Mô phỏng ngoại hành tinh giống Trái Đất. Ảnh: Coversation.
Khi Mặt Trời già đi, nó trở nên ngày càng sáng hơn, có nghĩa trong tương lai, Trái Đất sẽ nhận được nhiều năng lượng hơn. Nguồn năng lượng gia tăng sẽ ảnh hưởng tới bề mặt hành tinh, gia tăng mài mòn đá silicate như bazan và granite. Các loại đá trên bị mài mòn, khiến carbon dioxide bị rút khỏi khí quyển và thông qua phản ứng hóa học trong khoáng chất chứa carbonate.
Về lý thuyết, Trái Đất sẽ bắt đầu nguội dần khi lượng carbon dioxide sụt giảm, nhưng trong khoảng 2 tỷ năm tới, hiệu ứng này sẽ giảm đi do ánh sáng ngày càng gay gắt từ Mặt Trời.
Carbon dioxide, cùng với nước, là một trong những yếu tố chính mà cây trồng cần để quang hợp. Trong điều kiện lượng carbon dioxide giảm, quang hợp sẽ diễn ra ít hơn và một số loại cây có thể chết hàng loạt. Cây trồng ít quang hợp hơn kéo theo sản xuất oxy giảm. Dần dần, mật độ oxy trong khí quyển Trái Đất sẽ giảm, dẫn tới khủng hoảng cho các dạng sống khác.
Để tìm hiểu khi nào điều này xảy ra, các nhà nghiên cứu đến từ Nhật Bản và Mỹ sử dụng mô phỏng máy tính để lập mô hình tiến hóa trong tương lai của chu kỳ carbon, oxy, phosphorus và lưu huỳnh trên bề mặt Trái Đất. Họ cũng xem xét tiến hóa khí hậu và cách bề mặt Trái Đất (lớp vỏ, đại dương và khí quyển) tương tác với phần bên trong (lớp phủ).
Nhóm nghiên cứu lập mô hình hai trường hợp: hành tinh giống Trái Đất với sinh quyển đang hoạt động và hành tinh không có sinh quyển hoạt động. Cả hai tình huống đều cho kết quả giống nhau. Lượng oxy bắt đầu giảm mạnh trong khoảng 1 tỷ năm tới. Phát hiện chỉ ra dù lượng carbon dioxide sụt giảm và quang hợp ảnh hưởng tới nồng độ oxy, tác động của quá trình chỉ là thứ yếu đối với tương tác giữa lớp phủ và môi trường bề mặt.
Nhóm tác giả nghiên cứu kết luận không khí giàu oxy có thể chỉ tồn tại khoảng 1,08 tỷ năm nữa. Oxy bắt đầu tích tụ trong khí quyển Trái Đất cách đây 2,5 tỷ năm. Nhiều khả năng nồng độ oxy tương đối thấp trong phần lớn lịch sử hành tinh, chỉ tăng lên tới gần mức hiện nay sau cách mạng cây trồng trên đất liền vào khoảng 400 triệu năm trước.
Các nhà nghiên cứu ước tính tổng thời gian có thể sinh sống trên Trái Đất trước khi mất nước. Tuy nhiên, môi trường giàu oxy chỉ tồn tại khoảng 20-30% thời gian đó.
