地球宜居还有多久？不是50亿年后，研究：地球富氧时间剩10.8亿年

地球的宜居性等不到太阳变成红巨星，随着太阳缓慢变亮，地球将在更早的时候失去适合复杂生命生存的环境。研究估计，大约10亿年后地球就会变得热到不宜居，因为那时的太阳要比现在更亮很多。

目前，太阳正处于主序星阶段，依靠核心区的核聚变释放能量。氢原子核聚变成氦，核心中的氦不断积累，平均分子量随之上升。为了支撑外层物质，太阳核心会缓慢收缩，温度和压力进一步升高，核聚变反应也会逐渐加快。

结果是，太阳会在看似稳定的主序星阶段越来越亮，太阳光度大约每10亿年增加10%。这个变化放在地质尺度上，足以让地球发生翻天覆地变化。

太阳刚形成时，亮度只有今天的大约七成。按照直觉，早期地球本应是一颗大部分被冻结的行星，然而地质记录表明，当时地球存在液态水。较高浓度的二氧化碳、甲烷等温室气体，以及海陆分布和云层变化，共同补偿了较弱的阳光，这就是著名的“暗淡年轻太阳悖论”。

如今，问题已经反了过来。年轻太阳太暗，地球需要更多温室气体保温。未来太阳越来越亮，地球必须设法降低温室效应，才能避免持续升温。

地球确实有一套运行了数十亿年的天然调温系统，这就是碳酸盐—硅酸盐循环。气温升高、降雨增强，会加快岩石风化。风化过程消耗大气中的二氧化碳，碳随后进入海洋并沉积，最终又可通过板块运动和火山活动返回大气。

这套“恒温器”帮助地球长期维持液态水，却也埋下了另一个问题。太阳越亮，地球为了降温就要从大气中抽走越多二氧化碳。对气候来说，这是降温。对植物来说，却可能是断粮。

植物需要阳光、水和二氧化碳完成光合作用。未来的太阳可以提供更多能量，水在一段时间内也不会立刻消失，而可能率先逼近下限的是二氧化碳。

多数树木、粮食作物和草本植物采用C3光合作用途径。当二氧化碳浓度不断下降，C3植物的光合作用效率会显著降低。玉米、甘蔗等C4植物能在更低的二氧化碳环境中生存，但也有极限。过去一些模型据此判断，约10亿年后，陆地高等植物将因二氧化碳不足而大规模衰退。

陆地食物网以光合作用形成的有机物为基础，植被一旦崩溃，食草动物和食肉动物会依次失去能量来源。植物还参与土壤形成、水循环和氧气生产，失去它们之后，复杂生命赖以存在的整个环境都会改变。

不过，过去的结论可能低估了生命的韧性，2024年的一项研究重新评估了岩石风化对温度和二氧化碳的敏感程度。研究人员发现，如果风化作用对升温没有旧模型假设的那么敏感，或者对二氧化碳浓度更加敏感，那么二氧化碳的下降会在未来放缓，甚至短暂逆转。陆地植物的生存期因此可能从约10亿年延长到16亿至18.6亿年。

2026年的另一项研究表明，在风化作用很强的情况下，地表温度相对稳定，二氧化碳却持续减少。若把C4植物的传统下限定为百万分之十，它们可能在约13.5亿年后遭遇严重困境。但如果考虑景天酸代谢植物，以及可以利用水中碳酸氢根的水生植物，把有效下限放宽到百万分之一，植被生物圈可能坚持约18.4亿年。

而如果风化较弱，二氧化碳没有迅速下降，但地球不断升温。模型显示，约16.8亿年后，地表会热到不适合多数陆生植物。到约18.7亿年后，几乎所有陆生植物都将越过耐热极限。

也就是说，未来地球植物将会面临缺少二氧化碳和温度过高问题。

如果植物还能延续18亿年，为什么另一项著名研究认为地球的宜居期只剩约10亿年？

2021年发表在《自然·地球科学》上的研究，把地球生物地球化学循环与气候模型结合起来，并进行大量随机模拟。结果显示，大气氧含量维持在现代水平1%以上的平均剩余时间约为10.8亿年，误差约为正负1.4亿年。

太阳增亮会推动岩石风化，二氧化碳持续减少，光合生物能够固定的碳随之下降。氧气生产减弱后，大气和地表物质对氧气的消耗仍在继续。等到生产和消耗的平衡被打破，氧含量可能不是匀速下降，而是在地质意义上迅速坠落。

模型中的未来地球会越来越像远古的太古宙，大气以氮气、二氧化碳和甲烷等成分为主，氧气只剩现代水平的一小部分。随着氧气减少，臭氧层也会显著变薄，地表受到的紫外线辐射增强。依赖高氧环境的大型动物，很难在这样的世界中继续生存。

地球可能在约10亿年后失去适合人类和多数大型动物的富氧环境，但某些植物、藻类以及厌氧微生物仍可能在局部生境中延续。对人类而言，宜居期可能已经结束。对整个生命圈而言，生命还在继续。

随着太阳继续增亮，地球会逐渐接近湿润温室状态。高温使海洋蒸发加强，大气中的水汽增多。水汽本身又是强效温室气体，会让地表进一步升温。

通常情况下，地球低层大气中的水汽很难大量进入平流层，因为低温区域会像冷阱一样让水凝结落回地面。当地球足够温暖后，更多水汽可以突破这道屏障进入高层大气。太阳紫外线会把水分子分解，质量很轻的氢逐渐逃逸到太空，氧则与岩石和其他物质发生反应。

所以，海洋的终结并不一定表现为某一天全球海水同时沸腾。它更可能是一个持续数百万乃至更长时间的泄漏过程。海水先蒸发到大气高层，水分子再被拆开，氢逃离地球，最终留下越来越干燥的表面。

十几亿年之后，地表液态水消失，碳循环和板块活动也会发生深刻变化。地球将从蓝色星球逐渐变成炎热、干燥而贫瘠的世界。这个过程发生时，太阳距离红巨星阶段仍有数十亿年。

从宇宙尺度看，地球的自然宜居期已经走过大半。地球形成约45.4亿年，生命至少存在了35亿年以上。若复杂生物圈还剩10亿至18亿年，我们正在进入宜居后半程的地球上生活。