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 velocidad de enfriamiento del interior del planeta , las interacciones gravitacionales con otros objetos en el Sistema Solar y un aumento constante de la luminosidad del Sol . Un factor incierto es la influencia generalizada de la tecnología introducida por los humanos, como la ingeniería climática , [2] que podría causar cambios significativos en el planeta. [3] [4] Por ejemplo, la actual 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 resultante únicamente de procesos naturales a largo plazo. [8] [9]
A lo largo de intervalos de tiempo de cientos de millones de años, los fenómenos celestes aleatorios suponen un riesgo global para la biosfera , que puede provocar extinciones masivas . Estos incluyen impactos de cometas o asteroides y la posibilidad de una supernova cercana a la Tierra , una explosión estelar masiva dentro de un radio de 100 años luz (31 parsec ) del Sol. Otros eventos geológicos a gran escala son más predecibles. La teoría de Milankovitch predice que el planeta seguirá atravesando períodos glaciales al menos hasta que finalice la glaciación cuaternaria . Estos períodos son causados por las variaciones en la excentricidad , la inclinación axial y la precesión de la órbita terrestre. [10] Como parte del ciclo de supercontinentes en curso , la tectónica de placas probablemente dará como resultado un supercontinente en 250 a 350 millones de años. En algún momento dentro de los próximos 1.500 a 4.500 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, provocando un aumento de la radiación solar que llega a la Tierra y provocando una mayor tasa de erosión de los minerales de silicato . Esto afectará al ciclo carbonato-silicato , lo que provocará una disminución del nivel de dióxido de carbono en la atmósfera. Dentro de unos 600 millones de años, el nivel de dióxido de carbono caerá por debajo del nivel necesario para sostener la fotosíntesis de fijación de carbono C 3 utilizada por los árboles. Algunas plantas utilizan el método de fijación de carbono C 4 para persistir en concentraciones de dióxido de carbono tan bajas como diez partes por millón. Sin embargo, la tendencia a largo plazo es que la vida vegetal desaparezca por completo. La extinción de las plantas supondrá la desaparición de casi toda la vida animal, ya que las plantas son la base de gran parte de la cadena alimentaria animal en la Tierra. [12] [13]
En aproximadamente mil millones de años, la luminosidad solar será un 10% mayor, lo que provocará que la atmósfera se convierta en un "invernadero húmedo", lo que provocará una evaporación descontrolada de los océanos. Como consecuencia probable, terminarán la tectónica de placas y todo el ciclo del carbono . [14] Después de este evento, en aproximadamente 2 a 3 mil millones de años, la dinamo magnética del planeta puede cesar, causando la desintegración de la magnetosfera y conduciendo a 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 descontrolado , creando condiciones más extremas que las actuales de Venus y calentando la superficie de la Tierra lo suficiente como para derretirla. Para entonces, toda la vida en la Tierra se habrá extinguido. [15] [16] Finalmente, el destino más probable del planeta es la absorción por el Sol en aproximadamente 7,5 mil 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. [17]
Los humanos desempeñan un papel clave en la biosfera , y la gran población humana domina muchos de los ecosistemas de la Tierra . [3] [18] Esto ha resultado en una extinción masiva generalizada y en curso de otras especies durante la época geológica actual , ahora conocida como 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 , y se estima que el 10% del total de especies se perdió en 2007. [6] Al ritmo actual, alrededor del 30% de las especies están en riesgo. de extinción en los próximos cien años. [19] El evento de extinción del Holoceno es el resultado de la destrucción del hábitat , la distribución generalizada de especies invasoras , la caza furtiva y el cambio climático . [20] [21] [22] 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 alrededor del 20% de la producción primaria mundial . [4] La concentración de dióxido de carbono en la atmósfera ha aumentado cerca de un 50% desde el inicio de la Revolución Industrial . [3] [23]
Se ha predicho que las consecuencias de una crisis biótica persistente durarán al menos cinco millones de años. [7] Podría provocar una disminución de la biodiversidad y una homogeneización de las biotas , acompañada de una proliferación de especies oportunistas , como plagas y malas hierbas. Pueden surgir nuevas especies; en particular, los taxones que prosperan en ecosistemas dominados por el hombre 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 probablemente se acortarán las cadenas alimentarias . [5] [24]
