هل تعرف ما هو مستقبل الأرض جيولوجياً؟

يمكن استنتاج المستقبل البيولوجي والجيولوجي للأرض استنادا إلى المؤثرات الطبيعية على المدى الطويل. تشمل هذه المؤثرات: الكيمياء على سطح الأرض، ومعدل التبريد الداخلي للكوكب، وتفاعلات الجاذبية مع الأجسام الأخرى في النظام الشمسي، والزيادة الثابتة في توهج الشمس.

المؤثرات الطبيعية

بمرور الوقت عبر مئات الملايين من السنين، شكلت الكثير من الأحداث الطبيعية العشوائية خطرا عالميا على المجال الحيوي، والتي يمكن أن تؤدي إلى انقراض جماعي. تشمل هذه الآثار المذنبات أو الكويكبات بأقطار من 5-10 كم (3،1-6،2 ميل) أو أكثر، إمكانية حدوث انفجار نجمي هائل، تدعى «سوبر نوفا»، داخل دائرة نصف قطرها 100سنة ضوئية من الشمس، ويدعى بالسوبرنوفا القريب من الأرض . الأحداث الجيولوجية الأخرى واسعة النطاق لديها قابلية أكبر للتنبؤ. إذا تم تجاهل الآثار الطويلة الأجل لظاهرة الاحتباس الحراري، نظرية ميلانكوفيتش تتوقع أن هذا الكوكب سوف يستمر في الخضوع لفترات جليدية على الأقل حتى يصل العصر الجليدي الرباعي إلى نهايته. تلك الفترات التي سببها: الانحراف، والميل المحوري، والسبق المداري للأرض، كجزء من دورة الزحف القاري، ربما تؤدي الصفائح التكتونية إلى الزحف القاري في غضون 250- 350 مليون سنة. في وقت ما خلال السنوات من1.5إلى4.5مليار سنة المقبلة ، قد يبدأ الميل المحوري للأرض في الخضوع لتغيرات فوضوية، مع تغيرات في الميل المحوري لزاوية تصل إلى 90.
خلال الأربعة بلايين سنة المقبلة، فإن توهج الشمس سيزيد زيادة مطردة، مما يؤدى إلى ارتفاع في الإشعاع الشمسي الذي يصل إلى الأرض. مما يؤدي إلى ارتفاع معدل تفتيت وتحلل المعادن السيليكاتية بواسطة العوامل الجوية، والذي سيؤدي إلى انخفاض في مستوى ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. بعد حوالي 600 مليون سنة من الآن، فإن مستوى ثاني أكسيد الكربون سينخفض دون المستوى اللازم للحفاظ على تثبيت الكربون الضوئي c3 المستخدم من قبل الأشجار. بعض النباتات تستخدم طريقة تثبيت الكربون C4 ، مما يتيح لهم الحفاظ على ثاني أكسيد الكربون في تركيزات منخفضة تصل إلى 10 أجزاء في المليون. ومع ذلك، فإن التوجه على المدى الطويل هو الحفاظ على حياة النبات بدلا من موتها تماما. بانقراض النباتات ستنتهي جميع أشكال الحياة الحيوانية تقريبا، حيث تعد النباتات هي قاعدة السلسلة الغذائية على الأرض.
بعد حوالي بليون سنة، فإن سطوع الشمس سيكون أعلى بنسبة 10٪ مما هو عليه الآن. مما سيؤدي إلى تحويل الغلاف الجوي إلى «الاحتباس الحراري الرطب»، مما سيؤدى إلى تبخر كبير للمحيطات. كنتيجة محتملة لذلك، ستنتهي الصفائح التكتونية، ومعها دورة الكربون بأكملها. وبعد هذا الحدث، بحوالي 2-3 مليار سنة، الدينامو المغناطيسي لكوكب الأرض سوف يتوقف، مسببا تعطل الغلاف المغناطيسي وسيؤدي إلى تسارع فقدان المواد المتطايرة من الغلاف الجوي الخارجي. بعد أربعة مليارات سنة من الآن، فإن الزيادة في درجة حرارة سطح الأرض ستتسبب في ظاهرة الاحتباس الحراري، سخونة السطح ستكون كافية للذوبان. عند تلك النقطة ستنقرض جميع أشكال الحياة على الأرض. المصير المحتمل لهذا الكوكب هو أن يُمتص عن طريق الشمس بعد حوالي 7.5 بليون سنة، بعد دخولها مرحلة العملاق الأحمر وتوسعها لعبور المدار الحالي للكوكب.

