Futuro de la Tierra

Cambios geológicos y biológicos extrapolados a largo plazo

Ilustración conjeturada de la Tierra quemada después de que el Sol haya entrado en la fase de gigante roja , dentro de unos 5 mil millones de años ^[1]

El futuro biológico y geológico de la Tierra se puede extrapolar basándose en los efectos estimados de varias influencias a largo plazo. Estos incluyen la química en la superficie de la Tierra , la tasa de enfriamiento del interior del planeta , las interacciones gravitacionales con otros objetos del Sistema Solar y un aumento constante de la luminosidad del Sol . Un factor incierto en esta extrapolación es la influencia continua de la tecnología introducida por los humanos, como la ingeniería climática , ^[2] que podría causar cambios significativos en el planeta. ^{[3] [4]} La corrienteLa extinción del Holoceno ^[5] está siendo causada por la tecnología ^[6] y los efectos pueden durar hasta cinco millones de años. ^[7] A su vez, la tecnología puede resultar en la extinción de la humanidad , dejando que el planeta regrese gradualmente a un ritmo evolutivo más lento como resultado únicamente de procesos naturales a largo plazo. ^{[8] [9]}

En intervalos de tiempo de cientos de millones de años, los eventos celestes aleatorios representan un riesgo global para la biosfera , que puede resultar en extinciones masivas . Estos incluyen impactos de cometas o asteroides y la posibilidad de una explosión estelar masiva, llamada supernova , dentro de un radio de 100 años luz del Sol. Otros eventos geológicos a gran escala son más predecibles. La teoría de Milankovitch predice que el planeta continuará pasando por períodos glaciares al menos hasta que la glaciación cuaternaria llegue a su fin. Estos períodos son causados ​​por las variaciones en la excentricidad ,inclinación axial y precesión de la órbita terrestre. ^[10] Como parte del ciclo del supercontinente en curso , la tectónica de placas probablemente resultará en un supercontinente en 250-350 millones de años. En algún momento de los próximos 1,5 a 4,5 mil millones de años, la inclinación axial de la Tierra puede comenzar a sufrir variaciones caóticas, con cambios en la inclinación axial de hasta 90 °. ^[11]

La luminosidad del Sol aumentará constantemente, lo que resultará en un aumento de la radiación solar que llega a la Tierra. Esto dará como resultado una mayor tasa de meteorización de los minerales de silicato , lo que afectará el ciclo de carbonato-silicato, lo que provocará una disminución en el nivel de dióxido de carbono en la atmósfera. En unos 600 millones de años a partir de ahora, el nivel de dióxido de carbono caerá por debajo del nivel necesario para mantener la fotosíntesis de fijación de carbono C 3 que utilizan los árboles. Algunas plantas utilizan la fijación de carbono C 4método, lo que les permite persistir en concentraciones de dióxido de carbono tan bajas como 10 partes por millón. Sin embargo, la tendencia a largo plazo es que la vida vegetal muera por completo. La extinción de las plantas supondrá la desaparición de casi toda la vida animal, ya que las plantas son la base de la cadena alimentaria de la Tierra. ^[12]

En aproximadamente mil millones de años, la luminosidad solar será un 10% más alta que la actual. Esto hará que la atmósfera se convierta en un "invernadero húmedo", lo que resultará en una evaporación descontrolada de los océanos. Como consecuencia probable, la tectónica de placas llegará a su fin, y con ellas todo el ciclo del carbono . ^[13] Después de este evento, en aproximadamente 2 a 3 mil millones de años, la dínamo magnética del planeta puede cesar, provocando la descomposición de la magnetosfera y provocando una pérdida acelerada de volátiles de la atmósfera exterior. Dentro de cuatro mil millones de años, el aumento de la temperatura de la superficie de la Tierra provocará un efecto invernadero desbocado., calentando la superficie lo suficiente como para derretirla. En ese momento, toda la vida en la Tierra estará extinta. ^{[14] [15]} El destino más probable del planeta es la absorción por el Sol en unos 7.500 millones de años, después de que la estrella haya entrado en la fase de gigante roja y se haya expandido más allá de la órbita actual del planeta. ^[dieciséis]

Influencia humana

Artículos principales: Antropoceno , Biología de la conservación , Calentamiento global , Guerra nuclear e Impacto humano en el medio ambiente.

Marcha de protesta contra las armas nucleares en Oxford, 1980

Los seres humanos juegan un papel clave en la biosfera , con una gran población humana que domina muchos de los ecosistemas de la Tierra . ^[3] Esto ha resultado en una extinción masiva generalizada y continua de otras especies durante la época geológica actual , ahora conocida como la extinción del Holoceno . La pérdida a gran escala de especies causada por la influencia humana desde la década de 1950 se ha denominado crisis biótica , con un estimado del 10% del total de especies perdidas a partir de 2007. ^[6] Al ritmo actual, alrededor del 30% de las especies están en riesgo. de extinción en los próximos cien años. ^[17]El evento de extinción del Holoceno es el resultado de la destrucción del hábitat , la distribución generalizada de especies invasoras , la caza y el cambio climático . ^{[18] [19]} En la actualidad, la actividad humana ha tenido un impacto significativo en la superficie del planeta. Más de un tercio de la superficie terrestre ha sido modificada por acciones humanas, y los humanos utilizan aproximadamente el 20% de la producción primaria mundial . ^[4] La concentración de dióxido de carbono en la atmósfera ha aumentado cerca del 50% desde el inicio de la Revolución Industrial . ^{[3] [20]}

Se ha pronosticado que las consecuencias de una crisis biótica persistente durarán al menos cinco millones de años. ^[7] Podría resultar en una disminución de la biodiversidad y homogeneización de biotas , acompañada de una proliferación de especies oportunistas , como plagas y malezas. También pueden surgir especies nuevas; en particular, los taxones que prosperan en ecosistemas dominados por el ser humano pueden diversificarse rápidamente en muchas especies nuevas. Es probable que los microbios se beneficien del aumento de nichos ambientales enriquecidos con nutrientes. No es probable que surjan nuevas especies de grandes vertebrados existentes y es probable que las cadenas alimentarias se acorten. ^[5][21]