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 plantean para sí mismos incluyen el cambio climático, el mal uso de la nanotecnología , un holocausto nuclear , una guerra con una superinteligencia programada , una enfermedad genéticamente modificada o un desastre causado por un experimento de física. De manera similar, varios eventos naturales pueden representar una amenaza apocalíptica , incluida una enfermedad altamente virulenta , el impacto de un asteroide o cometa , un efecto invernadero desbocado y el agotamiento de los recursos . Puede existir la posibilidad de una infestación por una forma de vida extraterrestre . [25] Las probabilidades reales de que se produzcan estos escenarios son difíciles, si no imposibles, de deducir. [8] [9]
Si la especie humana se extinguiera, entonces los diversos rasgos ensamblados por la humanidad comenzarían a decaer. Las estructuras más grandes tienen una vida media de descomposición estimada de unos 1.000 años. Lo más probable es que las últimas estructuras supervivientes sean minas a cielo abierto, grandes vertederos, carreteras importantes, cortes anchos de canales y presas en los flancos con relleno de tierra. Algunos monumentos de piedra masivos como las pirámides de la Necrópolis de Giza o las esculturas del Monte Rushmore aún pueden sobrevivir de alguna forma después de un millón de años. [9] [un]
A medida que el Sol orbita la Vía Láctea , las estrellas errantes pueden acercarse lo suficiente como para tener una influencia perturbadora en el Sistema Solar . [26] 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. [27] Un encuentro de este tipo puede provocar un aumento de 40 veces en el número de cometas que llegan al Sistema Solar interior. Los impactos de estos cometas pueden provocar una extinción masiva de la vida en la Tierra. Estos encuentros disruptivos ocurren en promedio una vez cada 45 millones de años. [28] Hay un 1% de probabilidad cada mil millones de años de que una estrella pase dentro100 AU del Sol, lo que podría alterar el Sistema Solar. [29] El tiempo medio para que el Sol colisione con otra estrella en la vecindad solar es de aproximadamente 30 billones (3 × 10 13 ) años, mucho más tiempo que la edad estimada del Universo, aproximadamente 13,8 mil millones de años. Esto puede tomarse como una indicación de la baja probabilidad de que ocurra un evento de este tipo durante la vida de la Tierra. [30]
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 provocar un aumento estadísticamente significativo en el número de extinciones de especies. Entre los efectos nocivos resultantes de un gran impacto se encuentra una nube de polvo fino que cubre el planeta, impidiendo que parte de la luz solar directa llegue a la superficie de la Tierra, reduciendo así las temperaturas de la Tierra en aproximadamente 15 °C (27 °F) en una semana y deteniendo 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 cinco o seis extinciones masivas y de 20 a 30 eventos de menor gravedad. Esto coincide con el registro geológico de extinciones significativas durante el Eón Fanerozoico . Se puede esperar que estos acontecimientos continúen. [31]
Una supernova es la explosión catastrófica de una estrella. Dentro de la Vía Láctea , las explosiones de supernovas ocurren en promedio una vez cada 40 años. [32] Durante la historia de la Tierra , es probable que hayan ocurrido múltiples eventos de este tipo dentro de 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 afectar la biosfera. [33] Los rayos gamma emitidos por una supernova reaccionan con el nitrógeno de la atmósfera, produciendo 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 sólo 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, se produce una explosión de supernova en un radio de 32 años luz una vez cada pocos cientos de millones de años, lo que provoca un agotamiento de la capa de ozono que dura varios siglos. [34] Durante los próximos dos mil millones de años, habrá alrededor de 20 explosiones de supernova y un estallido de rayos gamma que tendrán un impacto significativo en la biosfera del planeta. [35]
