Meddig maradhatnak életben a növények a Földön?
A növények létfontosságúak a földi élethez, de a hosszú távú klímaváltozás és más tényezők miatt kihalhatnak. A kutatók megjósolták, mikor következhet be a növények kihalása.
A Föld felszíni hőmérsékletét alapvetően két tényező alakítja hosszú távon: a Napból érkező sugárzás mennyisége, az úgynevezett luminozitás – vagyis a Nap teljes sugárzási teljesítménye, amely a csillag öregedésével fokozatosan, de folyamatosan nő –, valamint a légkörben lévő szén-dioxid koncentrációja.
A szén-dioxid természetes úton is távozik a légkörből, a szilikátmállásnak nevezett folyamat során. Utóbbi egy kémiai reakció, amelyben a kőzetek, a csapadék és a szén-dioxid lép kölcsönhatásba, kalcium- és bikarbonát-ionokat hozva létre. Ezek az ionok végül a folyókon keresztül a tengerbe áramlanak, ahol kalcium-karbonát formájában lerakódnak a tengerfenéken. A körforgás során a szén-dioxid később vulkánkitörések révén visszatér a légkörbe.
Jelenleg a szilikátmállás évente körülbelül 130 millió tonna szenet von ki a légkörből – ezzel szemben az emberiség ennek nagyjából 90-szeresét, vagyis közel 12 milliárd tonnát bocsát ki évente, ami jól mutatja, mekkora aránytalanság alakult ki a természetes és az emberi eredetű szén-dioxid-forgalom között.
Az új modell, ami felülírja az eddigi becsléseket
A növények távoli jövőjét Jacob Haqq-Misra (Blue Marble Space Institute of Science) és Eric Wolf (University of Colorado Boulder) vizsgálta, a fényintenzitás (az említett luminozitás ) és a szén-dioxid-koncentráció hosszú távú változásainak modellezésével. A kutatás májusban jelent meg a Journal of Geophysical Research: Atmospheres szaklapban.
A téma nem új: az eddigi, egy-, illetve nulldimenziós klímamodellek már a kilencvenes évek óta próbálják megbecsülni, meddig maradhat élhető a Föld. Ezek a korábbi modellek arra jutottak, hogy a fotoszintézishez szükséges szén-dioxid-szint körülbelül 0,9–1,5 milliárd éven belül olyan alacsonyra csökken, hogy az úgynevezett C4-es növények – amelyek a hagyományos C3-as fotoszintézisnél jóval alacsonyabb szén-dioxid-koncentráció mellett is képesek működni – sem tudnak majd túlélni. Ez gyakorlatilag a növények kihalását jelentette volna.
Haqq-Misra és Wolf ehhez képest egy jóval részletesebb, háromdimenziós klímamodellt használt, amely nemcsak a szélességet, hanem a légkör térbeli szerkezetét, a felhőzetet és a hőmérséklet-eloszlást is figyelembe veszi.
Eredményeik szerint a korábbi, egyszerűbb modellek túlbecsülték a jövőbeli felmelegedés mértékét azokban a forgatókönyvekben, ahol a napsugárzás nő, a szén-dioxid-szint viszont változatlan marad. Ez azt jelenti, hogy a valóságban a Föld bioszférája a hagyományosan feltételezettnél tovább maradhat élhető – sőt, a kutatók szerint egyes szárazföldi és vízi növények az eddig irányadónak tekintett szén-dioxid-koncentrációnál is alacsonyabb szinten képesek lehetnek túlélni.
Gyenge és erős szilikátmállás – két eltérő jövőkép
A kutatók a jövőt két, egymástól markánsan eltérő forgatókönyv mentén modellezték, attól függően, hogy a szilikátmállás intenzitása hogyan alakul a következő évmilliárdokban.
Gyenge szilikátmállási sebességet feltételezve a légköri szén-dioxid-koncentráció alig csökken, nagyjából a mai szinten marad. Ebben az esetben a modell szerint a megfelelő lakhatóság körülbelül 1,5 milliárd évig fennmarad, még úgy is, hogy a hőmérséklet eközben fokozatosan emelkedik.
Ezt követően, nagyjából nagyjából 2 milliárd évig tartó időszakban jelentős felmelegedés következik be: a Föld felszíne fokozatosan lakhatatlanná válik, vagyis bekövetkezne a növények kihalása, és a Föld végül mikroorganizmusok uralta bolygóvá válna. Haqq-Misra és Wolf szerint ebben a forgatókönyvben a Föld végül mikroorganizmusok uralta bolygóvá válik.
Erős szilikátmállási sebességet feltételezve viszont a folyamat maga vonja ki a szén-dioxidot a légkörből, így annak koncentrációja csökken. Ennek következtében az üvegházhatás gyengül, a felszíni hőmérséklet pedig jelentősen csökken – ez a forgatókönyv nem a hőséggel, hanem a lehűléssel és a szén-dioxid-hiánnyal fenyegeti a növényvilágot. A mállás pontos állapotától függően a növényi bioszféra ebben az esetben nagyjából 1,35–1,86 milliárd évig maradhat fenn.
A két forgatókönyv így két gyökeresen eltérő halálnemet vázol fel ugyanannak a bioszférának: az egyikben a túlmelegedés, a másikban a szén-dioxid-éhezés vet véget a növényi életnek – a végpontok időben mégis meglepően közel esnek egymáshoz.
„A földi élet hihetetlenül alkalmazkodóképes”
Haqq-Misra és Wolf végső következtetése szerint az élet a Földön minden bizonnyal legalább addig fennmarad, amíg a Nap fényereje jelentősen meg nem nő, és az óceánok nem kezdenek elpárologni – ez nagyjából 2 milliárd év múlva következhet be. A kutatók megfogalmazása szerint:
A földi élet hihetetlenül alkalmazkodóképes. Még magas hőmérsékletű, alacsony szén-dioxid-koncentrációjú környezetben is a növények, illetve a növényekkel táplálkozó állatok potenciálisan nagyon hosszú ideig képesek túlélni.
A tanulmány egyik érdekessége, hogy a szerzők nem zárják le ennyivel a gondolatmenetet: felvetik, hogy a modellezett forgatókönyvek csak azt mutatják meg, meddig maradhat élhető a Föld a mai formájában élő növényzet számára – ha viszont a jövő növényei képesek lennének alkalmazkodni, például a hőmérséklet és a légnyomás szabályozására, akkor
akár a magasabb légrétegek, a sztratoszféra, sőt elméletileg akár az űr felé is terjeszkedhetnének, üstökösökre vagy a Holdra is eljutva.
Egy ilyen forgatókönyv alapjaiban kérdőjelezné meg magát a „bioszféra” fogalmát, hiszen az élet ekkor már nem lenne egyetlen bolygóhoz kötve.
Fontos hangsúlyozni, hogy a modell nem számol sem a növényvilág jövőbeli evolúciójával, sem azzal, hogy egy technológiailag fejlett civilizáció – akár az emberiség, akár egy jövőbeli utódfaj – hogyan avatkozhatna be a folyamatba. A kutatás tehát nem jóslat, hanem fizikai keret: megmutatja, hol húzódnak a bolygó lakhatóságának természetes, csillagászati és geokémiai korlátai, amelyek végül a növények kihalásához vezetnének. Függetlenül attól, hogy az élet – vagy éppen egy értelmes faj – mit kezd majd a határaival a következő egy-két milliárd évben.