Over een miljard jaar bevat de atmosfeer van de aarde heel weinig zuurstof. Daardoor wordt onze planeet onbewoonbaar voor levensvormen die dit element nodig hebben.
Op dit moment bevat de atmosfeer ongeveer 21 procent zuurstof. Dit hoge zuurstofpercentage is ideaal voor grote en complexe organismen, zoals mensen, die zuurstof nodig hebben om te overleven. Maar vroeg in de geschiedenis van onze aarde waren de zuurstofniveaus veel lager – en waarschijnlijk zullen ze in de verre toekomst opnieuw laag zijn.
Aardwetenschappers Kazumi Ozaki van de Toho-universiteit in het Japanse Funabashi en Chris Reinhard van het Georgia Institute of Technology in het Amerikaanse Atlanta hebben de klimatologische, biologische en geologische systemen van de aarde gemodelleerd om te voorspellen hoe de atmosferische omstandigheden op aarde zullen veranderen.
Is het aardse magneetveld de weg kwijt?
Volgens sommigen kan het aardmagneetveld elk moment omkeren. Is er reden tot zorg?
De onderzoekers zeggen dat de atmosfeer nog zeker een miljard jaar een hoog zuurstofgehalte zal hebben, waarna het fors zal dalen tot het niveau van de zuurstofcrisis zo’n 2,4 miljard jaar geleden. ‘We hebben laten zien dat de zuurstofrijke atmosfeer van de aarde geen permanent kenmerk is’, zegt Ozaki.
Massa-uitsterving
Een belangrijke reden voor deze verandering is dat onze ouder wordende zon steeds heter wordt en steeds meer energie uitstraalt. De onderzoekers berekenden dat dit leidt tot een afname van de hoeveelheid koolstofdioxide in de atmosfeer, doordat koolstofdioxide de warmte absorbeert, waarna de CO2 afbreekt.
Ozaki en Reinhard schatten dat het koolstofdioxidegehalte over een miljard jaar zo laag is geworden dat organismen die fotosynthese gebruiken, zoals planten, niet meer kunnen overleven en dus geen zuurstof meer zullen produceren. De massa-uitsterving van deze organismen zal de grootste oorzaak zijn van de enorme afname in zuurstof.
‘Deze daling in zuurstof is heel, heel extreem. We praten over een miljoen keer minder zuurstof dan nu in de lucht aanwezig is’, zegt Reinhard. De onderzoekers voorspellen bovendien dat er tegelijkertijd een toename in methaan zal zijn, tot een niveau dat tienduizend keer hoger is dan het huidige.
Verdwijnende ozonlaag
Als deze veranderingen in de atmosfeer eenmaal beginnen, zal het snel gaan. De berekening van het team duidt erop dat de atmosfeer haar zuurstof kan verliezen in slechts tienduizend jaar. ‘De biosfeer kan zich niet aanpassen aan zo’n plotselinge verandering’, zegt Ozaki.
Na die verandering zal het leven op aarde enkel bestaan uit microben, zegt Reinhard. ‘Veel van de primitieve bacteriën die zonder zuurstof kunnen leven, zullen weer floreren en onze planeet overnemen.’
Het leven op land zal ophouden te bestaan, net als het leven in zee. De ozonlaag – die bestaat uit zuurstof – zal langzaam verdwijnen. Hierdoor worden de aarde en haar oceanen blootgesteld aan hoge niveaus ultraviolet licht en hitte van de brandende zon.
Teken van leven
Het onderzoek is uitgevoerd als onderdeel van een NASA-project over bewoonbaarheid van planeten. De voorspellingen hebben dan ook gevolgen voor het zoeken naar leven op andere planeten. Doorgaans wordt zuurstofhoudend bewijsmateriaal voor leven, zogenoemde biosignaturen, gebruikt om bewoonbare planeten te identificeren.
‘Zuurstof, in zijn vele vormen, is een heel belangrijke biosignatuur doordat dit element op aarde hand in hand gaat met leven’, zegt astrofysicus Natalie Allen van de Johns Hopkins-Universiteit in Maryland. Maar de nieuwe voorspelling laat zien dat aanwezigheid van zuurstof variabel en waarschijnlijk niet permanent is op een bewoonbare planeet.
‘Het onderzoek suggereert dat ook planeten die heel erg op de aarde lijken mogelijk geen grote hoeveelheden zuurstof in hun atmosfeer hebben, zelfs als er nu wel complex leven kan zijn of er in het verleden is geweest’, zegt astrofysicus Kevin Ortiz Ceballos van de Universiteit van Puerto Rico. Als we geen zuurstof detecteren rondom planeten, betekent dat volgens hem niet automatisch dat ze onbewoonbaar zijn.
Ozaki en Reinhard suggereren dat andere biosignaturen dan zuurstof kunnen worden gebruikt bij het zoeken naar buitenaards leven. Koolwaterstofnevel in de atmosfeer van een planeet lijkt bijvoorbeeld een langduriger kenmerk te zijn van een bewoonbare planeet.