Dünya'nın geleceği

Dünya'nın geleceği konusunda birçok uzun vadeli etmenin muhtelif etkilerine dayanarak biyolojik ve jeolojik çıkarımlar yapılabilir. Bu etmenler Dünya yüzeyindeki kimyayı, gezegenin iç soğuma oranını, Güneş Sistemi'ndeki diğer nesnelerle yerçekimi etkileşimlerini ve Güneş'in parlaklığında sürekli bir artışı içerir. Bu ekstrapolasyondaki belirsiz faktör, gezegende değişimlere neden olabilecek iklim mühendisliği gibi insan teknolojilerinin sürekli etkisidir. Sonuçları beş milyon yıl sürebilecek mevcut Holosen yok oluşuna teknoloji neden olmaktadır. Ayrıca teknolojinin, insanlığın yok olmasına yol açabileceği ve gezegeni, yalnızca uzun vadeli doğal süreçlerden kaynaklı daha yavaş bir evrimsel hıza geri döndürebileceği de düşünülmektedir.
Göksel olaylar yüz milyonlarca yıllık zaman aralıklarında biyosfer için küresel bir risk oluşturarak kitlesel yok oluşlara neden olabilir. Bu riskler, kuyruklu yıldız veya asteroit çarpmaları ve süpernova olarak adlandırılan yıldız patlamalarının 100 ışık yılı güneş yarıçapı içinde gerçekleşme olasılıklarından oluşur, diğer jeolojik etmenler ise daha öngörülebilirdir. Milankovitch teorisi, gezegenin en azından Kuvaterner buzullaşması sona erene kadar buzul dönemlerine devam edeceğini tahmin etmektedir, bu dönemler ise dışmerkezlilik, eksen eğikliği ve Dünya yörüngesinin salınım değişikliklerinden kaynaklanır. Devam eden süperkıta döngüsünün bir parçası olarak levha tektoniği muhtemelen 250-350 milyon yıl içinde süperkıta oluşumuna sebebiyet verecektir. Gelecek 1,5-4,5 milyar yıl içinde ise Dünya'nın eksen eğikliği, 90'ye kadar olan değişiklikler sergileyerek kaotik bir değişkenlik içerisine girebilir.
Güneş'in parlaklığı sürekli artarak yeryüzüne ulaşan Güneş radyasyonunda artışa sebep olacaktır. Bu, silikat minerallerinin daha yüksek bir oranda ayrışmasına neden olarak atmosferdeki karbondioksit seviyesinde azalmayla sonuçlanacaktır. Yaklaşık 600 milyon yıl sonra karbondioksit seviyesi ağaçların kullandığı C3 karbon tutulumu mekanizması için ihtiyaç duyulan seviyenin altına düşecektir; bazı bitkiler ise 10 ppm'e kadar düşük karbondioksit derişimi sağlayan bir yöntem olan C4 karbon tutulumu mekanizmasını kullanmaktadır. Yine de uzun vadeli gidişat bitki yaşamının tamamen son bulması yönündedir; Dünya'daki besin zincirinin temeli olan bitkilerin yok olması, neredeyse tüm hayvan yaşamının ölümü ile zincirleme bir reaksiyon gösterecektir.
Yaklaşık bir milyar yıl içinde Güneş'in parlaklığı şu ankinden %10 daha yüksek olacaktır. Bu, atmosferin nemli sera haline gelip okyanusların kaçak buharlaşmasına neden olacak ve muhtemel bir sonuç olarak tüm karbon döngüsü ile levha tektoniği sona erecektir. Bu olaydan sonra yaklaşık 2-3 milyar yıl içinde gezegenin manyetik dinamosunun durma ihtimali vardır. Bu, manyetosferin bozulmasına neden olarak dış atmosferden hızlanan bir uçucu kaybına yol açabilir. Bundan dört milyar yıl sonra, Dünya'nın yüzey sıcaklığındaki artış kaçak sera etkisine neden olarak yüzeyi eritecek kadar ısıtacak, bu noktada gezegendeki tüm yaşam son bulmuş olacaktır. Dünya'nın olası kaderi ise, 7,5 milyar yıl içinde, Güneş'in kırmızı dev yıldız evresine girmesiyle gezegenin mevcut yörüngesinin ötesine genişlemesinden itibaren, Güneş tarafından yutulmasıdır.
İnsan etkisi
İnsan nüfusu, Dünya ekosistemlerinin çoğunluğuna hakimdir. Bu egemenlik, birçok türden canlının kitlesel ölçekte yok oluşuna ve günümüz jeolojik çağının, Holosen yok oluşu olarak anılmasına sebep olmuştur. Holosen yok oluşu; habitat tahribatı, istilacı türlerin yaygın dağılımı, avcılık ve iklim değişikliğinin sonucudur.