Existen múltiples escenarios de riesgos conocidos que pueden tener un impacto global en el planeta. Desde la perspectiva de la humanidad, estos se pueden subdividir en riesgos de supervivencia y riesgos terminales . Los riesgos que los humanos se plantean a sí mismos incluyen el cambio climático, el uso indebido de la nanotecnología , un holocausto nuclear , la guerra con una superinteligencia programada , una enfermedad generada por ingeniería genética o un desastre causado por un experimento de física. De manera similar, varios eventos naturales pueden representar una amenaza apocalíptica , incluida una enfermedad muy virulenta , el impacto de un asteroide o cometa , el efecto invernadero desbocado.y agotamiento de los recursos . También puede existir la posibilidad de una infestación por una forma de vida extraterrestre . ^[22] Las probabilidades reales de que ocurran estos escenarios son difíciles, si no imposibles, de deducir. ^{[8] [9]}

Si la especie humana se extingue, entonces las diversas características ensambladas por la humanidad comenzarán a decaer. Las estructuras más grandes tienen una vida media de desintegración estimada de unos 1.000 años. Lo más probable es que las últimas estructuras sobrevivientes sean minas a cielo abierto, grandes rellenos sanitarios, carreteras principales, cortes anchos de canales y presas de flanco de relleno de tierra. Algunos monumentos de piedra masivos como las pirámides de la necrópolis de Giza o las esculturas del monte Rushmore pueden sobrevivir de alguna forma después de un millón de años. ^{[9] [a]}

Eventos potenciales

El cráter del meteorito Barringer en Flagstaff, Arizona , que muestra evidencia del impacto de los objetos celestes sobre la Tierra

A medida que el Sol orbita la Vía Láctea , las estrellas errantes pueden acercarse lo suficiente como para tener una influencia disruptiva en el Sistema Solar . ^[23] Un encuentro estelar cercano puede causar una reducción significativa en las distancias del perihelio de los cometas en la nube de Oort, una región esférica de cuerpos helados que orbitan a medio año luz del Sol. ^[24] Tal encuentro puede desencadenar un aumento de 40 veces en el número de cometas que llegan al interior del Sistema Solar. Los impactos de estos cometas pueden desencadenar una extinción masiva de la vida en la Tierra. Estos encuentros perturbadores ocurren en promedio una vez cada 45 millones de años. ^[25] El tiempo medio que tarda el sol encolisionar con otra estrella en la vecindad solar es de aproximadamente 3 × 10 ¹³ años , que es mucho más larga que la edad estimada del Universo, en ~ 1,38 × 10 ¹⁰ años . Esto puede tomarse como una indicación de la baja probabilidad de que tal evento ocurra durante la vida de la Tierra. ^[26]

La energía liberada por el impacto de un asteroide o cometa con un diámetro de 5 a 10 km (3 a 6 millas) o más es suficiente para crear un desastre ambiental global y causar un aumento estadísticamente significativo en el número de extinciones de especies. Entre los efectos nocivos resultantes de un evento de impacto importante se encuentra una nube de eyección de polvo fino que cubre el planeta, lo que impide que la luz solar directa llegue a la superficie de la Tierra, lo que reduce la temperatura de la tierra en aproximadamente 15 ° C (27 ° F) en una semana y detiene la fotosíntesis. durante varios meses (similar a un invierno nuclear). Se estima que el tiempo medio entre impactos importantes es de al menos 100 millones de años. Durante los últimos 540 millones de años, las simulaciones demostraron que tal tasa de impacto es suficiente para causar 5-6 extinciones masivas y 20-30 eventos de menor severidad. Esto coincide con el registro geológico de extinciones significativas durante el Eón Fanerozoico . Se puede esperar que estos eventos continúen. ^[27]

Una supernova es una explosión cataclísmica de una estrella. Dentro de la galaxia Vía Láctea , las explosiones de supernovas ocurren en promedio una vez cada 40 años. ^[28] Durante la historia de la Tierra , es probable que hayan ocurrido múltiples eventos de este tipo a una distancia de 100 años luz; conocida como supernova cercana a la Tierra . Las explosiones dentro de esta distancia pueden contaminar el planeta con radioisótopos y posiblemente impactar la biosfera. ^{[29] Los} rayos gamma emitidos por una supernova reaccionan con el nitrógeno de la atmósfera y producen óxidos nitrosos . Estas moléculas provocan un agotamiento de la capa de ozono.que protege la superficie de la radiación ultravioleta (UV) del sol. Un aumento de la radiación UV-B de solo un 10-30% es suficiente para causar un impacto significativo en la vida; particularmente al fitoplancton que forma la base de la cadena alimentaria oceánica . Una explosión de supernova a una distancia de 26 años luz reducirá la densidad de la columna de ozono a la mitad. En promedio, una explosión de supernova ocurre dentro de los 32 años luz una vez cada pocos cientos de millones de años, lo que resulta en un agotamiento de la capa de ozono que dura varios siglos. ^[30] Durante los próximos dos mil millones de años, habrá alrededor de 20 explosiones de supernovas y un estallido de rayos gamma que tendrán un impacto significativo en la biosfera del planeta.^[31]

El efecto incremental de las perturbaciones gravitacionales entre los planetas hace que el Sistema Solar interior en su conjunto se comporte de forma caótica durante largos períodos de tiempo. Esto no afecta significativamente la estabilidad del Sistema Solar en intervalos de unos pocos millones de años o menos, pero durante miles de millones de años, las órbitas de los planetas se vuelven impredecibles. Las simulaciones por computadora de la evolución del Sistema Solar durante los próximos cinco mil millones de años sugieren que existe una pequeña posibilidad (menos del 1%) de que se produzca una colisión entre la Tierra y Mercurio , Venus o Marte . ^{[32] [33]}Durante el mismo intervalo, las probabilidades de que la Tierra sea dispersada fuera del Sistema Solar por una estrella que pasa son del orden de una parte en 10 ⁵ . En tal escenario, los océanos se congelarían sólidos en varios millones de años, dejando solo unas pocas bolsas de agua líquida a unos 14 km (8,7 millas) bajo tierra. Existe una remota posibilidad de que la Tierra sea capturada por un sistema estelar binario pasajero , permitiendo que la biosfera del planeta permanezca intacta. Las probabilidades de que esto suceda son de una posibilidad entre tres millones. ^[34]