El efecto incremental de las perturbaciones gravitacionales entre los planetas hace que el Sistema Solar interior en su conjunto se comporte caóticamente 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 a lo largo de 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 probabilidad (menos del 1%) de que pueda ocurrir una colisión entre la Tierra y Mercurio , Venus o Marte . [36] [37] 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 1 en 100.000 (0,001%). En tal escenario, los océanos se congelarían en varios millones de años, dejando sólo unas pocas bolsas de agua líquida a unos 14 kilómetros (9 millas) bajo tierra. Existe una remota posibilidad de que la Tierra sea capturada por un sistema estelar binario que pasa , lo que permitirá que la biosfera del planeta permanezca intacta. Las probabilidades de que esto suceda son de aproximadamente 1 entre 3 millones. [38]
Las perturbaciones gravitacionales de los demás 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] [39] [40] [41] A pesar de tales interacciones, simulaciones altamente precisas 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 mayor , la excentricidad y la inclinación del planeta permanecieron casi constantes. [42]
Históricamente, ha habido glaciaciones cíclicas en las que capas de 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 . [43] La teoría de Milankovitch predice que los períodos glaciales ocurren durante las edades de hielo debido a factores astronómicos en combinación con mecanismos de retroalimentación climática. Los principales impulsores astronómicos son una excentricidad orbital más alta de lo normal, una inclinación (u oblicuidad) axial baja y la alineación del solsticio de verano del hemisferio norte con el afelio . Cada uno de estos efectos ocurre cíclicamente. Por ejemplo, la excentricidad cambia a lo largo de ciclos de tiempo de aproximadamente 100.000 y 400.000 años, con un valor que oscila entre menos de 0,01 y 0,05. [44] [45] Esto equivale a un cambio del semieje menor de la órbita del planeta del 99,95% del semieje mayor al 99,88%, respectivamente. [46]
La Tierra está atravesando una edad de hielo conocida como glaciación cuaternaria y actualmente se encuentra en el período interglaciar del Holoceno . Normalmente se esperaría que este período terminara en unos 25.000 años. [41] Sin embargo, el aumento del ritmo al que los humanos liberan dióxido de carbono a la atmósfera puede retrasar el inicio del próximo período glacial hasta al menos entre 50.000 y 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 sólo afectará al período glacial durante unos 5.000 años. Por lo tanto, un breve período de calentamiento global inducido por la emisión de gases de efecto invernadero durante unos pocos siglos sólo tendría un impacto limitado a largo plazo. [10]
La aceleración de marea de la Luna ralentiza la velocidad de rotación de la Tierra y aumenta la distancia Tierra-Luna . Los efectos de 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 aproximadamente 1,5 radios terrestres durante el mismo período. [47]
Según modelos informáticos, la presencia de la Luna parece estabilizar la oblicuidad de la Tierra, lo que puede ayudar al planeta a evitar cambios climáticos dramáticos. [48] 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 ). [49] 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 las perturbaciones probablemente causarán variaciones caóticas en la oblicuidad de la Tierra, y la inclinación del eje puede cambiar en ángulos de hasta 90° con respecto al plano de la órbita. Se espera que esto ocurra dentro de 1.500 y 4.500 millones de años. [11]
Una oblicuidad elevada probablemente provocaría cambios dramáticos en el clima y podría destruir la habitabilidad del planeta . [40] Cuando la inclinación axial de la Tierra supera los 54°, la insolación anual en el ecuador es menor que la de los polos. El planeta podría permanecer en una oblicuidad de 60° a 90° durante períodos de hasta 10 millones de años. [50]
Los fenómenos tectónicos seguirán ocurriendo en el futuro y la superficie será remodelada constantemente por levantamientos tectónicos , extrusiones y 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 entre cinco y siete terremotos de magnitud 8 o más a lo largo de la falla de San Andrés , mientras que se pueden esperar alrededor de 50 eventos de magnitud 9 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 funcionar. Las Cataratas del Niágara seguirán retrocediendo río arriba y llegarán a Búfalo dentro de unos 30.000 a 50.000 años. [9] Los eventos de supervolcán son los peligros geológicos más impactantes, generando más de1.000 km 3 de material fragmentado y cubriendo miles de kilómetros cuadrados con depósitos de ceniza. Sin embargo, son comparativamente raros y ocurren en promedio cada 100.000 años. [51]
