地球氧化大气层的未来寿命

地球的现代大气层被高度氧化，是其表面生物圈的遥测信号。但是，地球大气中基于氧气的生物特征的寿命仍然不确定，尤其是在不久的将来。在这里，我们使用生物地球化学和气候相结合的模型来检查地球上富氧大气条件的可能时标。使用随机方法，我们发现，氧含量超过当前大气水平的1％以上的地球大气的平均未来寿命为1.08±1.44亿十亿年（1σ）。该模型预测，大气中的脱氧，大气中的O 2急剧下降至让人联想到古生地球的水平，很可能是在地球气候系统中出现潮湿的温室条件之前以及在地表水大量流失之前触发的。大气层。我们发现，未来的脱氧是太阳通量增加的必然结果，而其精确的时机却受到地幔与海洋-大气-地壳系统之间功率降低的交换通量的调节。我们的结果表明，碳酸盐-硅酸盐行星循环将趋于导致最终限制CO 2的生物圈和快速的大气脱氧，强调需要适用于弱氧化和缺氧的系外行星大气的健壮大气生物特征，并强调了大气有机霾的潜在重要性在行星可居住性的末期。

通过统计分析获得的数据可从https://doi.org/10.6084/m9.figshare.13487487.v1下载。本文提供了源数据。

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我们感谢E. Tajika，Y。Sekine，S。Kadoya，Y。Watanabe，G。Arney，S。D. Domagal-Goldman和E. W. Schwieterman的有益讨论。 K.O.感谢由大学空间研究协会在与NASA接触下管理的NASA天文生物学计划中NASA博士后计划的支持。这项工作得到了JSPS KAKENHI资助号JP20K04066的支持。 C.T.R.感谢NASA天文生物学研究所的支持（批准号13-13NAI7_2-0027）。我们感谢NASA系外行星系统科学（NExSS）（授权号80NSSC19KO461）。

a，陆地初级生产的温度依赖性（V T）48。b，陆地初级生产的CO 2依赖性（V CO 2）。 c，对于在10 -2.5到10 -1.5（f UV）之间不同的c UV假定值，地面初级产品的UV辐照度依赖性（以大气O 2表示）。 d，海洋初级生产者的温度依赖性（f T ocn）24。灰色区域表示通过随机方法探索的这些因素的范围。

a，放气因子f G. b，侵蚀因子f R.对于生代而言，采用了原始模型48的时间演化，而未来的演化则通过改变振幅和周期来探索（方程（34）和（35））。灰色区域表示通过随机方法探索的那些因素的不确定范围。

假设先验分布均匀，但OLR和TOA的不确定性除外，其中不确定性假定为高斯概率密度函数（此处列出1σ）。

a，太阳光度（按现代值归一化）。 b，大气的化学成分。蓝色，绿色和橙色线分别表示O 2，CO 2和CH 4。 c，整体表面温度。 d，全球净初级生产（NPP）。实线表示参考曲线（n = 0.73，m = 1，G = a R = J s org = J s py = J s Fe-ox = J s carb = J d CO2 = J d H2S = J d红色=ΔOLR=ΔTOA= 0，G * = 1250 Emol，C * = 5000 Emol，PYR * = 200 Emol，GYP * = 200 Emol，c UV = 0.01，T ref = 1400 K，T ref land = 25 C， LIFE = 0.15，FERT = 0.4，ACT = 0.09，P min = 10 ppmv，RUN sil = 0.038，（C org / P org）缺氧= 20×（C org / P org）有氧），而虚线（f G = 1，f R = 1），点线（不带陆地植物），点划线（（C org / P org）无氧= 2×（C org / P org）有氧）和灰色（恒定太阳光度）线代表灵敏度实验（参数是在参考情况下设置的，否则注明）。潘= han生代。源数据

与扩展数据图4相同，而虚线（ACT = 0.135）和虚线（ACT = 0.05）表示灵敏度实验（参数在参考情况下设置，否则另有说明）。由于耐候性对大气CO 2水平，全球气候和生物圈响应的影响之间存在折衷关系，因此，未来寿命对陆地可湿性的不确定性不敏感。潘= han生代。源数据

a，太阳光度（按现代值归一化）。 b，大气的化学成分。蓝色，绿色和橙色线分别表示O 2，CO 2和CH 4。 c，整体表面温度。 d，全球净初级生产（NPP）。潘= han生代。

a，海洋中的P浓度，（b）海洋中的SO 4 2-含量，（c）地壳有机碳，（d）地壳碳酸盐碳，（e）地壳黄铁矿硫，（f）地壳石膏硫。

a，控制海洋生物圈活动的温度因子，T ref，（b）控制陆地生物圈活动的温度因子，T ref土地，（c）陆地植物的最低CO 2水平，P min，（d）径流因子 ，RUN sil，（e）活化能因子，ACT，（f）埋藏的缺氧沉积物的C org / P org比，（C org / P org）缺氧，（g）陆地植物的CO 2施肥因子，FERT， （h）无植被区的风化因子LIFE，（i）陆地生物圈的UV因子，c UV。 未来寿命对这些不确定的参数不敏感（参见图3b）。