Órbita y rotación

Las perturbaciones gravitacionales de los otros planetas del Sistema Solar se combinan para modificar la órbita de la Tierra y la orientación de su eje de rotación . Estos cambios pueden influir en el clima planetario. ^{[10] [35] [36] [37]} A pesar de tales interacciones, las simulaciones de alta precisión muestran que, en general, es probable que la órbita de la Tierra permanezca dinámicamente estable durante miles de millones de años en el futuro. En las 1.600 simulaciones, el semieje principal , la excentricidad y la inclinación del planeta se mantuvieron casi constantes. ^[38]

Glaciación

Históricamente, ha habido glaciaciones cíclicas en las que las capas glaciares cubrieron periódicamente las latitudes más altas de los continentes. Las edades de hielo pueden ocurrir debido a cambios en la circulación oceánica y la continentalidad inducidos por la tectónica de placas . ^[39] La teoría de Milankovitch predice que los períodos glaciares ocurren durante las edades de hielo debido a factores astronómicos en combinación con mecanismos de retroalimentación climática. Los impulsores astronómicos primarios son una excentricidad orbital más alta de lo normal , una baja inclinación axial (u oblicuidad) y la alineación del solsticio de verano con el afelio.. ^[10] Cada uno de estos efectos se produce de forma cíclica. Por ejemplo, la excentricidad cambia a lo largo de ciclos de tiempo de aproximadamente 100.000 y 400.000 años, con un valor que va desde menos de 0,01 hasta 0,05. ^{[40] [41]} Esto equivale a un cambio del semieje menor de la órbita del planeta del 99,95% del semieje mayor al 99,88%, respectivamente. ^[42]

La Tierra está atravesando una edad de hielo conocida como glaciación cuaternaria , y actualmente se encuentra en el período interglacial del Holoceno . Normalmente, se esperaría que este período terminara en unos 25.000 años. ^[37] Sin embargo, la mayor tasa de dióxido de carbono liberado a la atmósfera por los humanos puede retrasar el inicio del próximo período glacial hasta al menos 50.000-130.000 años a partir de ahora. Por otro lado, un período de calentamiento global de duración finita (basado en el supuesto de que el uso de combustibles fósiles cesará para el año 2200) probablemente solo afectará el período glacial durante unos 5.000 años. Así, un breve período de calentamiento global inducido a lo largo de unos pocos siglos deLa emisión de gases de efecto invernadero solo tendría un impacto limitado a largo plazo. ^[10]

Oblicuidad

El desplazamiento rotacional de la protuberancia de la marea ejerce un par neto en la Luna, impulsándola mientras ralentiza la rotación de la Tierra (no a escala).

La aceleración de las mareas de la Luna reduce la velocidad de rotación de la Tierra y aumenta la distancia Tierra-Luna . Los efectos de la fricción, entre el núcleo y el manto y entre la atmósfera y la superficie, pueden disipar la energía rotacional de la Tierra. Se espera que estos efectos combinados aumenten la duración del día en más de 1,5 horas durante los próximos 250 millones de años y aumenten la oblicuidad en aproximadamente medio grado. La distancia a la Luna aumentará en aproximadamente 1,5 radios terrestres durante el mismo período. ^[43]

Según modelos de computadora, la presencia de la Luna parece estabilizar la oblicuidad de la Tierra, lo que puede ayudar al planeta a evitar cambios climáticos dramáticos. ^[44] Esta estabilidad se logra porque la Luna aumenta la tasa de precesión del eje de rotación de la Tierra, evitando así resonancias entre la precesión de la rotación y la precesión del plano orbital del planeta (es decir, el movimiento de precesión de la eclíptica ). ^[45]Sin embargo, a medida que el semieje mayor de la órbita de la Luna continúa aumentando, este efecto estabilizador disminuirá. En algún momento, los efectos de perturbación probablemente causarán variaciones caóticas en la oblicuidad de la Tierra, y la inclinación axial puede cambiar en ángulos de hasta 90 ° desde el plano de la órbita. Se espera que esto ocurra entre 1.500 y 4.500 millones de años a partir de ahora. ^[11]

Una alta oblicuidad probablemente resultaría en cambios dramáticos en el clima y podría destruir la habitabilidad del planeta . ^[36] Cuando la inclinación axial de la Tierra supera los 54 °, la insolación anual en el ecuador es menor que en los polos. El planeta podría permanecer en una oblicuidad de 60 ° a 90 ° durante períodos de hasta 10 millones de años. ^[46]

Geodinámica

Pangea fue el último supercontinente en formarse antes del presente.

Los eventos basados ​​en la tectónica continuarán ocurriendo en el futuro y la superficie se remodelará constantemente por el levantamiento tectónico , las extrusiones y la erosión . Se puede esperar que el Monte Vesubio entre en erupción unas 40 veces durante los próximos 1.000 años. Durante el mismo período, deberían ocurrir alrededor de cinco a siete terremotos de magnitud 8 o más a lo largo de la falla de San Andrés , mientras que se pueden esperar alrededor de 50 magnitudes de 9 eventos en todo el mundo. Mauna Loa debería experimentar alrededor de 200 erupciones durante los próximos 1,000 años, y el Old Faithful Geyser probablemente dejará de operar. Las Cataratas del Niágara continuarán retrocediendo río arriba, alcanzandoBuffalo en unos 30.000 a 50.000 años. ^[9]

En 10.000 años, el rebote posglacial del Mar Báltico habrá reducido la profundidad en unos 90 m (300 pies). La bahía de Hudson disminuirá su profundidad en 100 m durante el mismo período. ^[33] Después de 100.000 años, la isla de Hawai se habrá desplazado unos 9 km (5,6 millas) hacia el noroeste. El planeta puede estar entrando en otro período glacial en este momento. ^[9]

