美国行星学家和地质学家将带领大家进入75亿年后的未来,到那时,地球上一切有生命的东西都不复存在,岩石将开始融化——

不久前,美国“勇气”号火星探测器成功着陆火星,表明人类在探测火星是否存在过生命的科学活动迈出了坚实的一步。负责“勇气”号所携科学仪器的地质学家说,如果能在火星上找到沉积物,并且能解读它的历史,那么人类就能知道火星很久以前的情况:这里是不是曾经很温暖、湿润?是不是适合生命的存在?很久以来,人类对火星这颗“红色星球”就一直很着迷,其实,探测火星有助于了解我们所居住的星球——地球将 来的演化情况。那么,几十亿年后的地球将会变成什么样子呢?

恐怖的未来图景

杰弗里 · 卡吉尔(Jeffrey Kargel)是美国亚利桑纳州弗拉格斯塔夫地质勘探局的一名行星科学家。他说:“科学家们把100年后的地球状况都已经研究透了,这是可以理解的,因为这段时间对我们人类来说关系非常大,但是,科学家们却忽视了地球遥远的未来。”那么,几十亿年后的地球将会变成什么样子呢?卡吉尔建立了一个“未来地球气候和地质"模型,通过这个模型,人们可以感知数亿年后的地球。卡吉尔描绘说,10亿年后,太阳将日益快速地加热地球上的大气,并把海水蒸发到天空中。75亿年后,太阳已膨胀成一颗活跃的、巨大的红色星球,其体积有地球的250倍大,将把地球烤得面目全非。地球此时也不再是漂浮着白云的蓝色家园,而是一颗毫无生气、闪耀着愤怒的红光、地狱般的行星。太阳从不落山,大地也被烘烤到2000摄氏度以上,汽化的岩石蒸汽升入灼热的天空。在地球的另一面将会永远是黑夜,而且将会慢慢形成一个巨大的、覆盖着氨冰的冰帽。在永恒的白昼与黑夜之间的奇特的微明地带,不停地下着钠雪和钾雪。

大陆漂移将终结

克里斯托夫 · 斯科泰斯(Christopher Scotese) 是美国得克萨斯州立大学的地质学家,他同卡吉尔一样,非常关心地球遥远的未来,潜心思考地球在今后几亿年里将会如何变化。在过去的30多年里,他和他的同事精心绘制了2.5亿年前古代超大陆形成单一巨型大陆块以来的大陆漂移图斯科泰斯模拟了各大陆未来的模样。他设想这些大陆如果保持目前的漂移模式,也就是说美洲大陆以每年几厘米的速度缓慢漂离欧洲和非洲,那么5000万年后大西洋将会比目前宽广很多,而非洲大陆将会和欧洲大陆相撞,这样将导致地中海的消失和一座像亚洲的喜马拉雅山一样雄伟的山脉的崛起。

5000万年后大陆将会如何漂移,科学家们也不十分确定。不过,斯科泰斯认为如果大陆仍按原来的模式漂移,那么大陆板块之间的潜没带——一个 地壳板块潜到另一板块下面的地带——可以提供一些线索。现存于大西洋西海岸的潜没带将会演变成一个南北走向的大峡谷,足以吞没厚厚的古老海洋地壳。这时,大西洋又将会缩小,使美洲大陆折回来撞人已经合并的欧洲-非洲大陆。如果这样的话,那么大约2.5亿年后,地球上的大多数大陆板块将会再次联结起来形成一个新的超大陆。这时,你可以足不沾水地从美洲大陆步行到非洲和欧洲。

那么,超大陆形成后,地球又将会发生什么样的变化呢?斯科泰斯猜测这个超大陆将会自行解体。这一过程看起来像是一个循环往复的过程,因此地球在几十亿年后又可能会出现一个新的超大陆。斯科泰斯说,地球可能还会经历两到三次形成超大陆的过程。不过,从此以后,大陆漂移将会逐渐放慢速度并最终停止,这是因为大陆漂移的动力来自地球内部的热能,而地球内部却慢慢地冷却下来。此外,地球也将失去所有的水,而水正是通过软化地幔才使大陆板块保持持续漂移的。

大气中二氧化碳锐减

今天,我们担心向大气中排放过多的温室气体——二氧化碳会 使太阳的热量散发不出去,从而使全球气候变暖。可是具有讽刺意味的是,数亿年后导致地球气温升高、海洋消失、生命灭绝的大灾难的原因却是大气中缺乏二氧化碳。

我们人类应当感谢二氧化碳在保持地球气温恒定方面所做出的巨大贡献,这是因为二氧化碳的作用就像是天然的温度调节器一样。如果由于某种原因地球开始变冷,冰川期开始逼近,那么把大气中的二氧化碳吸收到地球表层和海洋的化学反应的速度就会放慢。与此同时,不时爆发的火山活动仍会向大气中释放二氧化碳,因此,大气中的二氧化碳的含量将会越聚越多,这又会使气温重新升高。相反,如果地球变暖,从空气中吸走二氧化碳的反应又会加速,于是大气的温度又会慢慢地降下来。卡吉尔说:“这一机制已经有效地工作了40亿年,使地球的温度一直处于不太极端的状态。”问题是从更长远来看,太阳将会变得更亮,大约每1亿年其亮度就会增加1%。这听起来似乎也没有什么大不了的,但是随着温度的升高,那些依靠热量的化学反应将会使大气中的二氧化碳的含量下降,二氧化碳所起到的温度调节器作用将遭到破坏。如此下去,5亿年后,大气中二氧化碳的含量将会下降到目前水平的40%多一点。多数的植物将会竭力争取足够的二氧化碳进行光合作用,这将会导致大约95%的植物物种陷入困境。松树、冷杉和热带森林将让位于草、灌木和仙人掌这些在二氧化碳含量相对较低的情况下也能成长的植物。大气中二氧化碳的含量将会继续下降,大约在9亿年后,最终连这些植被也难以生存。最后,郁郁葱葱的地球将变成一片土黄色。