Memeli, kuş, balık, amfibi ve sürüngen türlerinin popülasyonu, 1970 yılından itibaren ortalama %68'lik bir düşüş yaşamıştır. Bu, 50 yıldan kısa bir süre içerisinde vahşi türlerin yarısından fazlasının neslinin tükendiği anlamına gelir. Mevcut durumda, Dünya'daki tüm türlerin %27'sine denk gelen 32.000'den fazla tür, neslinin tükenmesi riski altındadır. Ayrıca, Birleşmiş Milletler Biyoçeşitlilik ve Ekosistem Hizmetleri Hükumetlerarası Bilim-Politika Platformu'nun 2019'da hazırladığı raporuna göre insan faaliyetleri sonucunda bir milyona varan bitki ve hayvan türü, neslinin tükenmesiyle karşı karşıyadır. Günümüzde insan faaliyetlerinin gezegen yüzeyi üzerinde önemli etkileri bulunmaktadır; kara yüzeyinin %70'inden fazlası beşeri eylemler sonucu değiştirilmiştir ve insanlar küresel birincil üretimin yaklaşık %20'sini kullanmaktadır. Atmosferdeki karbondioksit derişimi ise Sanayi Devrimi'nin başlamasından bu yana %30'a yakın bir oranda artmıştır.
Kalıcı bir biyotik krizin sonuçlarının en az 5 milyon yıl süreceği tahmin edilmektedir. Zararlılar ve yabani otlar gibi fırsatçı türlerin çoğalmasının eşlik ettiği bu olay, biyoçeşitlilikte azalma ve biyomların homojenleşmesiyle sonuçlanabilir. Buna karşılık yeni türlerin de ortaya çıkma olasılığı vardır; özellikle insan egemen ekosistemlerde yaşamayı başaran taksonlar hızla birçok yeni türe dönüşebilir ve mikropların besin açısından zengin habitatlardaki artıştan fayda sağlaması muhtemeldir. Mevcut omurgalılardan başka yeni omurgalı türlerinin ortaya çıkması ise olasılık dışıdır ve muhtemelen besin zinciri kısalacaktır.
Gezegen üzerinde küresel etkisi olabilecek riskler için birden fazla senaryo vardır. İnsanlık açısından bakıldığında bunlar, insan soyunun hayatta kalabileceği riskler ve insan soyunu bitirebilecek riskler olarak ayrılabilir. İnsanlık için ölümcül senaryolarda yok oluş, insanlığın kendi eliyle meydana getirdiği tehlikeler olması muhtemeldir. Bunların arasında iklim değişikliği, nanoteknolojinin kötüye kullanılması, nükleer soykırım, insanüstü bir yapay zekayla savaş, genetik olarak tasarlanmış bir hastalık, bir fizik deneyinin yol açtığı felaketler sayılabilir. Yok oluşun sebebi ayrıca birçok doğal olay, salgın bir hastalık, asteroit veya kuyruklu yıldız çarpması, kaçak sera etkisi ve kaynak tükenmesi olabilir. Ayrıca Dünya dışı bir yaşam biçimi tarafından istila olasılığı da muhtemeldir. Kurulan bu senaryoların gerçeklik olasılıkları ise imkansız değilse bile zordur.
İnsan ırkının soyu tükenirse, insanlık tarafından inşa edilen yapılar bozulmaya başlayacaktır. Dünya'daki en büyük yapıların tahmini bozulma yarı ömrü yaklaşık bin yıldır; ayakta kalan son yapılar büyük olasılıkla açık maden ocakları, çöp sahaları, otoyollar, kanallar ve toprak dolgu setler olacak, Gize Piramitleri ya da Rushmore Dağı'ndaki heykeller gibi birkaç taş anıt ise binlerce yıl sonra bile ayakta kalacaktır.
Olası olaylar
Güneş, Samanyolu yörüngesinde dönerken gezegenler, Güneş Sistemi üzerinde yıkıcı bir etkiye neden olacak kadar yaklaşabilir, ve Güneş Sistemi'ne yakın bölgelerde gerçekleşen bir yıldız çarpışması Oort bulutundaki kuyruklu yıldızların günberi mesafelerinde azalmaya neden olabilir. Bu tür bir çarpışma, İç Güneş Sistemi'ne ulaşan kuyruklu yıldız sayısında 40 katlık bir artışı, kuyruklu yıldız çarpışmaları ise yeryüzünde yaşamın kitlesel olarak yok olmasını tetikleyebilir. Oort bulutundan gelen kuyruklu yıldızların Güneş yörüngesinde bir turu tamamlaması yaklaşık 30 milyon yıl sürebilir. Bu çarpışmalar ise ortalama 45 milyon yılda bir gerçekleşir, Güneş'in, Güneş Sistemi civarındaki bir yıldızla çarpışması için ortalama süre yaklaşık, bu da ~1,38 1010 yıl olan evrenin yaşından daha uzundur. Bu, Dünya'nın ömrü boyunca böyle bir olayın meydana gelme olasılığının düşük olduğuna dair bir gösterge olarak kabul edilebilir.