التأثير البشري

يلعب البشر دورا رئيسيا في المحيط الحيوي، مع كثافة السكان الكبيرة الغالبة على الكثير من النظم البيئية للأرض، وقد نتج عن ذلك الانقراض الجماعي على نطاق واسع، المستمر للأنواع الأخرى خلال العصر الجيولوجي الحالي، الذي يعرف الآن باسم انقراض الهولوسين. ويدعى بالخسارة على نطاق واسع من الأنواع الناتجة عن التأثير البشري منذ 1950s الأزمة الحيوية، مع ما يقدر ب 10٪ من مجموع الأنواع التي فقدت اعتبارا من عام 2007. بالمعدلات الحالية، حوالي 30٪ من الأنواع معرضة لخطر الانقراض في المئة سنة القادمة. حالة انقراض الهولوسين ناتجة عن تدمير الموائل، والتوزيع الهائل من الأنواع الغازية، والصيد، وتغير المناخ. في وقتنا الحاضر، فقد كان النشاط البشري له تأثير كبير على سطح هذا الكوكب. أكثر من ثلث سطح الأرض قد تم تعديله من قبل تصرفات البشر، واستخدم البشر حوالي 20٪ من الإنتاج الأولي العالمي الأولي.زاد تركيز ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي بما يقرب من 30٪ منذ بداية الثورة الصناعية.
تم توقع عواقب الأزمة الحيوية المستمرة أن تستمر لخمسة ملايين سنة على الأقل. ويمكن أن يؤدي إلى انخفاض في التنوع البيولوجي وتجانس الكائنات الحية، الذي يرافقه انتشار الأنواع الانتهازية، مثل الآفات والأعشاب الضارة. أنواع جديدة قد تظهر أيضا. في أصناف معينة يمكن أن تزدهر في النظم الإيكولوجية التي يهيمن عليها الإنسان والتي قد تتنوع بسرعة إلى العديد من الأنواع الجديدة. من المرجح أن تستفيد الميكروبات من الزيادة في المحاريب البيئية لتخصيب المغذيات . ومن المحتمل أن لا تتواجد أنواع جديدة من الفقاريات الكبيرة وربما يتم اختصار قائمة سلاسل الغذاء. هناك سيناريوهات متعددة لمواجهة المخاطر المعروفة التي يمكن أن يكون لها تأثير عالمي على هذا الكوكب. من وجهة نظر الإنسانية،ويمكن تقسيمها إلى مخاطر إمكانية البقاء والمخاطر النهائية. المخاطر التي تشكلها الإنسانية لنفسها شاملة تغير المناخ، وسوء استخدام تكنولوجيا النانو، المحرقة النووية، والحرب مع المبرمج الخارق ، هو مرض وراثي، أو كارثة سببتها تجربة الفيزياء. وبالمثل، العديد من الأحداث الطبيعية تشكل تهديد كتهديد يوم القيامة، بما في ذلك مرض شديد الضراوة،تأثير كويكب أو مذنب، والاحتباس الحراري الهارب، واستنزاف الموارد. قد يكون هناك أيضا إمكانية لغزو من قبل جنس آخر من خارج الأرض. هذه هي الاحتمالات الفعلية لهذه السيناريوهات الصعبة إن لم يكن من المستحيل أن نتجنبها.

