Die neuesten Forschungsergebnisse zeigen, dass Pflanzen auf der Erde ohne schwerwiegende äußere Eingriffe fast doppelt so lange überleben könnten wie bisher angenommen, und dass die Erde fast 1,9 Milliarden Jahre lang „grün bleiben“ kann. Die Ergebnisse stammen von zwei Forschern am Blue Marble Space, die Klimamodelle verwendeten, um die langfristigen Auswirkungen künftiger Zunahmen der Sonneneinstrahlung und Veränderungen der atmosphärischen Kohlendioxidkonzentrationen auf das Schicksal der Erdvegetation abzuschätzen.

Bisher hat die wissenschaftliche Gemeinschaft sehr unterschiedliche Schätzungen darüber abgegeben, wann die Pflanzenwelt auf der Erde aussterben wird: Einige Studien gehen davon aus, dass die Vegetation aufgrund der Umweltzerstörung in etwa 100 Millionen Jahren möglicherweise nicht mehr in der Lage sein wird, ihren Status quo aufrechtzuerhalten; Andere Modelle weisen darauf hin, dass Pflanzen möglicherweise noch etwa eine Milliarde Jahre überleben können. Das neueste in „JGR Atmospheres“ veröffentlichte Papier verschiebt diese Zeitgrenze noch weiter und geht davon aus, dass unter bestimmten Szenarien der letzte grüne Fleck auf der Erde möglicherweise erst vor etwa 1,87 Milliarden Jahren vollständig verschwindet.

Das Forschungsteam konzentrierte sich auf die Untersuchung zweier möglicher Entwicklungspfade: Der eine geht davon aus, dass die atmosphärische Kohlendioxidkonzentration im Allgemeinen in der Nähe des aktuellen Niveaus bleibt, während die Oberflächentemperaturen mit zunehmender Sonneneinstrahlung langsam ansteigen; die andere geht davon aus, dass das atmosphärische Kohlendioxid in den nächsten Milliarden Jahren aufgrund der beschleunigten „Auswaschung“ von Kohlenstoffelementen durch geologische Prozesse wie Verwitterung weiter abnehmen wird. Mithilfe von Klimamodellen führten sie zu verschiedenen Zeitpunkten Schlussfolgerungen durch, um zu messen, wie lange die Vegetation in einer Umgebung überleben konnte, die sich allmählich erwärmte und allmählich einen „Kohlenstoffmangel“ aufwies.

Unter dem Szenario, dass der Temperaturanstieg der dominierende Faktor ist, zeigt das Modell, dass die globale Durchschnittstemperatur in etwa 1,5 Milliarden Jahren langsam um etwa 20 Grad Celsius ansteigen wird. Nach etwa 500 Millionen Jahren wird sich die Erwärmung weiter beschleunigen und weitere 40 Grad Celsius erreichen. Durch diese langfristig hohe Temperatur wird die Oberflächenumgebung für Pflanzen immer rauer. Letztendlich werden selbst die tolerantesten Arten Schwierigkeiten haben zu überleben. Untersuchungen gehen davon aus, dass Pflanzengemeinschaften vor etwa 1,87 Milliarden Jahren vollständig verschwinden werden.

Wenn wir von einem anderen Weg ausgehen und davon ausgehen, dass geologische und klimatische Prozesse die Entfernung von Kohlendioxid aus der Atmosphäre beschleunigen, wird sich der wichtigste limitierende Faktor, dem Pflanzen ausgesetzt sind, von „Hitze“ zu „Hunger“ verlagern. In solchen Modellen könnte die atmosphärische Kohlendioxidkonzentration von derzeit knapp über 400 Teilen pro Million (etwa 400 ppm) in den nächsten Milliarden Jahren auf knapp über 30 ppm sinken. Für die überwiegende Mehrheit der Pflanzen, die auf Photosynthese angewiesen sind, sind solche Kohlenstoffquellen äußerst knapp. Selbst nach den optimistischsten Schätzungen wird es für sie nach 1,84 Milliarden Jahren schwierig sein, weiterhin normal zu wachsen.

Unabhängig davon, ob sie durch hohe Temperaturen „zu Tode gebacken“ werden oder in einer „Kohlenstoffhunger“ allmählich verdorren, deuten Untersuchungen darauf hin, dass Pflanzen und komplexe Ökosysteme auf der Erde in den nächsten zwei Milliarden Jahren wahrscheinlich vor Ablauf der Frist aussterben werden. Früher, wenn die Sonneneinstrahlung weiter zunimmt, könnte der globale Ozean in etwa 1,5 Milliarden Jahren erheblich verdampfen, und die einzigen verbleibenden Wasserkörper werden an der Oberfläche in Form verstreuter „Wassertaschen“ existieren, die den Lebensraum für die Vegetation weiter verdichten.