Deriva continental

Más información: Deriva continental

La teoría de la tectónica de placas demuestra que los continentes de la Tierra se mueven a través de la superficie a una velocidad de unos pocos centímetros por año. Se espera que esto continúe, provocando que las placas se reubiquen y choquen. La deriva continental se ve facilitada por dos factores: la energía generada dentro del planeta y la presencia de una hidrosfera . Con la pérdida de cualquiera de estos, la deriva continental se detendrá. ^[47] La producción de calor a través de procesos radiogénicos es suficiente para mantener la convección del manto y la subducción de placas durante al menos los próximos 1.100 millones de años. ^[48]

En la actualidad, los continentes de América del Norte y del Sur se mueven hacia el oeste desde África y Europa . Los investigadores han elaborado varios escenarios sobre cómo continuará esto en el futuro. ^[49] Estos modelos geodinámicos se pueden distinguir por el flujo de subducción , por el cual la corteza oceánica se mueve debajo de un continente. En el modelo de introversión, el Océano Atlántico interior más joven se subduce preferentemente y la migración actual de América del Norte y del Sur se invierte. En el modelo de extroversión, el océano Pacífico exterior más antiguopermanece preferentemente subducida y América del Norte y del Sur migran hacia el este de Asia. ^{[50] [51]}

A medida que mejore la comprensión de la geodinámica, estos modelos estarán sujetos a revisión. En 2008, por ejemplo, se utilizó una simulación por computadora para predecir que se producirá una reorganización de la convección del manto durante los próximos 100 millones de años, creando un nuevo supercontinente compuesto por África, Eurasia, Australia , Antártida y América del Sur para formarse alrededor de la Antártida. ^[52]

Independientemente del resultado de la migración continental, el proceso de subducción continuo hace que el agua se transporte al manto. Después de mil millones de años a partir del presente, un modelo geofísico da una estimación de que el 27% de la masa oceánica actual habrá sido subducida. Si este proceso continuara sin modificaciones en el futuro, la subducción y liberación alcanzarían un equilibrio después de que el 65% de la masa oceánica actual haya sido subducida. ^[53]

Introversión

Una aproximación aproximada de Pangea Ultima , uno de los tres modelos para un futuro supercontinente

Christopher Scotese y sus colegas han trazado los movimientos predichos varios cientos de millones de años en el futuro como parte del Proyecto Paleomap . ^[49] En su escenario, dentro de 50 millones de años el mar Mediterráneo puede desaparecer, y la colisión entre Europa y África creará una larga cadena montañosa que se extenderá hasta la ubicación actual del Golfo Pérsico . Australia se fusionará con Indonesia y Baja California se deslizará hacia el norte a lo largo de la costa. Es posible que aparezcan nuevas zonas de subducción frente a la costa este de América del Norte y del Sur, y se formarán cadenas montañosas a lo largo de esas costas. La migración de la Antártida hacia el norte provocará que todos lossus capas de hielo para derretirse. Esto, junto con el derretimiento de las capas de hielo de Groenlandia , elevará el nivel medio del océano en 90 m (300 pies). Las inundaciones tierra adentro de los continentes provocarán cambios climáticos. ^[49]

A medida que continúe este escenario, dentro de 100 millones de años a partir del presente, la expansión continental habrá alcanzado su máxima extensión y los continentes comenzarán a fusionarse. En 250 millones de años, América del Norte chocará con África. América del Sur rodeará el extremo sur de África. El resultado será la formación de un nuevo supercontinente (a veces llamado Pangea Ultima ), con el Océano Pacífico extendiéndose por la mitad del planeta. La Antártida cambiará de dirección y regresará al Polo Sur , formando una nueva capa de hielo. ^[54]

Extroversión

El primer científico en extrapolar los movimientos actuales de los continentes fue el geólogo canadiense Paul F. Hoffman de la Universidad de Harvard. En 1992, Hoffman predijo que los continentes de América del Norte y del Sur continuarían avanzando a través del Océano Pacífico, girando alrededor de Siberia hasta que comenzaran a fusionarse con Asia. Él apodó el supercontinente resultante, Amasia . ^{[55] [56]} Más tarde, en la década de 1990, Roy Livermore calculó un escenario similar. Predijo que la Antártida comenzaría a migrar hacia el norte y que África Oriental y Madagascar cruzarían el Océano Índico para chocar con Asia. ^[57]

En un modelo de extroversión, el cierre del Océano Pacífico se completaría en unos 350 millones de años. ^[58] Esto marca la finalización del ciclo actual del supercontinente , en el que los continentes se separan y luego se vuelven a unir entre sí aproximadamente cada 400-500 millones de años. ^[59] Una vez que se construye el supercontinente, la tectónica de placas puede entrar en un período de inactividad a medida que la tasa de subducción desciende en un orden de magnitud . Este período de estabilidad podría provocar un aumento de la temperatura del manto a un ritmo de 30–100 ° C (54–180 ° F) cada 100 millones de años, que es la vida mínima de los supercontinentes del pasado. Como consecuencia, la actividad volcánica puede aumentar. ^{[51] [58]}

Supercontinente

La formación de un supercontinente puede afectar dramáticamente el medio ambiente. La colisión de placas dará como resultado la formación de montañas , lo que cambiará los patrones climáticos. Los niveles del mar pueden descender debido al aumento de la glaciación. ^[60] La tasa de meteorización de la superficie puede aumentar, aumentando la tasa de enterramiento de material orgánico. Los supercontinentes pueden provocar una caída de las temperaturas globales y un aumento del oxígeno atmosférico. Esto, a su vez, puede afectar el clima, bajando aún más las temperaturas. Todos estos cambios pueden resultar en una evolución biológica más rápida a medida que surgen nuevos nichos . ^[61]

La formación de un supercontinente aísla el manto. El flujo de calor se concentrará, lo que resultará en vulcanismo y la inundación de grandes áreas con basalto. Se formarán grietas y el supercontinente se dividirá una vez más. ^[62] El planeta puede experimentar un período de calentamiento como ocurrió durante el período Cretácico , ^[61] que marcó la división del supercontinente Pangea anterior .