Dentro de 10.000 años, el rebote posglacial del Mar Báltico habrá reducido su profundidad en unos 90 m (300 pies). La bahía de Hudson disminuirá su profundidad en 100 m durante el mismo período. [37] Después de 100.000 años, la isla de Hawái se habrá desplazado unos 9 km (5,6 millas) al noroeste. Es posible que el planeta esté entrando en otro período glacial en este momento. [9]
La teoría de la tectónica de placas demuestra que los continentes de la Tierra se mueven a través de la superficie a un ritmo de unos pocos centímetros por año. Se espera que esto continúe, provocando que las placas se reubiquen y colisionen. 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 ellos, la deriva continental se detendrá. [52] La producción de calor a través de procesos radiogénicos es suficiente para mantener la convección del manto y la subducción de las placas durante al menos los próximos 1.100 millones de años. [53]
En la actualidad, los continentes de América del Norte y del Sur se están desplazando hacia el oeste desde África y Europa. Los investigadores han elaborado varios escenarios sobre cómo continuará esto en el futuro. [54] Estos modelos geodinámicos se pueden distinguir por el flujo de subducción , mediante el cual la corteza oceánica se mueve bajo 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 antiguo Océano Pacífico exterior permanece preferentemente subducido y América del Norte y del Sur migran hacia el este de Asia. [55] [56]
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 produciría una reorganización de la convección del manto durante los próximos 100 millones de años, creando un nuevo supercontinente compuesto por África, Eurasia, Australia, la Antártida y América del Sur que se formaría alrededor de la Antártida. [57]
Independientemente del resultado de la migración continental, el proceso continuo de subducción hace que el agua sea transportada al manto. Después de mil millones de años a partir del presente, un modelo geofísico estima que el 27% de la masa oceánica actual habrá sido subducida. Si este proceso continuara sin modificaciones en el futuro, la subducción y la liberación alcanzarían un equilibrio después de que se hubiera subducido el 65% de la masa oceánica actual. [58]
Christopher Scotese y sus colegas han trazado los movimientos predichos varios cientos de millones de años en el futuro como parte del Proyecto Paleomap . [54] 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 oriental 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 el derretimiento de todas sus capas de hielo . 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 continentales provocarán cambios climáticos. [54]
A medida que este escenario continúe, dentro de 100 millones de años del presente, la expansión continental habrá alcanzado su extensión máxima y los continentes comenzarán entonces a fusionarse. Dentro de 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 invertirá su dirección y regresará al Polo Sur, formando una nueva capa de hielo. [59]
El primer científico que extrapola 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 comenzar a fusionarse con Asia. Al supercontinente resultante lo denominó Amasia . [60] [61] 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. [62]
En un modelo de extroversión, el cierre del Océano Pacífico se completaría en unos 350 millones de años. [63] Esto marca la finalización del actual ciclo de supercontinentes , en el que los continentes se dividen y luego se vuelven a unir aproximadamente cada 400 a 500 millones de años. [64] 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 cae en un orden de magnitud . Este período de estabilidad podría provocar un aumento de la temperatura del manto a un ritmo de 30 a 100 °C (54 a 180 °F) cada 100 millones de años, que es la vida mínima de los supercontinentes del pasado. Como consecuencia, la actividad volcánica puede aumentar. [56] [63]
La formación de un supercontinente puede afectar drásticamente al medio ambiente. La colisión de placas dará como resultado la formación de montañas , cambiando así los patrones climáticos. El nivel del mar puede caer debido al aumento de la glaciación. [65] La tasa de erosión de la superficie puede aumentar, aumentando la tasa a la que se entierra el 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 emergen nuevos nichos . [66]
La formación de un supercontinente aísla el manto. El flujo de calor se concentrará, lo que provocará vulcanismo y la inundación de grandes áreas con basalto. Se formarán fisuras y el supercontinente se dividirá una vez más. [67] El planeta puede entonces experimentar un período de calentamiento como ocurrió durante el período Cretácico , [66] que marcó la división del anterior supercontinente Pangea .
