的能量相當(dāng)于廣島原子彈的10億倍，能把空氣加熱到1000℃以上，在全球引發(fā)火山爆發(fā)和浪高幾百米的大海嘯，并將掀起約20萬立方千米的塵埃，使地球陷入“星擊之冬”；全球氣溫將下降約10℃，光合作用難以維持，生態(tài)系統(tǒng)接連崩潰…
生物圈將在數(shù)百萬年間處于休克狀態(tài)。英國白金漢大學(xué)天文學(xué)家比爾·內(nèi)皮爾（Bill Napier）認(rèn)為：“最糟糕的情況還不是單獨(dú)一次大撞擊，而是一顆巨型彗星解體產(chǎn)生的一系列重大沖擊，這種假設(shè)值得認(rèn)真研究。”
還有一種來自宇宙的致命轟炸：銀河系中的射線暴。
每個(gè)世紀(jì)都能觀察到兩三次的超新星爆發(fā)對地球并無多少具體影響，然而兩個(gè)“怪物”-中子星和黑洞-的相遇會(huì)產(chǎn)生可怕的“伽瑪暴”：射向地球的伽馬射線、X射線和紫外線流能破壞我們的臭氧層達(dá)10年之久。
伽瑪暴GRB990123光學(xué)波段的照片，顯示伽瑪暴的宿主星系。
失去了這層屏障，抵達(dá)地表的B紫外線（UVB）量對浮游生物來說將是致命的，浮游生物是海洋食物鏈的基礎(chǔ)，并負(fù)責(zé)地球上一半的光合作用?！斑^去10億年間，地球可能遭受了一兩次伽馬暴。”美國堪薩斯大學(xué)天體物理學(xué)家布賴恩·托馬斯（Brian Thomas）表示，“我們甚至認(rèn)為，這一現(xiàn)象可能是4.5億年前奧陶紀(jì)大滅絕的原因。”
盡管如此，生命還是延續(xù)了下來…
未來 1 億至 5 億年
形成一塊超大陸
規(guī)模巨大的山脈，面積與俄羅斯相當(dāng)?shù)纳衬?，同一風(fēng)景綿延幾萬千米，全球性的海洋…
2.5億年后，現(xiàn)在的主要大陸將聚為一塊超大陸，地質(zhì)學(xué)家已經(jīng)把它命名為“阿美西亞大陸”。
對于了解板塊學(xué)說的人而言，這一點(diǎn)都不神秘。“地幔對流使大陸有規(guī)律地聚集和分散?！狈▏锇旱刭|(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)室的尼古拉·科爾蒂斯（Nicolas Coltice）介紹道。最近兩次出現(xiàn)的超大陸分別是3億年前的盤古大陸，和11億年前的羅迪尼亞大陸。
11億年前的羅迪尼亞大陸重構(gòu)。
對于地球陸地板塊的未來趨勢，目前存在激烈爭論，一些人認(rèn)為有跡象表明大西洋將會(huì)消失，另一些人認(rèn)為太平洋將會(huì)閉合?！拔覀兊淖钚履Ｐ惋@示，2.5億年后，歐亞大陸、非洲、北美和大洋洲將集中到北半球?！比毡竞Ｑ蟮厍蚩茖W(xué)和技術(shù)研究所（JAMSTEC）的吉田晶樹（Masaki Yoshida）介紹，“只有南極洲和南美洲幾乎原地不動(dòng)?！?/p>
想象一下，地中海等海洋慢慢閉合蒸發(fā)；大洋逐漸縮小，板塊陷入地幔之中…“陸地板塊碰撞將產(chǎn)生極高的廣闊山脈：在羅迪尼亞大陸時(shí)代，格林威爾山脈從墨西哥一直延伸到加拿大北部。”加拿大多倫多大學(xué)地球物理學(xué)家菲利普·赫倫（Philip Heron）講述道。
奇特的地形
一旦形成，“超大陸將改變地球表面的所有循環(huán)圈”，尼古拉·科爾蒂斯指出：風(fēng)帶組成，雨水分布，沉積物的輸送，深層洋流…遠(yuǎn)離海岸，被高山阻隔了云層，超大陸的內(nèi)陸將極度干燥。
而“干旱阻礙了固定大氣CO2的地質(zhì)進(jìn)程”，法國圖盧茲地質(zhì)機(jī)制和地質(zhì)輸送實(shí)驗(yàn)室（LMTG）的伊夫·古德里斯（Yves Goddéris）解釋道，“在盤古大陸時(shí)代，大氣CO2含量是現(xiàn)在的20倍?！?/p>