Solidificación del núcleo externo

La región del núcleo rico en hierro de la Tierra se divide en un núcleo interno sólido de radio de 1.220 km (760 millas) y un núcleo externo líquido de radio de 3.480 km (2.160 millas) . ^[63] La rotación de la Tierra crea remolinos convectivos en la región del núcleo exterior que hacen que funcione como una dínamo . ^[64] Esto genera una magnetosfera alrededor de la Tierra que desvía las partículas del viento solar , lo que evita la erosión significativa de la atmósfera por chisporroteo . A medida que el calor del núcleo se transfiere hacia el manto, la tendencia neta es que el límite interno de la región del núcleo externo líquido se congele, liberando así energía térmica.y haciendo que el núcleo interior sólido crezca. ^[65] Este proceso de cristalización del hierro ha estado en curso durante aproximadamente mil millones de años. En la era moderna, el radio del núcleo interno se está expandiendo a una tasa promedio de aproximadamente 0,5 mm (0,02 pulgadas) por año, a expensas del núcleo externo. ^[66] Casi toda la energía necesaria para impulsar la dínamo es suministrada por este proceso de formación del núcleo interno. ^[67]

Se puede esperar que el crecimiento del núcleo interno consuma la mayor parte del núcleo externo en unos 3-4 mil millones de años a partir de ahora, dando como resultado un núcleo casi sólido compuesto de hierro y otros elementos pesados . La envoltura líquida superviviente consistirá principalmente en elementos más ligeros que se mezclarán menos. ^[68] Alternativamente, si en algún momento la tectónica de placas llega a su fin, el interior se enfriará de manera menos eficiente, lo que puede poner fin al crecimiento del núcleo interno. En cualquier caso, esto puede resultar en la pérdida de la dínamo magnética. Sin una dínamo en funcionamiento, el campo magnético de la Tierra se desintegrará en un período de tiempo geológicamente corto de aproximadamente 10.000 años. ^[69] La pérdida de la magnetosferacausará un aumento en la erosión de los elementos ligeros, particularmente el hidrógeno , desde la atmósfera exterior de la Tierra hacia el espacio, lo que resultará en condiciones menos favorables para la vida. ^[70]

Evolución solar

Ver también: Evolución estelar y Formación y evolución del Sistema Solar

La generación de energía del Sol se basa en la fusión termonuclear de hidrógeno en helio . Esto ocurre en la región central de la estrella mediante el proceso de reacción en cadena protón-protón . Debido a que no hay convección en el núcleo solar , la concentración de helio se acumula en esa región sin distribuirse por toda la estrella. La temperatura en el núcleo del Sol es demasiado baja para la fusión nuclear de átomos de helio a través del proceso triple alfa , por lo que estos átomos no contribuyen a la generación neta de energía necesaria para mantener el equilibrio hidrostático del Sol. ^[71]

En la actualidad, se ha consumido casi la mitad del hidrógeno del núcleo, y el resto de los átomos consiste principalmente en helio. A medida que disminuye el número de átomos de hidrógeno por unidad de masa, también lo hace su producción de energía proporcionada a través de la fusión nuclear. Esto da como resultado una disminución en la presión de soporte, lo que hace que el núcleo se contraiga hasta que el aumento de la densidad y la temperatura equilibren la presión del núcleo con las capas superiores. La temperatura más alta hace que el hidrógeno restante se fusione a un ritmo más rápido, generando así la energía necesaria para mantener el equilibrio. ^[71]

Evolución de la luminosidad , radio y temperatura efectiva del Sol en comparación con el Sol actual. Según Ribas (2010). ^[72]

El resultado de este proceso ha sido un aumento constante en la producción de energía del Sol. Cuando el Sol se convirtió por primera vez en una estrella de secuencia principal , irradiaba solo el 70% de la luminosidad actual . La luminosidad ha aumentado de manera casi lineal hasta el presente, aumentando en un 1% cada 110 millones de años. ^[16] Asimismo, en tres mil millones de años se espera que el Sol sea un 33% más luminoso. El combustible de hidrógeno en el núcleo finalmente se agotará en cinco mil millones de años, cuando el Sol será un 67% más luminoso que en la actualidad. A partir de entonces, el Sol continuará quemando hidrógeno en una capa que rodea su núcleo hasta que la luminosidad alcance un 121% por encima del valor actual. Esto marca el final de la vida de la secuencia principal del Sol y, a partir de entonces, pasará a través de la subgigante.escenario y evolucionar hasta convertirse en un gigante rojo . ^[1]

Para entonces, la colisión de las galaxias Vía Láctea y Andrómeda debería estar en marcha. Aunque esto podría resultar en la expulsión del Sistema Solar de la galaxia recién combinada, se considera poco probable que tenga algún efecto adverso sobre el Sol o sus planetas. ^{[73] [74]}