510 km veya daha büyük çaplı bir asteroit ya da kuyruklu yıldız çarpışmasından kaynaklanan enerji salınımı, küresel bir çevresel felaket oluşturmak ve türlerin yok olma sayısında istatistiksel olarak büyük bir artışa neden olmak için yeterlidir. Bir olaydan kaynaklanan zararlı etkiler arasında; birkaç ay boyunca nükleer kışa benzer şekilde gezegeni örten, Güneş ışığının Dünya yüzeyine doğrudan ulaşmasını engelleyen, böylece bir hafta içinde kara sıcaklıklarını yaklaşık 15 C düşürerek fotosentezi durduran kül bulutu bulunur. Büyük kütleli çarpışmalar arasındaki ortalama sürenin en az 100 milyon yıl olduğu tahmin edilmekte ve son 540 milyon yıl boyunca simülasyonlar, böyle bir çarpışma oranının 5 veya 6 kitlesel yok oluşa, 20-30 tane de daha küçük çaplı yok oluşa neden olmak için yeterli olduğunu göstermiştir. Bu tespit, Fanerozoik devir sırasındaki yok oluşların jeolojik kayıtları ile eşleştiği için bu tür olayların gelecekte de devam etmesi beklenmektedir.
Süpernova, bir yıldızın şiddetle patlaması olayıdır. Samanyolu galaksisinde süpernova patlamaları ortalama 25-100 yılda bir gerçekleşmektedir. Dünya tarihi boyunca, Dünya'ya yakın süpernova olarak bilinen, 100 ışık yılı uzaklıkta birçok olay meydana gelmiştir. Bu mesafe içindeki patlamaların gezegeni radyoizotoplarla kirletmesi ve biyosferi etkilemesi muhtemeldir. Bunlara ek olarak bir süpernova tarafından yayılan gama ışınları, atmosferdeki azotla reaksiyona girerek azot oksit üretir, bu moleküller ise Dünya'yı Güneş'ten gelen ultraviyole (UV) radyasyonlardan koruyan ozon tabakasının aşınmasına neden olur. UV-B radyasyonunda sadece %10-30'luk bir artış yaşam üzerinde kayda değer bir etkiye neden olmak için yeterlidir; özellikle de okyanus besin zincirinin temelini oluşturan fitoplankton için. 26 ışık yılı mesafedeki bir süpernova patlaması ozon tabaka yoğunluğunu yarıya indirecek ve 32 ışık yılı içinde, ortalama birkaç yüz milyon yılda bir süpernova patlaması meydana geldiğini düşünürsek birkaç yüzyıl içinde ozon tabakası muhtemelen tükenecektir. Sonraki iki milyar yıl boyunca ise 20 süpernovadan kaynaklı gama ışını patlamaları, gezegenin biyosferi üzerinde olumsuz bir etkiye neden olacaktır.
Gezegenler arasındaki tedirginliğin artış gösteren etkisi, İç Güneş Sistemi'nin bir bütün olarak uzun zaman dilimleri boyunca düzensiz davranmasına neden olur. Bu, birkaç milyon yıl veya daha kısa aralıklar içinde Güneş Sistemi'ni etkilemez; ancak milyarlarca yıl boyunca gezegen yörüngelerini öngörülemez hale getirir. Güneş Sistemi'nin evrimi hakkında bilgisayar simülasyonları, önümüzdeki beş milyar yıl içinde Merkür, Venüs veya Mars'ın Dünya ile çarpışma olasılığının %1'den düşük olduğunu göstermektedir. Aynı zaman diliminde Dünya'nın bir yıldız tarafından Güneş Sistemi'nden atılması ihtimali ise 1'de 105'tir. Böyle bir senaryoda, okyanuslar birkaç milyon yıl içinde katılaşacak ve sadece yerin yaklaşık 14 km altında, şu ankinden oldukça az miktarda su kalacaktır, ayrıca Dünya'nın bir ikili yıldız sistemi tarafından yakalanarak gezegenin biyosferinin bozulmadan kalması ihtimali ise 3 milyonda bir olsa da vardır.
