Question

为什么说地球宜居的时间只有10亿年了？10亿年后会发生什么？

Answer 1

虽然现在的地球是一颗充满生机的星球，但是地球却不可能一直都适合生命存在，随着时间的流逝，终有一天，地球将变得不再宜居。那么地球宜居的时间还有多久呢？科学家给出的参考答案是：10亿年。

为什么说地球宜居的时间只有10亿年了呢？简单来讲就是，在过去的日子里，太阳一直在变亮，其释放出的能量也越来越多，而这样的情况在未来仍然会继续，估计在10亿年之后，太阳的亮度将在现有的基础上增加10%左右，进而导致地球不再宜居。

宇宙中恒星的能量产生机制可以简单地描述为，恒星的引力坍缩会使其核心区域的温度和压强越来越高，当达到一定程度的时候，就会引发核心区物质的核聚变，而核聚变释放出的能量就会形成一个向外的辐射压，当恒星引力与辐射压达到平衡时，恒星就会处于一种稳定的状态，从而持续地发光发热。

太阳就是一颗稳定“燃烧”的恒星，其核心区的核聚变主要是“质子-质子链反应”（如上图所示），我们可以简单地理解为，在太阳的核心区，氢原子核源源不断地聚变成氦原子核，并向外释放出巨大的能量。

由于太阳核心区的温度和压强都不满足氦的聚变条件，因此太阳核心区的氦在生成之后就会不断堆积，这样就会造成核聚变的功率密度降低（或者说单位体积释放的能量减少），如此一来，太阳内部的辐射压就会变弱，于是太阳就会发生引力坍缩，而这会使其核心区的温度和压强出现提升。

由于核聚变反应的速率对温度和压强非常敏感，因此当太阳核心区的温度和压强提升之后，核聚变反应就会趋向激烈，其形成的辐射压也会相应地增加，这样就阻止了太阳的进一步坍缩，从而达到一个新的平衡。

然而这种新的平衡其实是建立在更高温度和压强的基础上的，这就意味着，在太阳核聚变反应区外缘的邻近区域，此时也达到了核聚变的条件，换句话来讲就是，更多的物质会参与到太阳的核聚变中，这就会造成太阳的核心区比之前更大，释放的能量也就越多。

以上所述是一个缓慢而渐进的过程，随着这个过程的持续发生，太阳也就越来越亮了。

根据估算，10亿年后的太阳辐射将使地球表面的平均温度达到50摄氏度左右，在这样的温度下，地球表面的液态水将会不断地蒸发到大气层中，而由于水蒸气本身就是一种温室气体，因此当大量的水蒸气进入大气层后，其造成的温度效应又会使地球的温度进一步升高，而温度升高之后，又会使更多的液态水被蒸发……

在这种正反馈机制下，地球的温度将会越来越高，海洋也会因此而蒸发殆尽，然而这仅仅是一个开始。

根据“海底扩张”理论，海洋的存在是板块运动的关键因素，地球没有了海洋，也就不再有板块运动，在这种情况下，地球内部压力的释放只有通过火山运动这个渠道了，据此可以推测出，届时地球上的火山运动将会比现在频繁很多，这会造成大量的二氧化碳从地球内部源源不断地释放到大气层中。

地球上原本有两个机制可以消耗大气层中的二氧化碳，一个是植物和藻类的光合作用（这个相信大家都很熟悉，我们也就不细说了），另一个则是液态水，简单来讲就是，二氧化碳能够与液态水反应生成碳酸，然后这些碳酸又会与其他元素（如钙、镁等）反应生成碳酸盐，而这些碳酸盐中的大部分都会逐渐沉淀下来，并在漫长的时间里随着地质运动进入地球深处。

然而在10亿年后，植物和藻类都无法在严酷的自然环境中生存，海洋也蒸发殆尽，也就是说，上述两种机制都不存在了，因此届时地球大气层中的二氧化碳将无法得到清除，而随着火山运动的持续，越来越多的二氧化碳会从地球内部释放出来，进而在地球上引发失控的温室效应。

实际上，地球的“邻居”——金星，就是因为失控的温室效应而成为了一颗表面平均温度接近500摄氏度的行星，而届时的地球估计也不会比金星好多少，也就不再是一颗宜居行星了。

当然了，“地球宜居的时间只有10亿年”这种说法并没有考虑到人类的因素，可以想象的是，假如在10亿年后地球上依然有人类存在，那么届时的人类应该可以解决太阳变亮的问题，不管怎么样，给地球装一把“遮阳伞”总可以吧？