Impacto climático

Ver también: Paradoja del Sol joven débil e hipótesis de Medea

La tasa de meteorización de los minerales de silicato aumentará a medida que el aumento de las temperaturas acelere los procesos químicos. Esto, a su vez, disminuirá el nivel de dióxido de carbono en la atmósfera, ya que las reacciones con los minerales de silicato convierten el gas de dióxido de carbono en carbonatos sólidos . En los próximos 600 millones de años a partir del presente, la concentración de dióxido de carbono caerá por debajo del umbral crítico necesario para mantener la fotosíntesis de C 3 : alrededor de 50 partes por millón. En este punto, los árboles y los bosques en sus formas actuales ya no podrán sobrevivir. ^{[75] siendo} los últimos árboles vivos las coníferas de hoja perenne. ^[76]Es probable que esta disminución de la vida vegetal sea una disminución a largo plazo en lugar de una caída brusca. Ese grupo de plantas probablemente morirá una a una mucho antes de que se alcance el nivel de 50 partes por millón. Las primeras plantas en desaparecer serán las plantas herbáceas C3 , seguidas de los bosques caducifolios , los bosques de hoja ancha siempreverdes y finalmente las coníferas siempreverdes . ^[76] Sin embargo, la fijación de carbono C 4 puede continuar en concentraciones mucho más bajas, por encima de las 10 partes por millón. Por lo tanto, las plantas que utilizan C ₄la fotosíntesis puede sobrevivir durante al menos 800 millones de años y posiblemente hasta 1200 millones de años a partir de ahora, después de lo cual el aumento de las temperaturas hará que la biosfera sea insostenible. ^{[77] [78] [79]} Actualmente, las plantas C ₄ representan aproximadamente el 5% de la biomasa vegetal de la Tierra y el 1% de sus especies vegetales conocidas. ^[80] Por ejemplo, alrededor del 50% de todas las especies de gramíneas ( Poaceae ) utilizan la vía fotosintética C ₄ , ^{[81] al} igual que muchas especies de la familia de las herbáceas Amaranthaceae . ^[82]

Cuando los niveles de dióxido de carbono caen al límite donde la fotosíntesis es apenas sostenible, se espera que la proporción de dióxido de carbono en la atmósfera oscile hacia arriba y hacia abajo. Esto permitirá que la vegetación terrestre florezca cada vez que aumente el nivel de dióxido de carbono debido a la actividad tectónica y la respiración de la vida animal. Sin embargo, la tendencia a largo plazo es que la vida vegetal en la tierra muera por completo a medida que la mayor parte del carbono restante en la atmósfera queda secuestrado en la Tierra. ^[83] Algunos microbios son capaces de realizar la fotosíntesis en concentraciones de dióxido de carbono tan bajas como 1 parte por millón, por lo que estas formas de vida probablemente desaparecerían solo debido al aumento de las temperaturas y la pérdida de la biosfera. ^[77]

Las plantas y, por extensión, los animales, podrían sobrevivir más tiempo al desarrollar otras estrategias, como requerir menos dióxido de carbono para los procesos fotosintéticos, volverse carnívoros , adaptarse a la desecación o asociarse con hongos . Es probable que estas adaptaciones aparezcan cerca del comienzo del invernadero húmedo (ver más adelante ). ^[76]

La pérdida de vida vegetal superior también resultará en la eventual pérdida de oxígeno y ozono debido a la respiración de los animales, las reacciones químicas en la atmósfera, las erupciones volcánicas y las personas. Esto dará como resultado una menor atenuación de los rayos UV que dañan el ADN , ^[76] así como la muerte de los animales; los primeros animales en desaparecer serían los grandes mamíferos , seguidos de los pequeños mamíferos, aves, anfibios y peces grandes, reptiles y peces pequeños, y finalmente los invertebrados.. Antes de que esto suceda, se espera que la vida se concentre en refugios de temperaturas más bajas, como grandes elevaciones donde hay menos superficie terrestre disponible, restringiendo así el tamaño de la población. Los animales más pequeños sobrevivirían mejor que los más grandes debido a las menores necesidades de oxígeno, mientras que a las aves les iría mejor que a los mamíferos gracias a su capacidad para viajar grandes distancias en busca de temperaturas más frías. Según la vida media del oxígeno en la atmósfera, la vida animal duraría como máximo 100 millones de años después de la pérdida de las plantas superiores. ^[12] Sin embargo, la vida animal puede durar mucho más ya que más del 50% del oxígeno es producido actualmente por el fitoplancton.

En su trabajo La vida y muerte del planeta Tierra , los autores Peter D. Ward y Donald Brownlee han argumentado que alguna forma de vida animal puede continuar incluso después de que la mayor parte de la vida vegetal de la Tierra haya desaparecido. Ward y Brownlee usan evidencia fósil de Burgess Shale en Columbia Británica, Canadá , para determinar el clima de la Explosión Cámbrica , y lo usan para predecir el clima del futuro cuando el aumento de las temperaturas globales causado por el calentamiento del Sol y la disminución de los niveles de oxígeno dan como resultado la extinción final de la vida animal. Inicialmente, esperan que algunos insectos, lagartos, aves y pequeños mamíferos puedan persistir, junto con la vida marina.. Sin embargo, sin la reposición de oxígeno por la vida vegetal, creen que los animales probablemente morirían por asfixia en unos pocos millones de años. Incluso si quedara suficiente oxígeno en la atmósfera debido a la persistencia de alguna forma de fotosíntesis, el aumento constante de la temperatura global resultaría en una pérdida gradual de biodiversidad. ^[83]

A medida que las temperaturas continúen aumentando, lo último de la vida animal será empujado hacia los polos y posiblemente bajo tierra. Se volverían principalmente activos durante la noche polar , estivando durante el día polar debido al intenso calor. Gran parte de la superficie se convertiría en un desierto estéril y la vida se encontraría principalmente en los océanos. ^[83] Sin embargo, debido a una disminución en la cantidad de materia orgánica que ingresa a los océanos desde la tierra, así como una disminución en el oxígeno disuelto , ^{[76] la} vida marina también desaparecería siguiendo un camino similar al de la superficie de la Tierra. Este proceso comenzaría con la pérdida de especies de agua dulce y concluiría con los invertebrados, ^[12]particularmente aquellas que no dependen de plantas vivas como las termitas o aquellas cercanas a fuentes hidrotermales como las lombrices del género Riftia . ^[76] Como resultado de estos procesos, las formas de vida multicelulares pueden extinguirse en unos 800 millones de años y las eucariotas en 1.300 millones de años, dejando solo los procariotas . ^[84]

Pérdida de océanos

La atmósfera de Venus se encuentra en un estado de "superinvernadero".

