编者按
正如人一生终有尽头，地球同样会迎来终结的一天。天文学和地球科学的最新研究指出，地球最终消亡可能会出现多种不同的情形。下面我们将讨论两种地球如果终结，可能会在什么时候发生，以及可能的终结方式。
情景1：超新星爆发
自身发出耀眼光芒的天体，如太阳，我们称之为“恒星”。目前，在太阳的核心区域，氢原子核不断地相互碰撞，合成为氦原子核。这一过程就是所谓的“核聚变反应”。正是通过这样的核聚变反应，太阳和其他恒星得以发出光芒。
恒星中的核聚变反应并不会永远进行下去，因为像氢这种燃料元素终将耗尽。以太阳为例，预计在约80亿年后，它会耗尽燃料，失去光芒，最终沦为一个小的残骸。而对于质量超过太阳8倍的恒星，在核聚变反应停止后，它们会因为庞大的引力迅速收缩，即发生引力坍缩。在这一过程中，恒星核心会释放出巨大的热量和辐射能量，比如伽马射线和X射线等，引发壮观的超新星爆发。在这种爆发中，一颗恒星将在短短几秒钟之内爆发出与其整个生命周期释放的能量等量的能量。
·伽马射线暴将使地球变成“死亡之星”
当一颗恒星的质量至少是太阳的20倍，并且发生超新星爆发，它可能会释放出巨量的伽马射线。这一现象我们称之为“伽马射线暴”。假如这样的伽马射线暴在极其接近的距离直击地球，地球就可能面临毁灭的危险。
地球附近发生的超新星爆发想象图。由超新星爆发产生的宇宙高能伽马射线和X射线与地球大气上层的氧原子和氮原子发生碰撞，产生次级紫外线和辐射，这些可能会对地表生命造成严重影响。
伽马射线在穿越地球大气层时会被吸收，因此它们无法直接影响地面生命。尽管如此，如果伽马射线暴直接冲击地球，可能对臭氧层造成破坏。根据理论推测，假设伽马射线暴发生在距离地球约30光年的位置，那么地球的臭氧层将面临大规模消失的风险。没有充足的臭氧层保护，地球表面将遭受大量紫外线的直接照射。
紫外线的照射量增加会显著提高我们患皮肤癌与白内障的风险，后者是一种由于眼球晶状体混浊而导致视力下降的疾病。我们或许能通过躲藏到地下来避免紫外线的危害。但需要注意的是，紫外线能够破坏生物的DNA，也就是它们的遗传“设计图”。因此，一旦陆地上和浅海区的生物，包括动植物以及浮游生物等，长时间暴露于大量紫外线之下，它们的繁殖和适应环境的能力将会受到严重影响，甚至可能导致物种的灭绝。在这样的条件下，地表将不再适宜生物居住。
幸运的是，那种可能会引发生物大灭绝事件的、距离地球非常近的、可能发生超新星爆发的星体，目前尚不存在。目前认为，发生超新星爆发的可能性较高的猎户座中的恒星“参宿四”，距离地球大约640光年。目前尚不清楚参宿四是否会产生伽马射线暴。即使发生伽马射线暴，似乎其直接冲击地球的可能性也很低。伽马射线暴通常沿星体的自转方向（即自转轴）发射。但根据NASA和欧洲空间局（ESA）运营的哈勃空间望远镜的观测，参宿四的自转轴与地球的方向偏移了20°，因此人们认为它不太可能直击地球。
·要警惕来自约160光年之外的X射线
那么，我们是否需要担心超新星爆发呢？答案可能是并非绝对不需要。超新星爆发的激波将加热星体残骸和周围物质，从而释放出大量的X射线。根据美国伊利诺伊大学2023年4月发表的论文，即使是距离约160光年的超新星爆发，持续数十年向地球照射的X射线也有可能破坏掉臭氧层的30%。在这种情况下，到达地面的紫外线量可能增加一倍，可能导致生物大灭绝等严重后果。
此团队在2020年提出了一个假说，认为超新星爆发引起的臭氧层长期损坏可能是导致大约3亿7000万年前至3亿5900万年前发生的泥盆纪晚期大规模生物灭绝的原因。通过对泥盆纪晚期地层中植物孢子化石的研究，他们发现由于臭氧层损坏，紫外线可能对地球进行了大约30万年的持续照射。造成这一现象的可能是65光年外连续发生的多次超新星爆发，这些爆炸导致宇宙X射线长时间照射地球。尽管伽马射线暴直接击中地球的概率非常小，但关于超新星爆发产生的各种辐射效应还存在很多未知因素，这需要我们进行更多深入的研究。