Yörünge ve dönüş
Güneş Sistemi'ndeki diğer gezegenlerin tedirginliği, Dünya'nın yörüngesi ve dönüş yönünü değiştirebilir. Bu değişikliklerin gezegenin iklimini etkilemesi de olağandır. Bu tür etkileşimlere rağmen simülasyonlar, Dünya'nın yörüngesinin milyarlarca yıl boyunca istikrarlı olarak dinamik bir şekilde stabil kalmasının mümkün olduğunu göstermekte; Yapılan 1.600 simülasyonun tümünde, gezegenin yarı büyük ekseni, dış merkezliği ve yörünge eğikliği neredeyse sabit kalmıştır.
Buzullaşma
Tarihte buzul tabakalarının periyodik olarak kıtaların üst enlemlerini kapladığı döngüsel Buzul Çağları olmuştur. Buzul Çağları; okyanus akıntısı ve levha tektoniği tarafından uyarılan kara iklimindeki değişiklikler nedeniyle oluşabilir. Milankoviç teorisine göre buzul döngüleri, astronomik ve iklimsel geri besleme mekanizması faktörlerinin birleşmesi nedeniyle buzul çağlarında gerçekleşir. Birincil astronomik faktörler, normalden yüksek dış merkezlik, düşük eksen eğikliği ve yaz gündönümü ile aphelion arasındaki hizalamadır. Bu faktörler döngüsel olarak oluşur. Örneğin dış merkezlik, yaklaşık 100.000 ila 400.000 yıllık zaman döngüleri boyunca 0,01'den küçük bir orandan 0,05'lik bir orana kadar çıkarak değişiklik gösterir. Bu, gezegen yörüngesinin yarı küçük ekseninin, yarı büyük eksenin %99,95'inden %99,88'e düşmesine eşdeğerdir. Dış merkezliğin (e), yarı büyük eksen (a) ve yarı küçük eksen (b) ile ilişkisi şöyledir:
Dolayısıyla e = 0,01 için b/a = 0,9995, e = 0,05 için b/a = 0,99875'tir. Dünya, kuvaterner buzullaşması olarak bilinen ve şu anda Holosen interglasiyal döneminde olan bir buzul çağından geçmekte. Bu sürenin normalde yaklaşık 25.000 yıl içinde bitmesi beklenir ancak insanlar tarafından atmosfere karbondioksit salınımındaki artış, sonraki buzul döneminin başlangıcını en az 50.000-130.000 yıl geciktirebilir. Öte yandan kısa süreli bir küresel ısınma (fosil yakıt kullanımının 2.200 yılına kadar sona ereceği varsayımına dayanarak) muhtemelen buzul dönemini yaklaşık 5.000 yıl etkileyecektir. Bu nedenle birkaç yüzyıl içinde sera gazı emisyonunun neden olduğu kısa bir küresel ısınma dönemi, uzun vadede sınırlı bir etkiye sahip olacaktır.
Eğiklik
Ay'ın gelgitsel ivmesi Dünya'nın dönüş hızını yavaşlatarak Dünya ile Ay arasındaki mesafeyi arttırır. Çekirdek ile manto ve atmosfer ile yüzey arasındaki sürtünme etkileşimleri, Dünya'nın dönme enerjisini yok edebilir. Bu kombine etkilerin önümüzdeki 250 milyon yıl içinde gün uzunluğunu 1,5 saat, eksen eğikliğini ise yarım derece kadar arttırması beklenmektedir. Bunun sonucunda ise aynı zaman diliminde Ay'a olan mesafe yaklaşık 1,5 Dünya yarıçapı artacaktır.
Bilgisayar modellerinden alınan verilere göre Ay'ın varlığı, Dünya'nın eksenini stabilize etmekte, bu ise gezegenin radikal iklim değişikliklerinden kaçınmasına yardımcı olabilmektedir. Bu stabilite, Ay'ın Dünya dönüş ekseninin devinme oranını arttırması ve böylece dönüş devinmesi ile yörünge düzleminin devinmesi (yani ekliptiğin dönüş devinmesi) arasındaki rezonansı önlemesi ile oluşur. Bununla birlikte, Ay'ın yörüngesinin yarı büyük ekseni artmaya devam ettikçe bu stabilize edici etki azalacak ve bir noktada, tedirginlik etkileri muhtemelen Dünya'nın eğikliğinde değişikliklere neden olarak eksen eğikliğinin yörünge düzleminden 90'ye kadar büyük açılarla değişmesine neden olacaktır. Bu olayların ise günümüzden 1,5 ila 4,5 milyar yıl sonra gerçekleşmesi beklenmektedir.