Dentro de mil millones de años, aproximadamente el 27% del océano moderno habrá sido sumergido en el manto. Si se permitiera que este proceso continuara ininterrumpidamente, alcanzaría un estado de equilibrio en el que el 65% del yacimiento superficial actual permanecería en la superficie. ^[53] Una vez que la luminosidad solar sea un 10% más alta que su valor actual, la temperatura media global de la superficie aumentará a 320 K (47 ° C; 116 ° F). La atmósfera se convertirá en un "invernadero húmedo" que conducirá a una evaporación descontrolada de los océanos. ^{[85] [86]} En este punto, los modelos del entorno futuro de la Tierra demuestran que la estratosfera contendría niveles crecientes de agua. Estas moléculas de agua se descompondránfotodisociación por UV solar, permitiendo que el hidrógeno escape a la atmósfera . El resultado neto sería una pérdida del agua de mar del mundo en unos 1.100 millones de años a partir del presente. ^{[87] [88]}

Habrá dos variaciones de esta futura retroalimentación de calentamiento: el "invernadero húmedo" donde el vapor de agua domina la troposfera mientras que el vapor de agua comienza a acumularse en la estratosfera (si los océanos se evaporan muy rápidamente), y el "invernadero descontrolado" donde el vapor de agua se convierte un componente dominante de la atmósfera (si los océanos se evaporan demasiado lentamente). En esta era sin océanos, seguirá habiendo reservorios superficiales a medida que el agua se libera de forma constante desde la corteza y el manto profundos, ^[53] donde se estima que hay una cantidad de agua equivalente a varias veces la presente actualmente en la Tierra. océanos. ^[89]Se puede retener algo de agua en los polos y puede haber tormentas ocasionales, pero en su mayor parte, el planeta sería un desierto con grandes campos de dunas que cubren su ecuador, y algunas salinas en lo que una vez fue el fondo del océano, similar al los del desierto de Atacama en Chile. ^[13]

Sin agua que sirva como lubricante, la tectónica de placas probablemente se detendría y los signos más visibles de actividad geológica serían los volcanes en escudo ubicados sobre los puntos calientes del manto . ^{[86] [76]} En estas condiciones áridas, el planeta puede retener algo de vida microbiana y posiblemente incluso multicelular. ^[86] La mayoría de estos microbios serán halófilos y la vida podría encontrar refugio en la atmósfera como se ha propuesto que sucedió en Venus . ^[76] Sin embargo, las condiciones cada vez más extremas probablemente conducirán a la extinción de los procariotas entre 1.600 millones de años ^[84]y dentro de 2.800 millones de años, el último de ellos viviendo en estanques de agua residuales en latitudes y alturas elevadas o en cavernas con hielo atrapado. Sin embargo, la vida subterránea podría durar más. ^[12] Lo que sucede después de esto depende del nivel de actividad tectónica. Una liberación constante de dióxido de carbono por erupción volcánica podría hacer que la atmósfera entre en un estado de "super-invernadero" como el del planeta Venus . Pero, como se indicó anteriormente, sin agua superficial, la tectónica de placas probablemente se detendría y la mayoría de los carbonatos permanecerían enterrados de forma segura ^[13] hasta que el Sol se convierta en una gigante roja y su mayor luminosidad calienta la roca hasta el punto de liberar el dióxido de carbono. ^[89]

La pérdida de los océanos podría retrasarse hasta 2 mil millones de años en el futuro si la presión atmosférica disminuyera. Una presión atmosférica más baja reduciría el efecto invernadero , lo que reduciría la temperatura de la superficie. Esto podría ocurrir si los procesos naturales eliminaran el nitrógeno de la atmósfera . Los estudios de sedimentos orgánicos han demostrado que al menos 100 kilopascales (0,99  atm ) de nitrógeno se han eliminado de la atmósfera durante los últimos cuatro mil millones de años; lo suficiente como para duplicar efectivamente la presión atmosférica actual si fuera a ser liberada. Esta tasa de eliminación sería suficiente para contrarrestar los efectos del aumento de la luminosidad solar durante los próximos dos mil millones de años. ^[90]

En 2.800 millones de años a partir de ahora, la temperatura de la superficie de la Tierra habrá alcanzado los 422 K (149 ° C; 300 ° F), incluso en los polos. En este punto, cualquier vida restante se extinguirá debido a condiciones extremas. Si toda el agua de la Tierra se ha evaporado en este punto, el planeta permanecerá en las mismas condiciones con un aumento constante de la temperatura de la superficie hasta que el Sol se convierta en una gigante roja. ^[86] De lo contrario, en unos 3-4 mil millones de años la cantidad de vapor de agua en la atmósfera inferior aumentará al 40% y comenzará un efecto de "invernadero húmedo" ^[90] una vez que la luminosidad del Sol alcance los 35-40 % más que su valor actual. ^[87]Se producirá un efecto de "invernadero descontrolado", que provocará que la atmósfera se caliente y eleve la temperatura de la superficie a alrededor de 1.600 K (1.330 ° C; 2.420 ° F). Esto es suficiente para derretir la superficie del planeta. ^{[88] [86]} Sin embargo, la mayor parte de la atmósfera se retendrá hasta que el Sol entre en la etapa de gigante roja. ^[91]

Con la extinción de la vida, dentro de 2.800 millones de años, también se espera que desaparezcan las biofirmas de la Tierra , para ser reemplazadas por firmas provocadas por procesos no biológicos. ^[76]

Escenario gigante rojo

El tamaño del Sol actual (ahora en la secuencia principal ) comparado con su tamaño estimado durante su fase de gigante roja

Una vez que el Sol pasa de quemar hidrógeno dentro de su núcleo a quemar hidrógeno en una capa alrededor de su núcleo, el núcleo comenzará a contraerse y la envoltura exterior se expandirá. La luminosidad total aumentará de manera constante durante los siguientes mil millones de años hasta alcanzar 2.730 veces la luminosidad actual del Sol a la edad de 12.167 mil millones de años. La mayor parte de la atmósfera de la Tierra se perderá en el espacio y su superficie estará formada por un océano de lava con continentes flotantes de metales y óxidos metálicos, así como icebergs de materiales refractarios , con una temperatura superficial de más de 2.400 K (2.130 ° C; 3.860 ° C). F). ^[92] El Sol experimentará una pérdida de masa más rápida, con aproximadamente el 33% de su masa total derramada con elviento solar . La pérdida de masa significará que las órbitas de los planetas se expandirán. La distancia orbital de la Tierra aumentará como máximo al 150% de su valor actual. ^[dieciséis]