La región central rica en hierro de la Tierra se divide en un núcleo interno sólido de 2.440 km (1.520 millas) de diámetro y un núcleo externo líquido de 6.960 km (4.320 millas) de diámetro . [68] La rotación de la Tierra crea remolinos convectivos en la región exterior del núcleo que hacen que funcione como una dinamo . [69] Esto genera una magnetosfera alrededor de la Tierra que desvía las partículas del viento solar , lo que evita una 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 líquida del núcleo externo se congele, liberando así energía térmica y provocando que el núcleo interno sólido crezca. [70] Este proceso de cristalización del hierro ha estado en marcha durante aproximadamente mil millones de años. En la era moderna, el radio del núcleo interno se está expandiendo a un ritmo promedio de aproximadamente 0,5 mm (0,02 pulgadas) por año, a expensas del núcleo externo. [71] Casi toda la energía necesaria para alimentar la dinamo proviene de este proceso de formación del núcleo interno. [72]
Se espera que el núcleo interno consuma la mayor parte o la totalidad del núcleo externo dentro de 3 a 4 mil millones de años, lo que dará como resultado un núcleo casi completamente solidificado compuesto de hierro y otros elementos pesados . La envoltura líquida superviviente estará compuesta principalmente por elementos más ligeros que se mezclarán menos. [73] Alternativamente, si en algún momento cesa la tectónica de placas, el interior se enfriará de manera menos eficiente, lo que ralentizaría o incluso detendría el crecimiento del núcleo interno. En cualquier caso, esto puede provocar la pérdida de la dinamo magnética. Sin una dinamo que funcione, el campo magnético de la Tierra decaerá en un período geológicamente corto de aproximadamente 10.000 años. [74] La pérdida de la magnetosfera provocará un aumento en la erosión de elementos ligeros, particularmente hidrógeno , desde la atmósfera exterior de la Tierra hacia el espacio, lo que resultará en condiciones menos favorables para la vida. [75]
La generación de energía del Sol se basa en la fusión termonuclear del 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 mediante el proceso triple alfa , por lo que estos átomos no contribuyen a la generación neta de energía necesaria para mantener el equilibrio hidrostático del Sol. [76]
En la actualidad, se ha consumido casi la mitad del hidrógeno del núcleo y el resto de los átomos está compuesto principalmente de helio. A medida que disminuye el número de átomos de hidrógeno por unidad de masa, también disminuye la producción de energía obtenida mediante 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 densidad y temperatura equilibra 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. [76]
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El resultado de este proceso ha sido un aumento constante de la producción de energía del Sol. Cuando el Sol se convirtió por primera vez en una estrella de la secuencia principal , irradiaba sólo el 70% de la luminosidad actual . La luminosidad ha aumentado de forma casi lineal hasta el presente, aumentando un 1% cada 110 millones de años. [17] Asimismo, se espera que dentro de tres mil millones de años el Sol sea un 33% más luminoso. El combustible de hidrógeno del núcleo se agotará finalmente dentro de cinco mil millones de años, cuando el Sol será un 67% más luminoso que en la actualidad. A partir de entonces, el Sol seguirá 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, posteriormente, pasará por la etapa subgigante y evolucionará hacia una gigante roja . [1]
En ese momento, la colisión de la Vía Láctea y las galaxias de Andrómeda debería estar en marcha. Aunque esto podría provocar que el Sistema Solar sea expulsado de la galaxia recién combinada, se considera poco probable que tenga algún efecto adverso sobre el Sol o sus planetas. [78] [79]
La tasa de erosión 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 minerales de silicato convierten el dióxido de carbono gaseoso en carbonatos sólidos . Dentro de los próximos 600 millones de años a partir del presente, la concentración de dióxido de carbono caerá por debajo del umbral crítico necesario para sostener la fotosíntesis de C 3 : alrededor de 50 partes por millón. En este punto, los árboles y bosques en sus formas actuales ya no podrán sobrevivir. [80] Es probable que esta disminución de la vida vegetal sea una disminución a largo plazo en lugar de una caída brusca. Es probable que los grupos de plantas mueran uno por uno mucho antes de que se alcance el nivel de 50 partes por millón. Las primeras plantas en desaparecer serán las herbáceas C 3 , seguidas de los bosques caducifolios , los bosques siempre verdes de hoja ancha y finalmente las coníferas siempre verdes . [81] Sin embargo, la fijación de carbono C 4 puede continuar en concentraciones mucho más bajas, hasta por encima de 10 partes por millón; por lo tanto, las plantas que utilizan la fotosíntesis de C 4 pueden sobrevivir durante al menos 800 millones de años y posiblemente hasta 1.200 millones de años a partir de ahora, después de lo cual el aumento de las temperaturas hará que la biosfera sea insostenible. [82] [83] [84] Investigadores de Caltech han sugerido que una vez que las plantas C 3 mueran, la falta de producción biológica de oxígeno y nitrógeno provocará una reducción en la presión atmosférica de la Tierra, lo que contrarrestará el aumento de temperatura y permitirá suficiente El dióxido de carbono persiste para que continúe la fotosíntesis. Esto permitiría que la vida sobreviva hasta dentro de 2 mil millones de años, momento en el que el agua sería el factor limitante. [85] Actualmente, las plantas C 4 representan aproximadamente el 5% de la biomasa vegetal de la Tierra y el 1% de sus especies de plantas conocidas. [86] Por ejemplo, alrededor del 50% de todas las especies de pastos ( Poaceae ) utilizan la vía fotosintética C 4 , [87] al igual que muchas especies de la familia herbácea Amaranthaceae . [88]
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. [13] Las plantas (y, por extensión, los animales) podrían sobrevivir más tiempo si desarrollaran otras estrategias, como requerir menos dióxido de carbono para los procesos fotosintéticos, volverse carnívoras , adaptarse a la desecación o asociarse con hongos . Es probable que estas adaptaciones aparezcan cerca del comienzo del invernadero húmedo (ver más adelante ). [81]
La pérdida de vida vegetal superior resultará en la pérdida eventual de oxígeno y ozono debido a la respiración de los animales, reacciones químicas en la atmósfera y erupciones volcánicas. Los modelos de la disminución de la oxigenación predicen que puede caer al 1% de los niveles atmosféricos actuales dentro de mil millones de años. [89] Esta disminución dará como resultado una menor atenuación de los rayos UV que dañan el ADN , [81] así como la muerte de animales; Los primeros animales en desaparecer serían los grandes mamíferos , seguidos de los pequeños mamíferos, las aves, los anfibios y peces grandes, los reptiles y peces pequeños, y finalmente los invertebrados . [12]
Antes de que esto suceda, se espera que la vida se concentre en refugios de temperaturas más bajas, como las elevaciones altas, 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 sus menores necesidades de oxígeno, mientras que a las aves les iría mejor que a los mamíferos gracias a su capacidad de viajar grandes distancias en busca de temperaturas más frescas. 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] Algunas cianobacterias y fitoplancton podrían sobrevivir a las plantas debido a su tolerancia a niveles de dióxido de carbono tan bajos como 1 ppm, y pueden sobrevivir aproximadamente el mismo tiempo que los animales antes de que el dióxido de carbono se agote demasiado para sustentar cualquier forma de fotosíntesis. [12]
En su obra La vida y la 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 utilizan evidencia fósil de Burgess Shale en Columbia Británica, Canadá , para determinar el clima de la Explosión Cámbrica , y la 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 resulten en la extinción definitiva 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 parte de la vida vegetal, creen que los animales probablemente morirían por asfixia en unos pocos millones de años. Incluso si permaneciera suficiente oxígeno en la atmósfera mediante la persistencia de alguna forma de fotosíntesis, el aumento constante de la temperatura global daría como resultado una pérdida gradual de biodiversidad . [13]
A medida que aumentan las temperaturas, los últimos restos de vida animal serán empujados hacia los polos, 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 árido y la vida se encontraría principalmente en los océanos. [13] 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 , [81] 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 aquellos que no dependen de plantas vivas como las termitas o aquellos cercanos a fuentes hidrotermales como los gusanos del género Riftia . [81] Como resultado de estos procesos, las formas de vida multicelulares pueden extinguirse en unos 800 millones de años, y los eucariotas en 1.300 millones de años, quedando sólo los procariotas . [90]