Büyük açılı bir eğiklik, muhtemelen iklimde radikal değişikliklere neden olarak gezegenin yaşanabilirliğini yok edecektir. Dünya'nın eksen eğikliği 54'yi aştığında, Ekvator'daki yıllık güneşlenme kutuplardan daha az olacaktır. Böyle bir durumda gezegenin 10 milyon yıl boyunca 60 ila 90 arasında bir eğimde kalması beklenir.
Jeodinamikler
Tektonik temelli olaylar gelecekte de oluşmaya devam edecek ve yüzey; tektonik yükselme, ekstrüzif ve erozyon ile sürekli olarak yeniden şekillendirilecektir. Muhtemelen Vezüv Yanardağı önümüzdeki 1.000 yıl içinde yaklaşık 40 kez, Mauna Loa Dağı ise yaklaşık 200 kez patlayacaktır. 2030 yılında San Andreas Fay Hattı'nda yaklaşık 7 ila 8 büyüklüğünde, Dünya çapında ise 9 büyüklüğünde yaklaşık 50 deprem meydana gelecektir. Ayrıca Old Faithful Gayzeri muhtemelen etkinliğini kaybedecek ve Niagara Şelaleleri erozyondan dolayı yukarı doğru geri çekilmeye devam ederek yaklaşık 30.000-50.000 yıl içinde yok olacaktır ancak nehir hala etkinliğini sürdürecektir.
10.000 yıl içinde Baltık Denizi'nin buzul sonrası glasiyoizostazisi yaklaşık 90 m, Hudson Körfezi'nin derinliği ise aynı dönemde 100 m azalacak, 100.000 yıl sonra Hawaii adası yaklaşık 9 km kuzeybatıya kaymış olacaktır.
Kıtasal sürüklenme
Levha tektoniği teorisi, Dünya'daki kıtaların yılda birkaç santimetre oranında yüzey boyunca hareket ettiğini göstermektedir. Bunun gelecekte devam ederek levhaların yer değiştirmesine ve çarpışmasına neden olması beklenmekte. Kıtaların kaymasına iki faktör sebep olur: gezegen içindeki enerji üretimi ve bir hidrosferin varlığı. Her ikisinin de kaybı, kıtaların kaymasını durdurur. Radyojenik süreçlerle ısı üretimi, önümüzdeki 1,1 milyar yıl boyunca manto konveksiyonunu ve levha yitimini korumak için yeterlidir.
Günümüzde Kuzey ve Güney Amerika kıtaları, Afrika ve Avrupa'dan uzaklaşarak batıya doğru ilerlemektedir. Araştırmacılar tarafından bu sürecin gelecekte nasıl devam edeceğine dair çeşitli senaryolar kurgulanmıştır; bu jeodinamik modellemeler, okyanusal kabuğun bir kıta altında yaptığı yitim akıntısı ile ayırt edilebilir. İçe dönüklük modellemesinde, genç ve iç Atlas Okyanusu göreceli olarak çökerek Kuzey ve Güney Amerika'nın mevcut göçünü tersine çevirmektedir. Dışa dönüklük modellemesinde ise eski ve dış Büyük Okyanus göreceli olarak batmış durumdadır ve Kuzey ile Güney Amerika, Doğu Asya'ya göç etmektedir.
Jeodinamik anlayışı geliştikçe bu modellemeler revizyona tabi tutulacaktır. Örneğin 2008'de, önümüzdeki 100 milyon yıl boyunca manto konveksiyonunun yeniden düzenlenmesinin, Antarktika çevresinde; Afrika, Avrasya, Avustralya, Antarktika ve Güney Amerika'dan oluşan yeni bir süperkıta meydana getirip getirmeyeceğini öngörmek için bir bilgisayar simülasyonu kullanılmıştır.
Kıtasal göçün sonucuna bakılmaksızın süregelen yitim, suyun mantoya taşınmasına neden olur. Günümüzden bir milyar yıl sonrasına jeofizik bir modelleme, mevcut okyanus kütlesinin %27 azalacağını tahmin etmektedir ve bu süreç gelecekte değişmeden devam ederse mevcut okyanus kütlesi %65 azalarak yitim zonu dengelenecektir.