Doch selbst wenn Oberflächenpflanzen aufgrund von Umweltextremen vollständig verschwinden, kommt das Ende ihres Lebens möglicherweise nicht sofort. Einige frühere Theorien und Simulationen haben gezeigt, dass Mikroorganismen in tiefen unterirdischen Umgebungen möglicherweise noch über einen längeren Zeitraum überleben und den „Todesatem“ der Biosphäre der Erde um eine weitere Milliarde Jahre verzögern. Solche Lebensformen können sich in extrem kargen Umgebungen mit hohen Temperaturen weiter entwickeln und sind dabei auf Grundwasser, chemische Reaktionen im Gestein und schwache Energiequellen angewiesen.

Der Autor der Studie wies auch darauf hin, dass diese Reihe von Schlussfolgerungen unter der Prämisse „kein externer Eingriff“ durchgeführt wurde, was bedeutet, dass Menschen oder andere potenzielle intelligente Lebewesen in Zukunft keine groß angelegten technischen Veränderungen an der Umwelt der Erde vornehmen werden. Tatsächlich gibt es die Idee, die bewohnbare Zeit durch „Geoengineering“ oder „Cosmic Engineering“ zu verlängern, beispielsweise durch die Änderung der Erdumlaufbahn, die Anpassung der Zusammensetzung der Atmosphäre oder die Anlage von Sonnenschutzstrukturen, um der Biosphäre zusätzliche Überlebenszeit zu verschaffen. Im Gegenteil, menschliches Verhalten wie der übermäßige Ausstoß von Treibhausgasen kann kurzfristig auch den Niedergang einiger Ökosysteme beschleunigen und dem langfristigen Schicksal weitere Variablen hinzufügen.

Der Autor betont, dass das aktuelle Photosynthesesystem hinsichtlich der Nutzung von Kohlenstoffquellen und der Hitzetoleranz stark an die bestehende Umwelt angepasst wurde, die zukünftige Entwicklung jedoch möglicherweise immer noch neue Mechanismen mit sich bringt, die über das hinausgehen, was man sich heute vorstellt. Beispielsweise können neue Photosynthesewege und extrem dürre- und hitzetolerante Pflanzenstrukturen die „Ziellinie“ des grünen Lebens auf der Erde in gewissem Maße neu definieren. Allerdings ist es im großräumigen Kontext, der von der Sonnenentwicklung, der Zusammensetzung der Atmosphäre und geologischen Prozessen dominiert wird, schwierig, jede biologische Verbesserung vollständig den Zwängen physikalischer und chemischer Grenzen zu entziehen.

Aus astronomischer Sicht wird sich die Sonne in Milliarden von Jahren zu einem Roten Riesen entwickeln und schließlich die inneren Planeten, einschließlich der Erde, einbeziehen oder verbrennen, bis sie unbewohnbar sind. Dies wird als das ultimative Schicksal der Erde angesehen. Was die neuesten Forschungsergebnisse zeigen, ist ein langer und relativ klarer „Countdown“, den das Leben auf der Erdoberfläche, insbesondere in der Pflanzenwelt, bis zu diesem endgültigen Finale durchlaufen wird. Auf dieser Zeitskala ist die menschliche Zivilisation nur ein sehr kurzer Moment, aber ihr Einfluss auf die Zukunft der Ökologie der Erde kann weit über ihre eigene Existenz hinausgehen.

Aus Sicht der Wissenschaftler stellen solche Langzeitvorhersagen nicht nur eine akademische Diskussion der Planetenentwicklung dar, sondern bieten uns auch eine einzigartige Perspektive auf aktuelle Umweltthemen. Wenn wir uns über den Klimawandel und die ökologische Zerstörung in den letzten Jahrzehnten und Jahrhunderten Sorgen machen, erinnert die Existenz einer langfristigen „grünen Ziellinie“ die Menschheit daran, dass die Erhaltung einer Welt, die für die Reproduktion des komplexen Lebens selbst geeignet ist, eine kostbare und fragile Chance ist. Irgendwann in ferner Zukunft, wenn das letzte Blatt in einer Umgebung mit hohen Temperaturen und wenig Kohlenstoff verwelkt, wird sich die Erde von ihrem milliardenjährigen „grünen Kapitel“ verabschieden, und genau dieses wissenschaftliche Bild versucht die aktuelle Forschung zu zeichnen.