新的地理形態(tài)也將重塑生物圈。一整塊大陸所能提供的海岸線長度明顯要比多塊大陸所能提供的要短；然而海岸處海水較淺、溫度高、光照強(qiáng)，是85%的海洋生物量的集中地。與此同時(shí)，阻礙陸地物種擴(kuò)張的因素消失，導(dǎo)致全球生物多樣性減少，只有與緯度相關(guān)的差異性保留了下來。
地質(zhì)學(xué)家認(rèn)為，超大陸每次維持時(shí)間最多1億至3億年。由于大量熱能在這巨大的板塊下聚集，劇烈的對流會(huì)使超大陸解體；在這一過程中，過多的熱量將引發(fā)強(qiáng)烈的火山活動(dòng)。在阿美西亞大陸之后，新的超大陸還將繼續(xù)形成，然后再解體，如是循環(huán)，直到板塊位置隨著地幔冷卻固定下來。
但在那天到來之前，地球的面貌早已徹底改變…
未來 5 億至 10 億年
大氣變得無法呼吸
多可笑：目前的地球正飽受大氣CO2水平高企之苦，可未來，將我們?nèi)缃袼私獾呢S富、繁盛、復(fù)雜的地球生命趕向末日的反而很可能是缺少CO2。
這場大氣災(zāi)難的源頭是一個(gè)無法避免的進(jìn)程：太陽的衰老。
不斷以氫為燃料進(jìn)行核聚變，太陽的亮度和熱量將會(huì)增加（每1.1億年約1%）。但熱量不是地球生物滅絕的主犯，因?yàn)楦鶕?jù)英國?？巳卮髮W(xué)地球系統(tǒng)科學(xué)教授蒂莫西·蘭頓（Timothy Lenton）2001年進(jìn)行的計(jì)算，地球生物圈還可以消化氣溫升高的沖擊達(dá)8億年之久。
致命的連鎖反應(yīng)
比起熱量，真正的問題將來自CO2：因?yàn)樗侵参锿ㄟ^光合作用制造有機(jī)質(zhì)的碳來源，無可替代。太陽變熱將加劇硅酸鹽巖石的淋蝕和化學(xué)蝕變，導(dǎo)致它們吸收越來越多的CO2，減少可資植物利用的CO2量。目前大氣中CO2含占比接近0.04%，而1億年后，這個(gè)比例將開始降低，引發(fā)一系列致命的連鎖反應(yīng)。
首先受到影響的是所謂的“C3植物”（CO2被固定后最先形成含有3個(gè)碳原子的化合物），它們需要溫和的氣溫以及至少0.015%的大氣CO2比例，才能有效進(jìn)行光合作用。維管植物（開花植物、蔬菜、針葉樹…）,即目前90%的植物生物量就是這種情況。
當(dāng)大氣中CO2比例低于0.01%時(shí)，它們的生長量將減少達(dá)70%。羸弱的灌木和無法結(jié)果、稀稀拉拉的草本植物將逐漸成為主要景觀。“這些植物可能在5億年內(nèi)消失?！泵绹的螤柎髮W(xué)天體生物學(xué)家杰克·奧馬利-詹姆斯估算道。
“C4”（已知植物物種的3%：玉米、小米…CO2被固定后最先形成的化合物含有4個(gè)碳原子）和“CAM”（景天酸代謝，見于仙人掌科等）類型的植物擁有更好的CO2捕獲系統(tǒng)，能堅(jiān)持到大氣CO2含量降至0.001%的時(shí)候，但接下來也無力回天。這一深刻變化將以所有植物全部滅絕而告終?！癈4植物將在9億年后滅絕?！苯芸恕W馬利-詹姆斯指出。
而在這數(shù)億年間，與植物走向終結(jié)同時(shí)，別處必將同樣哀鴻遍野?！爸参餃缃^將逐漸導(dǎo)致動(dòng)物滅絕，因?yàn)樗鼈儧]有了食物，因?yàn)檠鯕庠贌o更新！”杰克·奧馬利-詹姆斯繼續(xù)說道。他根據(jù)耗氧量草擬了動(dòng)物滅絕的死亡時(shí)間表：首先是大型哺乳動(dòng)物，然后是小型哺乳動(dòng)物，隨后是鳥類、爬行動(dòng)物，陸地動(dòng)物比海洋動(dòng)物先進(jìn)墳?zāi)埂?/p>
或許會(huì)有生物適應(yīng)這場巨變，但杰克·奧馬利-詹姆斯強(qiáng)調(diào)，復(fù)雜生命的命運(yùn)已經(jīng)寫就：“高等植物滅絕1億年后，地球上很可能只剩下微生物了…”
撰文 Vincent Nouyrigat
?? émilie Rauscher
?? Mathilde Fontez
編譯 周佩瓊