İçe dönüklük
Christopher Scotese önderliğindeki çalışma grubu, Paleomap Projesi kapsamında birkaç yüz milyon yıllık geleceğe yönelik öngörülen hareketleri planladı. Oluşturulan senaryoya göre 50 milyon yıl sonra Akdeniz'in yok olması; Avrupa ile Afrika arasındaki çarpışmanın, Basra Körfezi'nin şu anki konumuna kadar uzanan uzun bir dağlık alan oluşturması; Avustralya ile Endonezya'nın birleşmesi; Baja California'nın kıyı boyunca kuzeye doğru kayması; Kuzey ve Güney Amerika'nın doğu kıyılarında yeni yitim zonlarının görülmesi ve bu kıyı çizgileri boyunca dağ zincirleri oluşması; Antarktika'nın kuzeye doğru hareketinin, tüm buzul tabakalarını eritmesi; Grönland'daki buzul tabakalarının erimesi ile birlikte ortalama okyanus seviyesinin 90 m yükselmesi ve buna bağlı olarak kıtaların iç selleri de iklim değişikliklerine neden olması öngörülmektedir.
Senaryonun devam ettiği durumda, günümüzden 100 milyon yıl sonrasında, kıta yayılımı maksimum boyutuna ulaşacak ve kıtalar birleşmeye başlayacaktır. 250 milyon yıl içinde Kuzey Amerika, Afrika ile çarpışacak; Güney Amerika ise Afrika'nın güney ucuna dolanacaktır. Sonuç, Pangea Ultima olarak da adlandırılan, Büyük Okyanus'un gezegenin yarısını kapladığı yeni bir süperkıta oluşumu olacaktır. Antarktika ise buna bağlı olarak yönünü değiştirecek ve yeni bir buz örtüsü oluşturacak şekilde Güney Kutbuna geri dönecektir.
Dışa dönüklük
1992'de, Kuzey ve Güney Amerika kıtalarının Büyük Okyanus boyunca ilerlemeye devam edeceğini ve Asya ile birleşmeye başlayana kadar Sibirya etrafında döneceğini belirten, dolayısıyla mevcut kıta hareketlerini tahmin eden ilk bilim insanı, Harvard Üniversitesi'nden Kanadalı jeolog Paul F. Hoffman'dır. Ortaya çıkan süperkıta Amasia (Amatzya) olarak adlandırıldı. Daha sonra, 1990'larda Roy Livermore benzer bir senaryo hesaplayarak Antarktika'nın kuzeye göç etmeye başlayacağını ve Doğu Afrika'yla Madagaskar'ın Asya ile çarpışmak için Hint Okyanusu üzerinden geçeceğini tahmin etti.
Bir dışa dönüklük modelinde, Büyük Okyanus'un kaplanması yaklaşık 350 milyon yıl içinde tamamlanacaktır ve bu, mevcut süperkıta döngüsünün tamamlandığını gösterecektir; kıtalar, yaklaşık her 400-500 milyon yılda bir ayrılır ve yeniden birleşir. Süperkıta oluştuktan sonra, yitim zonu basamaksal büyüklüğe göre azaldıkça levha tektoniği bir hareketsizlik periyoduna girebilir. Bu stabilite süresi, süperkıtaların minimum ömrü olan her 100 milyon yılda bir, manto sıcaklığında 30-100 C artışa sebep olabilir. Buna bağlı olarak volkanik aktivite'nin artması da muhtemeldir.
Süperkıta
Süperkıta oluşumunun çevre üzerinde radikal değişimlere neden olması muhtemeldir. Levhaların çarpışması dağ oluşumuna neden olarak iklim döngülerini değiştirecek, ayrıca buzullaşmanın artması nedeniyle de deniz seviyeleri azalacaktır. Yüzeyde ayrışma oranının artmasıyla, muhtemelen organik maddelerin gömülme oranında bir artış olacaktır. Ayrıca süperkıtalar, küresel sıcaklıklarda bir düşüşe, atmosferik oksijende ise artışa neden olabilir ve iklimi de etkileyebilir. Tüm bu değişikliklerin ise, yeni nişler ortaya çıktıkça günümüze göre daha hızlı bir biyolojik evrim ile sonuçlanması muhtemeldir.
Süperkıta oluşumu mantoyu yalıtır. Isı akışı yoğunlaşarak volkanizma ve geniş alanların bazalt ile dolmasına neden olacak, çatlaklar oluşarak süperkıta bir kez daha bölünecektir. Sonrasında gezegen, muhtemelen Kretase dönemindeki gibi bir ısınma periyodu yaşayacaktır bu da önceki Pangea süperkıtasının bölünmesini işaret eder.