情景2：氧气消耗
未来，地球上的氧气可能将逐渐消失，人类和许多其他生物都将面临“缺氧”的威胁。日本东邦大学与美国佐治亚理工学院的研究团队在2021年发表的研究报告指出，大约在10亿年之后，地球上的氧气浓度将会大幅度降低，多细胞生物包括我们人类的生存环境将变得异常艰难。这一机制相当复杂，接下来我们将详细阐述这个过程。
首先，我们要探究地球上为何拥有如此丰富的氧气。光合作用生物的进化是关键因素之一，它们能够将二氧化碳转化为氧气。但这背后隐藏着一个谜团。能进行光合作用的蓝藻的原始形态出现在大约30亿年前，而地球上的氧气浓度显著提高却发生在几亿年之后。据推测，氧气浓度在7亿～5亿年前达到了现今水平——即空气中约20%的比例。这意味着，除了光合生物的演变以外，还必须存在其他推动氧气浓度大幅增加的因素。长时间以来，这个推动因素一直是未解之谜。
大约30亿年前的地球的想象图。预计10亿年后地球的氧气和二氧化碳浓度将会下降，而甲烷的浓度会上升。这种大气成分比与氧气含量较少的地球早期环境相似。当空气中的甲烷浓度较高时，天空会呈现出朦胧的红色。
·岩石组成的变化为地球带来了氧气
日本东京大学等机构的研究团队在2016年揭示了地球历史上一个重要的谜团。他们发现，在大约27亿～25亿年前，大陆板块地壳的岩石从以铁和镁为主的镁铁质转变为以硅酸盐为主的长英质。镁铁质岩石易于和空气中的氧气反应，形成氧化物，当时植物通过光合作用释放的大量氧气大都用于了这一氧化过程。而与此相比，长英质岩石消耗氧气的能力仅为镁铁质岩石的百分之一。随着地壳岩石的这种转变，氧气得以在大气中累积，导致氧气浓度显著上升。
维持地球氧气浓度的关键在于地壳中的长英质岩。但随着太阳光变强和地球的温度上升，大气中的二氧化碳含量会逐渐降低。这一现象的背后是长英质岩内含的硅酸盐与大气中的二氧化碳发生化学反应，形成碳酸盐，这个过程被称为“化学风化作用”。随着气温的升高，这种反应会加速进行。因此，地球的变暖将导致长英质岩风化速度加快，进一步减少大气中的二氧化碳。如果长英质岩在全球范围内大量风化，空气中的二氧化碳浓度将显著下降，这可能会威胁到植物的光合作用。
·10亿年后氧气浓度将降至2%以下
东邦大学和佐治亚理工学院的研究团队在2021年的研究预测显示，可能在3亿年后，对大部分植物来说光合作用将变得不再可能，导致植物面临灭绝的风险。而据预计，到了10亿年后，大气中的氧气浓度将降低至2%以下。
如果氧气浓度真的降到了这个程度，依靠氧气进行呼吸的生物体将面临缺氧的困境，甚至可能导致物种灭绝。然而，像厌氧菌这样不需要氧气的生物，却有可能继续生存。实际上，地球原始大气的主要成分是二氧化碳，并无氧气。正是在这种环境下，地球上最早的生命形式——厌氧菌得以诞生。
因此，氧气的耗尽可以视为将地球生命历史归零。在没有氧气的地球上，只剩下厌氧菌生存，我们无法确定是否能够再次孕育出与现在相似的多元生态系统。然而，至少我们可以肯定，即使氧气耗尽，也不会导致地球上所有生物的彻底灭绝。
除了超新星爆发和氧气消耗，小行星碰撞、超级火山爆发、海水消失、太阳膨胀等也是地球可能终结的场景，面对这些潜在的危险，我们该如何应对？人类能否迁移到其他行星？欢迎阅读《科学世界》2025年第7期探索栏目——地球会怎样终结，解锁更多科学知识。
本文摘编自杂志2025年第7期，文章内容略有删改。
新媒体编辑 | 周濛