الأحداث العشوائية

تدورالشمس حول مجرة درب التبانة،وقد تقترب نجوم تائهة بما فيه الكفاية ليكون لها تأثير اضطرابي في النظام الشمسي.قد يسبب لقاء نجمين بالقرب من انخفاض كبير في المسافات في الحضيض بين المذنبات في تكوين( سحابة أورت ) للمنطقة الكروية للأجسام الثلجية التي تدور في غضون نصف سنة ضوئية من الشمس. مثل هذا اللقاء يمكن أن يؤدي إلى زيادة 40 ضعفا في عدد من المذنبات التي تصل إلى النظام الشمسي الداخلي. الآثار الناجمة عن هذه المذنبات يمكن أن تؤدي إلى انقراض جماعي للحياة على الأرض. تحدث هذه اللقاءات التخريبية بمعدل مرة واحدة كل 45 مليون سنة.[22] في الوقت المحدد للشمس للاصطدام بنجم آخر في المنطقة الشمسية والتي تقدر بحوالي 3 × 1013 سنة، وهو أطول بكثير من العمر المقدر لمجرة درب التبانة، في ~ 1.3 × 1010 سنة. ~1.3 × 1010 yearsويمكن اعتبار ذلك مؤشرا على انخفاض احتمال مثل هذا الحدث الذي يحدث خلال فترة حياة الأرض.
الطاقة المنطلقة من اصطدام كويكب أو مذنب يبلغ قطرها 5-10 كم (3،1-6،2 ميل) 5–10 كـم (3.1–6.2 ميل)أو أكبر لخلق كارثة بيئية عالمية لتسبب زيادة النسبة الإحصائية في انقراض عدد من الأنواع. ومن بين الآثار الضارة الناتجة عن تأثير حدث كبير والتي تعرف بسحابة الغبار الناعم الطراحة التي ستغطى الكرة الأرضية، مما يقلل من درجة حرارة الأرض بنحو 15 °م (27 °ف)15 درجة مئوية (27 درجة فهرنهايت) خلال أُسبوع ويؤدى إلى توقف عملية التمثيل الضوئي لعدة أشهر. ويقدر متوسط الوقت بين التأثيرات الكبيرة بحوالي 100 مليون سنة على الأقل. خلال ال540 مليون سنة الماضية، أظهرت المحاكاة أن مثل هذا المعدل تأثيره كافي ليتسبب في 5-6 من حالات الانقراض الجماعي و20-30 من أحداث أقل شدة. هذا يطابق السجل الجيولوجي للانقراض الكبير الذي حدث خلال ما يعرف ب (دهر البشائر- إيون).
السوبرنوفا هو انفجار مفاجئ وعنيف لنجم ما. داخل مجرة درب التبانة، تحدث انفجارات السوبرنوفا في المتوسط مرة واحدة كل 40 عام. خلال تاريخ الأرض، وعلى الأرجح وقعت مثل هذه الأحداث المتعددة ضمن مسافة 100 سنة ضوئية. الانفجارات داخل هذه المسافة يمكن أن تلوث الكوكب مع النظائر المشعة وربما تؤثر على الغلاف الحيوي. أشعة جاما المنبعثة من سوبر نوفا تتفاعل مع النيتروجين في الغلاف الجوي، وتنتج أكاسيد النيتروجين. تسبب هذه الجزيئات تآكل طبقة الأوزون التي تحمي سطح الأرض من الأشعة فوق البنفسجية الناتجة من الشمس. مجرد الزيادة في نسبة الأشعة فوق البنفسجية 10-30٪ فقط كافية لإحداث تأثير كبير في الحياة؛ خاص للعوالق النباتية التي تشكل قاعدة السلسلة الغذائية في المحيطات. انفجار سوبر نوفا على مسافة 26 سنة ضوئية سيقلل من كثافة عمود الأوزون بمقدار النصف. في المعدل المتوسط، يحدث انفجار المستعرات العظمية بعد 32 سنة ضوئية مرة واحدة كل بضع مئات من ملايين السنين، مما سيؤدى إلى استنفاد طبقة الأوزون التي استمرت عدة قرون. بعد أكثر من ملياري سنة، سيكون هناك حوالي 20 انفجار للسوبرنوفا وآخر لأشعة راى غاما التي سيكون لها تأثير كبير على الغلاف الحيوي على كوكب الأرض.
التأثير التدريجي الناشئ من اضطرابات الجاذبية بين الكواكب سيؤدي إلى تكوين النظام الداخلي للطاقة الشمسية الذي سيتصرف بالكامل عشوائيا على مدى فترات زمنية طويلة. هذا لا يؤثر بشكل كبير على استقرار النظام الشمسي على مدى بضعة ملايين من السنين أو أقل، ولكن مع مرور مليارات السنين لن يصبح ممكنا حينها التنبؤ بمدارات الكواكب. وتشير المحاكاة الحاسوبية لتطور النظام الشمسي أنه على مدى الخمسة مليارات سنة القادمة ستكون هناك نسبة صغيرة (أقل من 1٪) فرصة التصادم الذي يمكن أن يحدث بين الأرض وإما عطارد، الزهرة، أو المريخ . وخلال نفس الفترة الفاصلة، سوف تكون الاحتمالات مبعثرة على الأرض خارج المجموعة الشمسية التي كتبها نجم عابر وهي بناء على أمر من جزء واحد من 105. في مثل هذا السيناريو، فإن المحيطات ستتجمد بعد عدة ملايين من السنين، ولم يتبق سوى تجاويف قليلة من الماء السائل حوالي 14 كم 14 كـم (8.7 ميل) (8.7 ميل) تحت الأرض. هناك فرصة بأن الأرض بدلا من ذلك سيتم أسرها عن طريق تمرير نظام النجوم الثنائية، تاركة المحيط الحيوي لكوكب الأرض بالبقاء سليما. احتمالات حدوث ذلك هي فرصة واحدة من ثلاثة ملايين.
المدار والدوران اضطرابات الجاذبية للكواكب الأخرى في المجموعة الشمسية تندمج لتعديل مدار الأرض واتجاه محور دورانه. هذه التغييرات يمكن أن تؤثر على المناخ الكوكبي.