Dentro de mil millones de años, aproximadamente el 27% del océano moderno habrá quedado sumergido en el manto. Si se permitiera que este proceso continuara ininterrumpidamente, alcanzaría un estado de equilibrio en el que el 65% del reservorio superficial actual permanecería en la superficie. [58] Una vez que la luminosidad solar sea un 10% mayor que su valor actual, la temperatura superficial global promedio aumentará a 320 K (47 °C; 116 °F). La atmósfera se convertirá en un "invernadero húmedo" que provocará una evaporación descontrolada de los océanos. [91] [92] En este punto, los modelos del futuro entorno de la Tierra demuestran que la estratosfera contendría niveles crecientes de agua. Estas moléculas de agua se descompondrán mediante fotodisociación por la luz ultravioleta solar, lo que permitirá que el hidrógeno escape de 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. [93] [94]
Habrá una de dos variaciones de esta retroalimentación de calentamiento futuro: el "invernadero húmedo" donde el vapor de agua domina la troposfera mientras el vapor de agua comienza a acumularse en la estratosfera (si los océanos se evaporan muy rápidamente), y el "invernadero desbocado" donde el agua el vapor se convierte en 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 se libere agua de manera constante desde la corteza profunda y el manto, [58] donde se estima que hay una cantidad de agua equivalente a varias veces la presente actualmente en la Tierra. océanos. [95] Es posible que se retenga algo de agua en los polos y que haya 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 alguna vez fue el fondo del océano. similares a los del desierto de Atacama en Chile. [14]
Sin agua que sirva como lubricante, la tectónica de placas probablemente se detendría y los signos más visibles de actividad geológica serían volcanes en escudo ubicados sobre los puntos calientes del manto . [92] [81] En estas condiciones áridas, el planeta puede retener algo de vida microbiana y posiblemente incluso multicelular. [92] La mayoría de estos microbios serán halófilos y la vida podría encontrar refugio en la atmósfera, como se ha propuesto que sucedió en Venus . [81] Sin embargo, las condiciones cada vez más extremas probablemente conducirán a la extinción de los procariotas entre 1.600 millones de años [90] y 2.800 millones de años a partir de ahora, y los últimos de ellos vivirán en estanques de agua residuales en altas latitudes y alturas o en cavernas con hielo atrapado. Sin embargo, la vida subterránea podría durar más. [12]
Lo que ocurra después de esto depende del nivel de actividad tectónica. Una liberación constante de dióxido de carbono por una erupción volcánica podría provocar que la atmósfera entre en un estado de "súper 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 [14] hasta que el Sol se convierta en una gigante roja y su mayor luminosidad caliente la roca hasta el punto de liberar la dióxido de carbono. [95] Sin embargo, como señalaron Peter Ward y Donald Brownlee en su libro La vida y la muerte del planeta Tierra , según el científico de la NASA Ames Kevin Zahnle, es muy posible que la tectónica de placas se detenga mucho antes de la pérdida de los océanos. debido al enfriamiento gradual del núcleo de la Tierra, que podría ocurrir en tan sólo 500 millones de años. Potencialmente, esto podría convertir la Tierra nuevamente en un mundo acuático, e incluso tal vez ahogar toda la vida terrestre restante. [96]
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 , bajando así la temperatura de la superficie. Esto podría ocurrir si 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 que es suficiente para duplicar efectivamente la presión atmosférica actual si se liberara. Esta tasa de eliminación sería suficiente para contrarrestar los efectos del aumento de la luminosidad solar durante los próximos dos mil millones de años. [85]
Dentro de 2.800 millones de años, 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 las condiciones extremas. Lo que suceda más allá de esto depende de cuánta agua quede en la superficie. Si toda el agua de la Tierra se ha evaporado en este punto (a través del "invernadero húmedo" a aproximadamente 1 Gyr a partir de ahora), el planeta permanecerá en las mismas condiciones con un aumento constante en la temperatura de la superficie hasta que el Sol se convierta en una gigante roja. . [92] Si no es así y todavía quedan bolsas de agua que se evaporan demasiado lentamente, en unos 3 a 4 mil millones de años, una vez que la cantidad de vapor de agua en la atmósfera inferior aumente al 40% y la luminosidad del Sol alcanza entre un 35% y un 40% más que su valor actual, [93] se producirá un efecto de "invernadero desbocado", 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. [94] [92] Sin embargo, se espera que la mayor parte de la atmósfera se retenga hasta que el Sol haya entrado en la etapa de gigante roja. [97]