Dış çekirdeğin katılaşması
Dünya'nın demir açısından zengin çekirdek bölgesi, 1.220 km yarıçaplı katı bir iç çekirdeğe ve 3.480 km yarıçaplı sıvı bir dış çekirdeğe bölünmüştür. Dünya'nın dönüşü, dış çekirdek bölgesinde dinamo işlevi görerek konvektif girdaplar oluşturur. Bu, Dünya etrafında, Güneş rüzgarı parçacıklarını saptırarak atmosferin aşınmasını önleyen bir manyetosfer oluşturur. Çekirdek ısısı dışa doğru mantoya aktarıldıkça net eğilim, sıvı dış çekirdek bölgesinin iç sınırının donması yönünde olacak ve böylece termal enerji açığa çıkarak katı iç çekirdeğin büyümesine neden olacaktır. Bu demir kristalleştirme süreci yaklaşık bir milyar yıldır devam etmekte. Modern çağda iç çekirdeğin yarıçapı, dış çekirdek yarıçapında azalmaya neden olarak yılda ortalama kabaca 0,5 mm oranında genişlemektedir ve dinamoya güç sağlamak için ihtiyaç duyulan enerjinin neredeyse tamamı, bu, iç çekirdek biçimlenmesi süreci tarafından sağlanmaktadır.
İç çekirdeğin büyümesi, günümüzden 3-4 milyar yıl sonra dış çekirdeğin çoğunun muhtemelen tükenmesine neden olacak, bu da demir ve diğer ağır metallerden oluşan, neredeyse katı çekirdeğin büyümesinden geriye kalacak olan sıvı tabaka, nispeten daha hafif elementlerden oluşacaktır. Bu elementlerin daha az karışması dolayısıyla katılaşmayacak olan tabaka, katı çekirdeğe kıyasla zar inceliğinde olacaktır. Alternatif olarak, bir noktada levha tektoniği sona ererse, iç kısım daha verimsiz bir şekilde soğuyacak, bu da muhtemelen iç çekirdeğin büyümesini durduracaktır. Her iki durumda manyetik dinamonun kaybolmasıyla sonuçlanabilir; Dünya'nın manyetik alanı, işlevsel bir dinamo olmadan jeolojik olarak kısa bir süre olan yaklaşık 10.000 yıl içinde bozulacaktır. Manyetosferin kaybı, özellikle hidrojen olmak üzere hafif elementlerin, Dünya'nın dış atmosferinden uzaya doğru aşınmasında artışa neden olarak yaşam için daha az elverişli koşullara neden olacaktır.
Güneş'in evrimi
Güneş'teki enerji üretimi hidrojenin helyum ile termonükleer füzyonuna dayanır. Bu füzyon, proton-proton zincirleme reaksiyonu ile yıldızın çekirdek bölgesinde meydana gelir ve Güneş çekirdeğinde konveksiyon olmadığı için, helyum yoğunlaşması yıldızın bu bölgesinde oluşur. Güneş çekirdeğindeki sıcaklık, helyum atomlarının üç alfa süreci ile nükleer füzyonu için düşüktür, dolayısıyla bu atomlar Güneş'in hidrostatik dengesini korumak için gereken net enerji üretimine katkıda bulunamazlar.
Günümüzde Güneş'in çekirdeğindeki hidrojenin neredeyse yarısı tüketilmiştir, geri kalan atomlar ise esasen helyumdan oluşmaktadır. Birim kütle başına hidrojen atomu sayısı azaldıkça enerji üretimi nükleer füzyon yoluyla sağlanır. Bu, basınçta bir azalmaya yol açar ve artan yoğunluk ile sıcaklık, çekirdek basıncını yukarıdaki katmanlarla dengeye getirene kadar çekirdeğin büzüşmesine neden olur. Yüksek sıcaklık, kalan hidrojenin daha hızlı bir oranda füzyonuna neden olmasını sağlar, böylece dengeyi korumak için gereken enerjiyi üretir.
Bu sürecin sonucunda Güneş'in enerji üretiminde sürekli bir artış olmuştur. Güneş ilk defa anakol yıldız olduğunda, mevcut parlaklığının sadece %70'ini yaymış ve parlaklığı, bugüne kadar neredeyse doğrusal bir şekilde, her 110 milyon yılda bir %1 oranında artmıştır. Benzer şekilde üç milyar yıl sonra Güneş'in %33 daha parlak olması beklenmektedir. Çekirdekteki hidrojen yakıtı, Güneş'in günümüzden %67 daha parlak olacağı beş milyar yıl içinde tükenecek, daha sonra Güneş, parlaklığı mevcut değerin %121 üzerine çıkana kadar çekirdeğini çevreleyen bir kabukta hidrojen yakmaya devam edecektir. Bu, Güneş'in anakol ömrünün sonunu işaret eder; sonrasında altdev olacak ve evrilerek kırmızı dev haline gelecektir.
Bu zamana kadar Samanyolu ve Andromeda çarpışması sürecinin devam etmesi gerektiği ve bu sürecin, Güneş Sistemi'nin yeni ortaya çıkmış bir galaksiden fırtlatılmasına sebep olsa da Güneş veya gezegenleri üzerinde herhangi bir olumsuz etkiye sahip olma ihtimalinin düşük olduğu düşünülmektedir.