التجلد

تاريخيا، كانت هناك دورات العصور الجليدية حيث تغطي الصفائح الجليدية بشكل دوري مناطق خطوط العرض العليا للقارات. قد تحدث العصور الجليدية بسبب التغيرات في دوران المحيطات والزحف القاري الناجم عن الصفائح التكتونية. نظرية ميلانكوفيتش تتوقع أن الفترات الجليدية تحدث أثناء العصور الجليدية بسبب العوامل الفلكية في التركيبة مع آليات التغذية المرتدة للمناخ. الخصائص الفلكية الأساسية تكون أعلى انحرافا مداريا بنسبة أكبر من المعتاد ، الميل المحوري المنخفض (أو الميل)، والمواءمة بين الانقلاب الصيفي مع الأوج. كل هذه الآثار تحدث دوريا. على سبيل المثال، يتغير الانحراف عبر دورات وقت حوالي 100،000 و 400،000 سنة، بقيمة تتراوح بين أقل من 0.01 إلى 0.05. هذا هو ما يعادل تغيير نصف المحور الرئيسي لمدار الكوكب من 99.95٪ من نصف المحور الرئيسي ل99.88٪، على التوالي. تمر الأرض خلال العصر الجليدي المعروف باسم التجلد الرباعي، وحاليا في فترة جليد الهولوسين. عادة يكون من المتوقع أن تنتهي هذه الفترة بعد حوالي 25،000 سنة. ومع ذلك، فإن زيادة معدل إطلاق ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي من قبل البشر قد يؤخر بداية الفترة الجليدية القادمة حتى 50،000-130،000 سنة على الأقل من الآن. من ناحية أخرى، فإن فترة الاحتباس الحراري العالمي لمدة محدودة (استنادا إلى افتراض أن استخدام الوقود الأحفوري سوف يتوقف بحلول عام 2200) ربما يؤثر فقط على الفترة الجليدية لنحو 5000 سنة. وبالتالي فإن فترة وجيزة من ظاهرة الاحتباس الحراري التي يسببها من خلال قيمتها بعد بضعة قرون من انبعاثات الغازات الدفيئة التي لن يكون لها سوى تأثير محدود على المدى الطويل.