Con la extinción de la vida, dentro de 2.800 millones de años, se espera que las biofirmas de la Tierra desaparezcan y sean reemplazadas por firmas causadas por procesos no biológicos. [81]
Una vez que el Sol pase 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 constantemente durante los siguientes mil millones de años hasta alcanzar 2.730 veces su luminosidad actual a la edad de 12.167 millones de años. La mayor parte de la atmósfera de la Tierra se perderá en el espacio. Su superficie consistirá en un océano de lava con continentes flotantes de metales y óxidos metálicos y icebergs de materiales refractarios , con una temperatura superficial que alcanzará más de 2.400 K (2.130 °C; 3.860 °F). [98] El Sol experimentará una pérdida de masa más rápida, con aproximadamente el 33% de su masa total perdida con el viento solar . La pérdida de masa supondrá que las órbitas de los planetas se expandirán. La distancia orbital de la Tierra aumentará hasta como máximo el 150% de su valor actual (es decir, 1,5 AU (220 millones de kilómetros; 140 millones de millas)). [17]
La parte más rápida de la expansión del Sol hasta convertirse en una gigante roja ocurrirá durante las etapas finales, cuando el Sol tendrá unos 12 mil millones de años. Es probable que se expanda para tragarse tanto a Mercurio como a Venus, alcanzando un radio máximo de 1,2 AU (180 millones de kilómetros ; 110 millones de millas ). La Tierra interactuará en forma de marea con la atmósfera exterior del Sol, lo que disminuiría el radio orbital de la Tierra. La resistencia de la cromosfera del Sol reduciría la órbita de la Tierra. Estos efectos contrarrestarán el impacto de la pérdida de masa del Sol, y el Sol probablemente engullirá la Tierra dentro de unos 7.590 millones de años. [17]
La resistencia de la atmósfera solar puede provocar que la órbita de la Luna se desintegre. 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 , lo que significa que la interacción de las mareas con la Tierra rompería la Luna, convirtiéndola en un sistema de anillos . La mayoría de los anillos en órbita comenzarán a desintegrarse y los escombros impactarán la Tierra. Por lo tanto, incluso si el Sol no se traga la Tierra, el planeta podría quedarse sin luna. [99] Además, la ablación y vaporización provocadas por su caída en una trayectoria de descomposición hacia el Sol pueden eliminar el manto de la Tierra, dejando sólo su núcleo, que finalmente será destruido después de como máximo 200 años. [100] [101] El único legado de la Tierra será un aumento muy ligero (0,01%) de la metalicidad solar después de este evento. [102] : CII
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Después de fusionar el helio de su núcleo con carbono , el Sol comenzará a colapsar nuevamente, evolucionando hacia una estrella enana blanca compacta después de expulsar su atmósfera exterior como una nebulosa planetaria . La masa final prevista es el 54% del valor actual y probablemente consista principalmente en carbono y oxígeno. [1]
Actualmente, la Luna se aleja de la Tierra a un ritmo de 4 cm (1,6 pulgadas) por año. Dentro de 50 mil millones de años, si la Tierra y la Luna no son engullidas por el Sol, quedarán atrapadas en una órbita más grande y estable, en la que cada una mostrará sólo una cara a la otra. [103] [104] [105] A partir de entonces, la acción de marea del Sol extraerá momento angular del sistema, provocando que la órbita de la Luna decaiga y la rotación de la Tierra se acelere. [106] En unos 65 mil millones de años, se estima que la Luna podría colisionar con la Tierra, debido a que la energía restante del sistema Tierra-Luna será minada por el Sol remanente, lo que provocará que la Luna se mueva lentamente hacia la Tierra. [107]
Más allá de este punto, el destino final de la Tierra (si sobrevive) depende de lo que suceda. En una escala de tiempo de 10 15 (1 billón) de años, los planetas restantes del Sistema Solar serán expulsados del sistema por encuentros cercanos con otros remanentes estelares, y la Tierra continuará orbitando a través de la galaxia durante alrededor de 10 19 años antes de ser expulsado o cae en un agujero negro supermasivo . Si la Tierra no es expulsada durante un encuentro estelar, entonces su órbita decaerá debido a la radiación gravitacional hasta que colisione con el Sol en 10 20 (100 quintillones) de años. [108] Si puede ocurrir la desintegración de protones y la Tierra es expulsada al espacio intergaláctico, entonces durará alrededor de 10 38 (100 undecillones) de años antes de evaporarse en radiación. [109]
