編者按

正如人一生終有盡頭，地球同樣會迎來終結的一天。天文學和地球科學的最新研究指出，地球最終消亡可能會出現(xiàn)多種不同的情形。下面我們將討論兩種地球如果終結，可能會在什么時候發(fā)生，以及可能的終結方式。

情景1：超新星爆發(fā)

自身發(fā)出耀眼光芒的天體，如太陽，我們稱之為“恒星”。目前，在太陽的核心區(qū)域，氫原子核不斷地相互碰撞，合成為氦原子核。這一過程就是所謂的“核聚變反應”。正是通過這樣的核聚變反應，太陽和其他恒星得以發(fā)出光芒。

恒星中的核聚變反應并不會永遠進行下去，因為像氫這種燃料元素終將耗盡。以太陽為例，預計在約80億年后，它會耗盡燃料，失去光芒，最終淪為一個小的殘骸。而對于質量超過太陽8倍的恒星，在核聚變反應停止后，它們會因為龐大的引力迅速收縮，即發(fā)生引力坍縮。在這一過程中，恒星核心會釋放出巨大的熱量和輻射能量，比如伽馬射線和X射線等，引發(fā)壯觀的超新星爆發(fā)。在這種爆發(fā)中，一顆恒星將在短短幾秒鐘之內爆發(fā)出與其整個生命周期釋放的能量等量的能量。

·伽馬射線暴將使地球變成“死亡之星”

當一顆恒星的質量至少是太陽的20倍，并且發(fā)生超新星爆發(fā)，它可能會釋放出巨量的伽馬射線。這一現(xiàn)象我們稱之為“伽馬射線暴”。假如這樣的伽馬射線暴在極其接近的距離直擊地球，地球就可能面臨毀滅的危險。

地球附近發(fā)生的超新星爆發(fā)想象圖。由超新星爆發(fā)產(chǎn)生的宇宙高能伽馬射線和X射線與地球大氣上層的氧原子和氮原子發(fā)生碰撞，產(chǎn)生次級紫外線和輻射，這些可能會對地表生命造成嚴重影響。

伽馬射線在穿越地球大氣層時會被吸收，因此它們無法直接影響地面生命。盡管如此，如果伽馬射線暴直接沖擊地球，可能對臭氧層造成破壞。根據(jù)理論推測，假設伽馬射線暴發(fā)生在距離地球約30光年的位置，那么地球的臭氧層將面臨大規(guī)模消失的風險。沒有充足的臭氧層保護，地球表面將遭受大量紫外線的直接照射。

紫外線的照射量增加會顯著提高我們患皮膚癌與白內障的風險，后者是一種由于眼球晶狀體混濁而導致視力下降的疾病。我們或許能通過躲藏到地下來避免紫外線的危害。但需要注意的是，紫外線能夠破壞生物的DNA，也就是它們的遺傳“設計圖”。因此，一旦陸地上和淺海區(qū)的生物，包括動植物以及浮游生物等，長時間暴露于大量紫外線之下，它們的繁殖和適應環(huán)境的能力將會受到嚴重影響，甚至可能導致物種的滅絕。在這樣的條件下，地表將不再適宜生物居住。

幸運的是，那種可能會引發(fā)生物大滅絕事件的、距離地球非常近的、可能發(fā)生超新星爆發(fā)的星體，目前尚不存在。目前認為，發(fā)生超新星爆發(fā)的可能性較高的獵戶座中的恒星“參宿四”，距離地球大約640光年。目前尚不清楚參宿四是否會產(chǎn)生伽馬射線暴。即使發(fā)生伽馬射線暴，似乎其直接沖擊地球的可能性也很低。伽馬射線暴通常沿星體的自轉方向（即自轉軸）發(fā)射。但根據(jù)NASA和歐洲空間局（ESA）運營的哈勃空間望遠鏡的觀測，參宿四的自轉軸與地球的方向偏移了20°，因此人們認為它不太可能直擊地球。

·要警惕來自約160光年之外的X射線

那么，我們是否需要擔心超新星爆發(fā)呢？答案可能是并非絕對不需要。超新星爆發(fā)的激波將加熱星體殘骸和周圍物質，從而釋放出大量的X射線。根據(jù)美國伊利諾伊大學2023年4月發(fā)表的論文，即使是距離約160光年的超新星爆發(fā)，持續(xù)數(shù)十年向地球照射的X射線也有可能破壞掉臭氧層的30%。在這種情況下，到達地面的紫外線量可能增加一倍，可能導致生物大滅絕等嚴重后果。

