Ziemia to planeta obfitości, gdzie zieleń roślin zdaje się być wieczna. Ale czy zastanawialiście się kiedyś, jak długo ta sielanka może trwać? Nowe, przełomowe badania rzucają światło na niezwykle odległą przyszłość naszej biosfery, sugerując, że rośliny mogą przetrwać znacznie dłużej, niż dotychczas sądzono – nawet do 2 miliardów lat! To perspektywa, która wykracza daleko poza nasze wyobrażenie, stawiając pytania o trwałość życia w obliczu nieuchronnych zmian kosmicznych.

Długoterminowe istnienie życia na Ziemi jest nierozerwalnie związane z kondycją naszej gwiazdy – Słońca. Okazuje się, że jego całkowita moc, czyli jasność, nieustannie rośnie. Szacuje się, że zwiększa się ona o około 10% co miliard lat, co ma bezpośredni wpływ na temperaturę powierzchni naszej planety. Ten trend będzie kontynuowany przez miliardy lat, stopniowo zmieniając warunki na Ziemi.

Drugim, co do wielkości, czynnikiem wpływającym na temperaturę jest efekt cieplarniany, ściśle związany z koncentracją dwutlenku węgla (CO2) w atmosferze. Jego przyszłość jest mniej przewidywalna, a jednocześnie kluczowa dla przetrwania roślin.

Naturalny cykl usuwania CO2 z atmosfery odbywa się poprzez proces zwany wietrzeniem krzemianowym. To złożona reakcja chemiczna skał, opadów atmosferycznych i CO2, w wyniku której powstają węglany wapnia i wodorowęglany. Związki te ostatecznie spływają rzekami do oceanów, osadzając się na dnie jako węglan wapnia. Rocznie w ten sposób usuwanych jest około 130 milionów ton węgla. Wulkaniczne erupcje w ramach cyklu geologicznego przywracają ten węgiel do atmosfery. Niestety, obecnie ludzkość emituje około 90 razy więcej dwutlenku węgla, niż wynosi roczna zdolność naturalnego wietrzenia krzemianowego do jego usuwania.

Rośliny w obliczu malejącego CO2

W poszukiwaniu odpowiedzi na pytanie o przyszłość roślin, Jacob Haqq‐Misra i Eric Wolf z Blue Marble Space w Seattle podjęli się pionierskiego zadania. W artykule opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie Journal of Geophysical Research: Atmospheres, naukowcy przeanalizowali długoterminową przyszłość jasności słonecznej oraz poziomu CO2 w atmosferze. Wykorzystali do tego trójwymiarowy, ogólny model cyrkulacji klimatycznej, zwany Exo-CAM, opracowany w 2022 roku, który pozwala symulować szeroki zakres składów atmosferycznych.

Ich badania wymagały również szczegółowego zrozumienia trzech głównych klas roślin, różniących się sposobem fotosyntezy: roślin C3, C4 i CAM. Reprezentują one odpowiednio około 95%, 3% i 2% gatunków roślinnych na Ziemi. Każda z nich ma inną granicę wytrzymałości na niedobór CO2: rośliny C3 giną poniżej około 50 cząsteczek na milion (ppm) CO2 w atmosferze, rośliny C4 poniżej około 10 ppm, a gatunki CAM są w stanie przetrwać nawet przy jeszcze niższych stężeniach.

Dwa scenariusze, jedna przyszłość: Od 1.35 do 2 miliardów lat

Przyszłość roślin zależy w dużej mierze od tego, jak intensywny będzie proces wietrzenia krzemianowego. Naukowcy rozważyli dwa kluczowe scenariusze:

Scenariusz 1: Słabe wietrzenie krzemianowe
W tym wariancie, gdy słońce staje się jaśniejsze, a temperatura Ziemi rośnie, szybkość wietrzenia krzemianowego zwiększa się jedynie nieznacznie. W rezultacie poziom CO2 w atmosferze nie spada znacząco i pozostaje w przybliżeniu stały w porównaniu z wartościami dzisiejszymi.

Okazuje się, że życie na Ziemi jest niezwykle adaptacyjne. Nawet gorące środowiska z niskim stężeniem CO2 mogą pozwolić roślinom (i zwierzętom, które się nimi żywią) przetrwać przez bardzo długi czas – jak zauważył Jacob Haqq‐Misra. W tym scenariuszu naukowcy przewidują okres dostatecznej żywotności Ziemi z powoli rosnącymi temperaturami przez około 1.5 miliarda lat. Następnie, przez kolejne pół miliarda lat, nastąpi znaczące ocieplenie, aż do 2 miliardów lat od dziś, kiedy to złożone życie roślinne zaniknie, a Ziemia zostanie zdominowana przez mikroby.

Scenariusz 2: Silne wietrzenie krzemianowe
Tutaj badacze założyli, że temperatura powierzchni Ziemi pozostanie stała, na dzisiejszym poziomie 288 kelwinów (około 15°C), a wietrzenie krzemianowe będzie znacznie silniejsze niż obecnie. Wzrost jasności Słońca o 20% w ciągu 2 miliardów lat spowoduje w tym przypadku spadek poziomu CO2, ponieważ jest on intensywnie usuwany z atmosfery. Zmniejszy to efekt cieplarniany, a tym samym ochłodzi powierzchnię planety.

Co to oznacza dla roślin? Dzięki zaawansowaniu modelu Exo-CAM, który pozwala na precyzyjne symulacje, naukowcy odkryli, że w tym wariancie biosfera roślinna mogłaby przetrwać znacznie dłużej – od 1.35 miliarda do 1.86 miliarda lat – niż wynikało to z wcześniejszych, prostszych modeli.

Jak podsumowuje Haqq‐Misra: „Odkryliśmy, że życie na Ziemi przetrwałoby co najmniej do momentu, gdy jaśniejące Słońce doprowadzi do wyparowania naszych oceanów, czyli za prawie 2 miliardy lat. A nawet wtedy życie może znaleźć sposób, by opuścić Ziemię i dalej kwitnąć poza nią” – czy to poprzez technologie takie jak orbitalne osłony przeciwsłoneczne, czy długotrwałe procesy ewolucyjne. Jedno jest pewne: filtr przeciwsłoneczny prawdopodobnie będzie potrzebny.

To odkrycie to prawdziwy przełom w naszym rozumieniu przyszłości życia na Ziemi. Choć perspektywa zaniku złożonej biosfery roślinnej wydaje się odległa, badania te jasno pokazują, że nasz dom kosmiczny ma ograniczony „termin ważności”. Jednocześnie budzą nadzieję, ukazując niezwykłą odporność życia i jego zdolność do adaptacji w obliczu ekstremalnych zmian. Rośliny, nasi cisi towarzysze, mogą być z nami jeszcze przez niewyobrażalnie długi czas, świadcząc o nieustającej sile ewolucji.