Over een miljard jaar hebben we geen zuurstof meer op Aarde

De atmosfeer van de Aarde gefotografeerd vanuit het International Space Station
Volgens wetenschappers is de zuurstof in de atmosfeer van de Aarde over ongeveer 1 miljard jaar verdwenen. Deze opname van de aardse atmosfeer is op 26 februari 2021 gemaakt vanuit het International Space Station. Credit: NASA

Over ongeveer een miljard jaar, als de Zon steeds heter wordt, zal de warmere atmosfeer koolstofdioxide afbreken waardoor plantaardig leven ophoudt te bestaan. Zonder planten zal er geen zuurstof meer worden geproduceerd.

Adem nog maar eens goed in. De lucht die je inademt bestaat hoofdzakelijk uit stikstof en zuurstof. Het zijn de belangrijkste componenten in onze atmosfeer. Zuurstof komt dankzij het uitademen van planten voor in onze atmosfeer. Het wordt gemaakt via een proces dat we fotosynthese noemen. Een onlangs verschenen onderzoek laat zien dat over een miljard jaar, als de Zon begint op te warmen, planten zullen sterven waarmee de zuurstof in onze atmosfeer die mensen en dieren nodig hebben om te ademen, zal verdwijnen.

Kazumi Ozaki van de universiteit van Tokyo en Chris Reinhard van Georgia Tech stelden modellen op van de klimatologische, biologische en geologische systemen van de Aarde om hun kennis over de toekomstige atmosferische condities van de Aarde te verbeteren. Hun onderzoek werd op 1 maart 2021 gepubliceerd in het tijdschrift Nature Geoscience.

De atmosfeer van de Aarde bevat momenteel 78% stikstof, 21% zuurstof, 0,9% argon en 0,1% andere gassen waaronder koolstofdioxide, methaan, waterdamp en neon. Het zuurstofgehalte in de atmosfeer is niet altijd zo hoog geweest. De eerste 2 miljard jaar kwam er helemaal geen zuurstof in de atmosfeer voor. De eerste lage concentraties zuurstof ontstonden toen cyanobacteriën, de zogenoemde blauwgroene algen, als bijproduct van de fotosynthese zuurstof produceerden. Ongeveer 2,4 miljard jaar geleden onderging de Aarde de Grote Zuurstofcrisis. Op dat moment, of door het uitgassen van vulkanen of een evolutionaire innovatie die cyanobacteriën succesvoller maakte, kwam er steeds meer zuurstof in de atmosfeer. Hierdoor werden sommige bacteriën uitgeroeid maar meer complex leven, waaronder uiteindelijk de mens, kon evolueren.

De zuurstofwereld waar we nu in leven, waar planten zuurstof produceren voor mens en dier om te ademen, is slechts een tijdelijke toestand op Aarde. Zoals Ozaki opmerkt: “We ontdekken dat de zuurstofrijke atmosfeer van de Aarde geen permanent kenmerk zal zijn.”

Naarmate het zonnestelsel verder komt in zijn levenscyclus zal de ouder wordende Zon beginnen op te warmen. De verhoogde energieproductie van de Zon zal leiden tot het opwarmen van de aardse atmosfeer en koolstofdioxide zal op deze temperatuurstijging reageren en afbreken. Het koolstofdioxidegehalte zal dalen totdat foto-synthetiserende organismen, die afhankelijk zijn van het opnemen van koolstofdioxide om te leven, net zoals wij afhankelijk zijn van zuurstof om te leven, niet langer kunnen overleven waardoor er geen zuurstof meer geproduceerd zal worden. (Wetenschappers denken dat fytoplankton zorgt voor tussen de 50% en 85% van de zuurstof in de atmosfeer van de Aarde.) Dus als planten afsterven door gebrek aan koolstofdioxide dan is dat niet alleen een verlies in de voedselketen maar ook een verlies aan zuurstof die ze produceren voor de lucht die we inademen.

Alhoewel het nog ongeveer een miljard jaar duurt voor alle zuurstof is verdwenen gaat het, als dit proces eenmaal start, wel heel erg snel. In ongeveer 10.000 jaar kan alle zuurstof weg zijn. Zoals de onderzoekers zelf zeggen: de afname van zuurstof is erg extreem, tot een miljoen maal minder zuurstof dan we momenteel in de atmosfeer hebben.

Het toekomstige verlies aan zuurstof gaat gepaard met een toename van methaan in de atmosfeer. Het niveau aan methaan zal een factor 10.000 hoger worden dan tegenwoordig. Deze veranderingen gaan zo snel dat de biosfeer zich niet aan kan passen. De ozonlaag, bestaande uit zuurstof, zal verdwijnen en ultraviolet licht en hitte zullen ook hun bijdrage leveren aan de uitroeiing van zowel leven op land als in het water. Alleen sommige micro-organismen zullen aan deze uitroeiing ontsnappen.

De Aarde keert dan eigenlijk weer terug naar zijn begin waar er alleen microbiologisch leven was voordat de enorme variëteit ontstond die we nu kennen. Alsof de klok dus wordt teruggezet en complexe levensvormen verdwijnen en plaats maken voor kleine kolonies cellen.

Het bestuderen van het verleden en de toekomst van de Aarde is een toegang tot het begrijpen van de omstandigheden die gunstig zijn voor leven op andere planeten. De aanwezigheid van zuurstof is een belangrijke factor bij het bepalen of er leven op een planeet kan bestaan. Zoals we echter bij de Aarde zien kan een planeet zonder zuurstof in staat zijn om leven in de toekomst of in het verleden te ondersteunen.

Het vinden van een planeet met zuurstof is dus een opwindende stap voor het vinden van leven maar geen zuurstof aantreffen betekent niet dat er in het verleden geen leven op die betreffende planeet is geweest.

 

Artikel: The future lifespan of Earth’s oxygenated atmosphere

 

Eerste publicatie: 8 maart 2021
Bron: New Scientist, EarthSky