此團隊在2020年提出了一個假說，認為超新星爆發(fā)引起的臭氧層長期損壞可能是導致大約3億7000萬年前至3億5900萬年前發(fā)生的泥盆紀晚期大規(guī)模生物滅絕的原因。通過對泥盆紀晚期地層中植物孢子化石的研究，他們發(fā)現(xiàn)由于臭氧層損壞，紫外線可能對地球進行了大約30萬年的持續(xù)照射。造成這一現(xiàn)象的可能是65光年外連續(xù)發(fā)生的多次超新星爆發(fā)，這些爆炸導致宇宙X射線長時間照射地球。盡管伽馬射線暴直接擊中地球的概率非常小，但關于超新星爆發(fā)產(chǎn)生的各種輻射效應還存在很多未知因素，這需要我們進行更多深入的研究。

情景2：氧氣消耗

未來，地球上的氧氣可能將逐漸消失，人類和許多其他生物都將面臨“缺氧”的威脅。日本東邦大學與美國佐治亞理工學院的研究團隊在2021年發(fā)表的研究報告指出，大約在10億年之后，地球上的氧氣濃度將會大幅度降低，多細胞生物包括我們人類的生存環(huán)境將變得異常艱難。這一機制相當復雜，接下來我們將詳細闡述這個過程。

首先，我們要探究地球上為何擁有如此豐富的氧氣。光合作用生物的進化是關鍵因素之一，它們能夠將二氧化碳轉化為氧氣。但這背后隱藏著一個謎團。能進行光合作用的藍藻的原始形態(tài)出現(xiàn)在大約30億年前，而地球上的氧氣濃度顯著提高卻發(fā)生在幾億年之后。據(jù)推測，氧氣濃度在7億～5億年前達到了現(xiàn)今水平——即空氣中約20%的比例。這意味著，除了光合生物的演變以外，還必須存在其他推動氧氣濃度大幅增加的因素。長時間以來，這個推動因素一直是未解之謎。

大約30億年前的地球的想象圖。預計10億年后地球的氧氣和二氧化碳濃度將會下降，而甲烷的濃度會上升。這種大氣成分比與氧氣含量較少的地球早期環(huán)境相似。當空氣中的甲烷濃度較高時，天空會呈現(xiàn)出朦朧的紅色。

·巖石組成的變化為地球帶來了氧氣

日本東京大學等機構的研究團隊在2016年揭示了地球歷史上一個重要的謎團。他們發(fā)現(xiàn)，在大約27億～25億年前，大陸板塊地殼的巖石從以鐵和鎂為主的鎂鐵質轉變?yōu)橐怨杷猁}為主的長英質。鎂鐵質巖石易于和空氣中的氧氣反應，形成氧化物，當時植物通過光合作用釋放的大量氧氣大都用于了這一氧化過程。而與此相比，長英質巖石消耗氧氣的能力僅為鎂鐵質巖石的百分之一。隨著地殼巖石的這種轉變，氧氣得以在大氣中累積，導致氧氣濃度顯著上升。

維持地球氧氣濃度的關鍵在于地殼中的長英質巖。但隨著太陽光變強和地球的溫度上升，大氣中的二氧化碳含量會逐漸降低。這一現(xiàn)象的背后是長英質巖內含的硅酸鹽與大氣中的二氧化碳發(fā)生化學反應，形成碳酸鹽，這個過程被稱為“化學風化作用”。隨著氣溫的升高，這種反應會加速進行。因此，地球的變暖將導致長英質巖風化速度加快，進一步減少大氣中的二氧化碳。如果長英質巖在全球范圍內大量風化，空氣中的二氧化碳濃度將顯著下降，這可能會威脅到植物的光合作用。

·10億年后氧氣濃度將降至2%以下

東邦大學和佐治亞理工學院的研究團隊在2021年的研究預測顯示，可能在3億年后，對大部分植物來說光合作用將變得不再可能，導致植物面臨滅絕的風險。而據(jù)預計，到了10億年后，大氣中的氧氣濃度將降低至2%以下。

如果氧氣濃度真的降到了這個程度，依靠氧氣進行呼吸的生物體將面臨缺氧的困境，甚至可能導致物種滅絕。然而，像厭氧菌這樣不需要氧氣的生物，卻有可能繼續(xù)生存。實際上，地球原始大氣的主要成分是二氧化碳，并無氧氣。正是在這種環(huán)境下，地球上最早的生命形式——厭氧菌得以誕生。

因此，氧氣的耗盡可以視為將地球生命歷史歸零。在沒有氧氣的地球上，只剩下厭氧菌生存，我們無法確定是否能夠再次孕育出與現(xiàn)在相似的多元生態(tài)系統(tǒng)。然而，至少我們可以肯定，即使氧氣耗盡，也不會導致地球上所有生物的徹底滅絕。

除了超新星爆發(fā)和氧氣消耗，小行星碰撞、超級火山爆發(fā)、海水消失、太陽膨脹等也是地球可能終結的場景，面對這些潛在的危險，我們該如何應對？人類能否遷移到其他行星？歡迎閱讀《科學世界》2025年第7期探索欄目——地球會怎樣終結，解鎖更多科學知識。

本文摘編自雜志2025年第7期，文章內容略有刪改。

新媒體編輯 | 周濛