地球环境将继续恶化。大约12亿年后,太阳将会比现在亮15个百分点左右。地球表面的温度将升高到60至70摄氏度,吸收大气中二氧化碳的化学反应将会更加活跃,几乎使大气中的二氧化碳消失殆尽。海洋温度急剧升高,又增加了大气的湿度,这使问题变得更加复杂。水汽也是温室气体,但它不能像二氧化碳那样起到温度自动调节器的作用。大气中的水分增加意味着地球温度的升高,这又将导致蒸发掉地表上更多的水。这一恶性循环将造成失控的温室效应:海洋最终将会消失,只留下大片的干盐滩;大陆漂移也将慢慢停止;复杂的动物肯定早已灭绝。

地球将逐渐被锈蚀

还没有人拿出详细的地质模型来向人们展示将会逐渐干枯的地球的未来模样,卡吉尔进行了大胆的猜测。他说,由于不存在造山运动,地质改变的力量将主要有余下的浅水流的侵蚀作用来推动。想象一下,如果密西西比河三角洲失去90%的水量后会变成什么样子呢?到那时,地球上会有许许多多的流速缓慢的小溪,所有的山脉都将会被侵蚀到底部,整个地球将被削平。地球可能会像现在美国内华达州和亚利桑纳州南部的沙漠一样 ,高低不平的山脉也被侵蚀,深深地被埋藏在碎石中。

在某一时间,耀眼的太阳发出的紫外线会把地球大气中的水分分解成氢和氧。地球的引力又不足以将氢气保留在大气中,这样氢气就会散发到太空中,不过氧气却留了下来,并慢慢形成大气压。卡吉尔说:“岩石中的铁会吸收氧,地球将变成一个被锈蚀的行星。"这时,地球看起来有点像火星。

卡吉尔又将地球同充满有毒硫酸云的金星相对比。地球上的温室效应最终将会使地球的温度升高到1000 摄氏度,足以融化岩石,灼热的岩浆海将会出现,像石膏这样的硫酸盐矿物质也将分解。假若此时地球上还有一层薄薄的充满蒸汽的大气的话,那么这种大气就会成为一种致命的硫酸混合物,就像是金星上的大气一样。

昼夜不再交替

美国天文学协会于2003年9月在加利福尼亚州的蒙特雷召开了一次会议。在这次会议上,卡吉尔向人们模拟并描绘了地球在遥远的苦难的未来的模样: 70 亿年后,太阳膨胀成一个巨大的红色星球,灼热地烧烤着地球;没有人能够精确地预测那时地球和月球将如何围绕着太阳旋转,但有一种可能性是地球将被锁定——地球一侧永远是白昼,而另一侧将永远是黑夜。卡吉尔说,在未来地球上永远是白昼的一侧,太阳看起来有目前的250倍大,占据了大部分天空,而且太阳光将照射到地球上很远的地方,事实上只有像北美洲那么大的一片地方永远处在黑暗之中,黑暗地带周围将是一片永远处于微明状态之中的区域。

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卡吉尔与其他科学家利用太阳逐渐变亮的天文预测来计算地球表面的温度。通过研究,他们发现75.7亿年后,太阳照射下的岩浆海的温度几乎达到了2200摄氏度,岩浆将开始蒸发。然而,处于黑夜一面的地球表面的温度却很难预测。“如果仍有一层厚厚的大气在漂浮的话,那么它将会把足够的热量带到处于黑夜的一侧,这样就连黑夜的一侧也会变得很温暖。”卡吉尔说,“如果没有这层大气,那么处于黑夜的一侧就会变得非常寒冷。”这种情况非常类似于只有一层薄薄的大气的水星。水星正午时气温能达到350摄氏度,热得足以熔化铅,可是到了夜晚,温度却急剧下降,能降到零下170度。卡吉尔猜测地球黑夜的一侧气温可能会更低,大约在零下240度,因此这个又冷又热的地球将形成一些奇特的天气模式。在热的一侧,像硅、镁、铁等金属以及它们的氧化物将从岩浆海中蒸发出来。在温暖的微明区,它们又将重新凝结。卡吉尔说:“你会看到铁雨, 可能还会看到一氧化硅雪。同时,从较冷的灰暗的天空中还会飘下钾雪和钠雪。”在黑暗的一侧,天气冷得足以将二氧化碳、二氧化硫和氩冻结成一个巨大的冰帽。冰帽上有一层固态氰冰,在此下面将是水冰(如果那时地球上还有水的话)。还存在一个极小的可能性,就是在地球的微明区域里还保留一个平静的液态水海洋。

认真思考地球未来

在这个环境恶劣的未来地球上会存在生命吗?大概不会。不过,地球上残留的最后几片可以居住的地方可能会激起银河系中某个外星文明的好奇心,就像我们人类发射宇宙飞船到太阳系中某些适宜的区域去寻找生命一样。卡吉尔说:“如果某个外星文明想探究地球这个荒凉的星球的话,那么这个液态水海洋很可能就是他们进行研究的基地。”谁知道呢。

卡吉尔说:“各种各样的希奇古怪的事情都可能发生。”他强调这个模型并不能十分准确地模拟出地球未来的样子,只是粗略描绘了地球将来可能的样子,他希望借此激发人们的想象并激励人们从事更加详细的研究,更加认真地思考地球的未来。