La parte más rápida de la expansión del Sol en una gigante roja ocurrirá durante las etapas finales cuando el Sol tenga unos 12 mil millones de años. Es probable que se expanda para tragar tanto a Mercurio como a Venus, alcanzando un radio máximo de 1,2  AU (180.000.000  km ). La Tierra interactuará en forma de marea con la atmósfera exterior del Sol, lo que serviría para disminuir el radio orbital de la Tierra. El arrastre de la cromosfera del Sol también reduciría la órbita de la Tierra. Estos efectos actuarán para contrarrestar el efecto de la pérdida de masa por el Sol, y la Tierra probablemente será engullida por el Sol. ^[dieciséis]

El arrastre de la atmósfera solar puede hacer que la órbita de la Luna decaiga. Una vez que la órbita de la Luna se cierre a una distancia de 18.470 km (11.480 millas), cruzará el límite de Roche de la Tierra . Esto significa que la interacción de las mareas con la Tierra rompería la Luna, convirtiéndola en un sistema de anillos . La mayor parte del anillo en órbita comenzará a descomponerse y los escombros impactarán la Tierra. Por lo tanto, incluso si la Tierra no es tragada por el Sol, el planeta puede quedar sin luna. ^[93] La ablación y vaporización causadas por su caída en una trayectoria en descomposición hacia el Sol pueden remover el manto de la Tierra, dejando solo su núcleo, que finalmente será destruido después de 200 años como máximo.^{[94] [95]} Después de este evento, el único legado de la Tierra será un aumento muy leve (0.01%) de la metalicidad solar. ^{[96] : CII}

Escenario post gigante rojo

La nebulosa Helix , una nebulosa planetaria similar a la que producirá el Sol en 8 mil millones de años

Después de fusionar helio en su núcleo con carbono , el Sol comenzará a colapsar nuevamente, evolucionando a una estrella enana blanca compacta después de expulsar su atmósfera exterior como una nebulosa planetaria . La masa final pronosticada es el 54,1% del valor actual, y muy probablemente consiste principalmente en carbono y oxígeno. ^[1]

Actualmente, la Luna se aleja de la Tierra a una velocidad de 4 cm (1,6 pulgadas) por año. En 50 mil millones de años, si la Tierra y la Luna no son engullidas por el Sol, se unirán a la marea en una órbita más grande y estable, cada una mostrando solo una cara a la otra. ^{[97] [98] [99]} A partir de entonces, la acción de las mareas del Sol extraerá el momento angular del sistema, provocando que la órbita de la Luna decaiga y la rotación de la Tierra se acelere. ^[100] En unos 65 mil millones de años, se estima que la Luna podría terminar chocando con la Tierra, debido a la energía restante del sistema Tierra-Luna.siendo minado por el Sol remanente, lo que hace que la Luna se mueva lentamente hacia adentro, hacia la Tierra. ^[101]

En una escala de tiempo de 10 ¹⁹ (10 trillones) años, los planetas restantes del Sistema Solar serán expulsados ​​del sistema por una relajación violenta . Si la Tierra no es destruida por el Sol gigante rojo en expansión y la Tierra no es expulsada del Sistema Solar por una relajación violenta, el destino final del planeta será que choque con el Sol enano negro debido a la desintegración de su órbita por vía gravitacional. radiación , en 10 ²⁰ ( escala corta : 100 trillones , escala larga : 100 billones) años. ^[102]

Ver también

• Escatología  : parte de la teología relacionada con los eventos finales de la historia o el destino final de la humanidad.
• Zona habitable circunestelar  : zona alrededor de una estrella donde puede existir agua líquida en la superficie de un planeta.
• Paradoja de Fermi  : contradicción entre la falta de evidencia y estimaciones de alta probabilidad de existencia de civilizaciones extraterrestres
• Formación y evolución del Sistema Solar  - Formación del Sistema Solar por colapso gravitacional de una nube molecular y posterior historia geológica
• Riesgo catastrófico global , también conocido como Riesgos para la civilización, los seres humanos y el planeta Tierra: eventos futuros hipotéticos que podrían dañar el bienestar humano a nivel mundial
• Gran filtro  : lo que sea que impida que las civilizaciones interestelares surjan de materia no viviente
• Historia de la Tierra  : el desarrollo del planeta Tierra desde su formación hasta la actualidad.
• Planeta de lava
• Hipótesis de Medea
• Moviendo la Tierra
• Ingeniería planetaria  : aplicación de tecnología con el fin de influir en los entornos globales de un planeta.
• Habitabilidad planetaria  : grado en el que un planeta es adecuado para la vida tal como la conocemos.
• Hipótesis de la tierra rara  - Hipótesis que la vida extraterrestre complejo es improbable y extremadamente raro
• Espacio y supervivencia  : idea de que la presencia a largo plazo de la presencia humana en el universo requiere una civilización espacial.
• Evolución especulativa : a menudo retrata animales hipotéticos que algún día podrían habitar la Tierra en un futuro lejano, generalmente después de una catástrofe existencial y / o la extinción humana.
• Estabilidad del sistema solar  : interacciones dinámicas a largo plazo que interrumpen el sistema solar
• Cronología del futuro lejano  : proyecciones científicas sobre el futuro lejano
• Destino final del universo , también conocido como el fin del universo: rango de hipótesis y escenarios cosmológicos que describen el destino final del universo tal como lo conocemos

Referencias

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42. La excentricidad e está relacionado con el semieje mayor a y el semieje menor b de la siguiente manera:

    ${\displaystyle {\begin{smallmatrix}{\frac {b}{a}}\ =\ {\sqrt {1\ -\ e^{2}}}\end{smallmatrix}}}$

    Por lo tanto, para e igual a 0.01, b / a  = 0.9995, mientras que para e es igual a 0.05, b / a  = 0.99875. Ver:
    

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