Il Sole è a metà della sua vita di fusione. Ha circa cinque miliardi di anni e, sebbene la sua vita sia lontana dall’essere finita, subirà alcuni cambiamenti significativi con l’età. Nei prossimi miliardi di anni, il Sole continuerà a brillare.
Ciò significa che ci saranno delle variazioni sulla Terra.

Mentre il Sole continua a fondere elio in idrogeno, il rapporto tra idrogeno ed elio nel suo nucleo cambia. Col passare del tempo, il nucleo diventa lentamente più arricchito in elio. Man mano che l’elio si accumula nel nucleo, la densità di quest’ultimo aumenta, il che significa che i protoni sono più strettamente impacchettati. Questo crea una situazione in cui il Sole può fondere l’idrogeno in modo più efficiente. Dopo una catena di reazioni e interazioni, il risultato finale è che la luminosità del Sole aumenta. La luminosità del Sole è già aumentata di circa il 30% dalla sua formazione, e l’illuminazione continuerà a crescere.
Qualsiasi aumento della luminosità del Sole può avere un effetto marcato sulla Terra. I cicli ambientali come quelli del carbonio, dell’azoto e del fosforo sostengono la biosfera terrestre. Con l’aumento della luminosità del Sole, questi cicli saranno influenzati, inclusi il ciclo carbonato-silicato, che modera l’accumulo di anidride carbonica (CO2) nell’atmosfera del pianeta.
Questo schema illustra la relazione tra i diversi processi fisici e chimici che compongono il ciclo carbonato-silicato. Nel pannello superiore, sono identificati i processi specifici, mentre nel pannello inferiore sono mostrati i feedback associati; le frecce verdi indicano un accoppiamento positivo, mentre le frecce gialle indicano un accoppiamento negativo. Credito Immagine: Di Gretashum – Lavoro proprio, CC BY-SA 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=79674633
Gli scienziati pensano che, nei prossimi miliardi di anni, il Sole in aumento di luminosità interromperà questo ciclo, portando a un abbassamento dei livelli di CO2. Le piante dipendono dalla CO2 e si prevede che i livelli scendano drasticamente, il che significa che la vita terrestre complessa potrebbe estinguersi nei prossimi miliardi di anni.
Si tratta di una prognosi cupa, ma nuove ricerche suggeriscono che potrebbe non avvenire.
Il nuovo studio è intitolato “Estensione sostanziale della durata della biosfera terrestre” ed è stato accettato per la pubblicazione nel Planetary Science Journal. È attualmente in pre-stampa e l’autore principale è R.J. Graham, un ricercatore post-dottorato nel Dipartimento delle Scienze Geofisiche all’Università di Chicago.

“Circa un miliardo di anni (Gyr) nel futuro, poiché il Sole diventa più luminoso, si prevede che il ciclo carbonato-silicato della Terra porti la CO2 al di sotto del livello minimo richiesto dalle piante terrestri vascolari, eliminando la maggior parte della vita terrestre macroscopica”, scrivono gli autori.
Man mano che le stelle come il nostro Sole invecchiano, diventano più luminose e più calde. Credito Immagine: ESO/L. Calçada
Con il Sole che illumina e riscalda la superficie terrestre, gli scienziati si aspettano che il ciclo carbonato-silicato estragga più CO2 dall’atmosfera a causa dell’erosione carbonato-silicatica e della sepoltura del carbonato. L’acqua piovana è arricchita di carbonio atmosferico, che reagisce con le rocce silicee e le scompone. I prodotti delle reazioni chimiche che le rompono trovano la loro strada verso il fondo dell’oceano, dove formano minerali carbonatici. Man mano che questi minerali vengono sepolti, rimuovono efficacemente il carbonio dall’atmosfera.