الميل

تسارع المد والجزر من القمر يبطئ من معدل دوران الأرض ويزيد من المسافة بين الأرض والقمر. الآثار بين احتكاك القلب وانطلاق الحرارة بين الغلاف الجوي والسطح يمكن أن تبدد الطاقة الدورانية للأرض. ومن المتوقع أن تزيد من طول اليوم بأكثر من 1.5 ساعة على مدى ال 250 مليون سنة القادمة، ولزيادة الميل بنحو نصف درجة . ستزيد المسافة إلى القمر بنسبة حوالي 1.5 نصف قطر الأرض خلال نفس الفترة.
استنادا إلى نماذج الكمبيوتر، فإن وجود القمر يبدو لتحقيق الاستقرار لميل الأرض، مما قد يساعد كوكب الأرض في تجنب التغيرات المناخية الهائلة. وسيتحقق هذا الاستقرار لأن القمر يزيد من معدل السبق من محور دوران الأرض (وهذه هي، حركة السبق لمسير الشمس)، وبالتالي تجنب الأصداء بين السبق من الزيادة والنقصان والسبق لمستوى مدارى لكوكب نسبة إلى كوكب المشتري.[40] مع ذلك، مع استمرار زيادة نصف المحور الرئيسي لمدار القمر،سيكون هذا أثرا ينقص من تحقيق الاستقرار . في مرحلة ما، وآثار الاضطراب ربما تسبب تغيرات الفوضى في ميل الأرض، ويمكن أن يغير الميل المحوري من زوايا تصل إلى 90 درجة من الطائرة من المدار. ومن المتوقع أن تحدث بعد ما بين 1.5 و 4.5 مليار سنة من الآن.
و ربما يؤدي الميل الكبير إلى تغييرات جذرية في المناخ وقد يدمر الصلاحية السكنية لهذا الكوكب. [33]عندما يتجاوز الميل المحوري للأرض 54 درجة، ويكون التشمس السنوي عند خط الاستواء أقل من ذلك التشمس عند القطبين. يمكن أن يظل هذا الكوكب في أي ميل من 60 درجة إلى 90 درجة لفترات قد تدوم إلى 10 مليون سة.

الانجراف القاري

نظرية الصفائح التكتونية تثبت أن قارات الأرض تتحرك عبر السطح بمعدل بضعة سنتيمترات سنويا. ومن المتوقع أن يستمر هذا، مما سيتسبب في تحرك تلك القارات وتصادمها. مما سيسهل الانجراف القاري من قبل اثنين من العوامل هي: توليد الطاقة داخل الكوكب ووجود الماء. مع فقدان أي من هذه العوامل ،سينتهي الانجراف القاري.[43] إنتاج الحرارة من خلال العمليات الإشعاعية سيكفى للحفاظ على انتقال الحرارة والاندساس خلال ال 1.1 مليار سنة المقبلة على الأقل.
في الوقت الحاضر، قارتي أمريكا الشمالية والجنوبية تتجه غربا من أفريقيا وأوروبا. لقد ابتكر الباحثون عدة سيناريوهات حول كيفية مواصلة ذلك في المستقبل. نماذج الديناميكا الجيولوجية يمكن تمييزها من خلال تدفق الاندساس، حيث تتحرك القشرة المحيطية تحت القارة. في نموذج الانطواء، والأصغر سنا، والداخلية، وسيصبح المحيط الأطلسي منخفضا تفضيليا، الهجرة الحالية من الشمال والتي تتم عكس أمريكا الجنوبية. في نموذج الانبساط، الشامل كبار السن، والخارجي، والمحيط الهادي،والمحيط المنخفض تفضيليا، وأمريكا الشمالية والجنوبية المهاجرة نحو شرق آسيا.