Normalmente, il ciclo funge da termostato naturale della Terra. Tuttavia, temperature più alte rendono le reazioni più efficienti, il che significa che il ciclo carbonato-silicato rimuoverà più CO2 dall’atmosfera. Questo ha portato gli scienziati a concludere che i livelli di CO2 diventeranno così bassi che la vita planetaria perirà. Tuttavia, gli autori hanno esaminato queste idee e hanno scoperto che potrebbe non funzionare in questo modo.
“Qui, accoppiamo modelli globali medi di produttività vegetale dipendente da temperatura e CO2 per piante C3 e C4, erosione silicea e clima per riesaminare il tempo rimanente per le piante terrestri”, scrivono. Le piante C3 e C4 sono due principali gruppi di piante classificati in base a come eseguono la fotosintesi e assorbono il carbonio. Sono rilevanti perché rispondono in modo diverso a temperature più elevate.
I ricercatori affermano che dati recenti mostrano che il ciclo carbonato-silicato non è così dipendente dalla temperatura come si pensava in precedenza. Invece, è solo debolmente dipendente dalla temperatura e più fortemente dipendente dalla CO2. In questo caso, “scopriamo che l’interazione tra clima, produttività e erosione fa sì che il futuro abbassamento della CO2 guidato dalla luminosità rallenti e si inverta temporaneamente, evitando l’assenza di CO2 per le piante”, spiegano.
Invece di un’aspettativa di vita vegetale sulla Terra di un miliardo di anni, i ricercatori dicono che i livelli di CO2 atmosferica significheranno che le piante avranno altri 1,6-1,86 miliardi di anni. Quando le piante non possono più sopravvivere, non sarà a causa della diminuzione dei livelli di CO2. Invece di carestia di CO2, sarà a causa di quella che gli scienziati chiamano la transizione verso una serra umida.
Quando quella transizione avviene, l’atmosfera di un pianeta diventa satura di vapore acqueo man mano che il pianeta si riscalda. Poiché il vapore acqueo è un potente gas serra, crea un feedback di ulteriore riscaldamento. Alla fine, fa troppo caldo perché le piante possano sopravvivere. Le conseguenze non finiscono qui. Man mano che l’alta atmosfera della Terra diventa più satura di vapore acqueo, l’energia UV separa l’acqua e l’idrogeno si disperde nello spazio. In questa situazione, si verifica una graduale e irreversibile perdita di acqua nello spazio.
Secondo gli autori, la Terra non sperimenterà questa transizione per un periodo compreso tra circa 1,6 e 1,86 miliardi di anni.
Questa fotografia astronautica mostra il cielo sopra il bacino amazzonico durante la stagione delle piogge. Credito Immagine: NASA
“Dimostriamo che dati recenti che indicano un’erosione silicea debolmente dipendente dalla temperatura portano alla previsione che la morte della biosfera deriva dal surriscaldamento, non dalla fame di CO2”, scrivono gli autori. “Questi risultati suggeriscono che la durata futura della complessa biosfera della Terra potrebbe essere quasi due volte superiore a quanto pensato in precedenza.”
Questi risultati influenzano anche la nostra comprensione dell’abitabilità degli esopianeti. Questo riguarda ciò che vengono chiamati ‘passaggi difficili’ nell’apparizione e nell’evoluzione della vita. Il modello dei passaggi difficili afferma che certe transizioni evolutive erano difficili e poco probabili da verificarsi due volte. Alcuni esempi sono l’apparizione di organismi multicellulari e l’esplosione del Cambriano.
Ma se la biosfera terrestre ha una durata molto più lunga di quanto pensato, ciò influisce sul modello dei passaggi difficili.
“Una maggiore durata futura per la complessa biosfera potrebbe anche fornire prove statistiche deboli che ci sono stati meno ‘passaggi difficili’ nell’evoluzione della vita intelligente di quanto stimato in precedenza e che l’origine della vita non è stata uno di quei passaggi difficili”, concludono gli autori.
Se questo è il caso, allora l’abitabilità degli esopianeti potrebbe essere meno rara di quanto si pensasse.