İklim etkisi
Sıcaklıklar arttıkça kimyasal süreçler hızlanarak silikat minerallerinin ayrışma oranı artacak ve kimyasal süreçler, karbondioksit gazını katı karbonatlara dönüştürdüğü için atmosferdeki karbondioksit seviyesinde düşüşe neden olacaktır. 600 milyon yıl içinde, C3 fotosentezi için ihtiyaç duyulan karbondioksit derişimi, yaklaşık 50 ppm olan eşiğin altına düşecek ve bu noktada, en son hayatta kalanlar iğne yapraklılar olmak üzere ağaçlar ve ormanlar, şu anki formları ile sağ kalamayacaklardır. Bitki yaşamındaki bu düşüşün; keskin bir düşüşten ziyade, 50 ppm'e ulaşılmadan önce ölümlerin birer birer gerçekleşerek, uzun vadeli bir düşüş olması muhtemeldir. Yok olan ilk bitkiler; C3 otsu bitkiler, ardından yaprak döken ormanlar, yaprak dökmeyen geniş yapraklı ormanlar ve son olarak yaprak dökmeyen açık tohumlu ağaçlar olacaktır. Tüm bunlara karşılık, C4 karbon tutulumu, 10 ppm'e kadar daha düşük derişimlerde devam edebilir. Bu nedenle C4 fotosentezi kullanan bitkiler, en az 0,8 milyar yıl ve muhtemelen 1,2 milyar yıl kadar yaşayabilirler, sonrasında ise yükselen sıcaklıklar biyosferin sürdürülemez olmasını sağlar. Günümüzde C4 bitkileri, Dünya bitki biyokütlesinin yaklaşık %5'ini ve bilinen bitki türlerinin %1'ini oluşturmaktadır. Örneğin tüm ot türlerinin (Buğdaygiller) yaklaşık %50'si, otsu Ispanakgiller familyasındaki birçok türde olduğu gibi C4 fotosentetik patikayı kullanır.
Karbondioksit seviyeleri, fotosentezin neredeyse sürdürülebilir olmadığı sınıra indiğinde, atmosferdeki karbondioksit oranının yukarı ve aşağı salınması beklenir. Bu, tektonik aktivite ile hayvan yaşamının oksijenli solunumu nedeniyle karbondioksit seviyesindeki her yükselişte toprak bitki örtüsünün büyümesine izin verecektir. Ancak atmosferde kalan karbonun çoğu yeryüzünde tutulduğundan, karadaki bitki yaşamı, uzun vadede tamamen ölme eğiliminde olsa da bazı mikroplar, 1 ppm kadar düşük karbondioksit derişimlerinde fotosentez yapabilme kabiliyetine sahiptir. Bu nedenle bu canlı-cansız yaşam formlarının yok olması yalnızca artan sıcaklıklar ve biyosferin kaybı nedeniyle olacaktır.
Bitkiler (ek olarak hayvanlar), fotosentetik işlemler için daha az karbondioksit gerektirme, etçil olma, kuruluğa adapte olma veya mantarlarla etkileşime girme gibi stratejiler geliştirerek daha uzun süre hayatta kalabilirler. Bu adaptasyonların, nemli seranın başlangıcına yakın bir zamanda ortaya çıkması muhtemeldir (bakınız Okyanusların kaybı). Daha yüksek bitki ömrünün kaybı, hayvanların solunumu, atmosferdeki kimyasal reaksiyonlar ve volkanik püskürmeler nedeniyle oksijenin yanı sıra ozon kaybına da neden olarak, DNA'ya zarar veren UV ışınlarının daha az zayıflamasına ve hayvanların ölümüne yol açacaktır. İlk yok olan hayvanlar muhtemelen büyük memeliler olacak ve onların ardından küçük memeliler, kuşlar, amfibiler, büyük balıklar, sürüngenler, küçük balıklar ve son olarak omurgasızlar gelecektir. Bu gerçekleşmeden önce yaşamın, daha az yüzey alanı yaşama uygun olan, yüksek rakımlara benzer şekilde düşük sıcaklıktaki refijyuma toplanması ve böylece nüfus büyüklüklerini kısıtlaması beklenir. Daha küçük hayvanlar, daha az oksijen gereksinimi nedeniyle büyük hayvanlara kıyasla daha rahat hayatta kalırken kuşlar ise uzun mesafelere seyahat etme yetenekleri sayesinde daha soğuk yerler arayarak memelilerden daha iyi bir yaşam sürerler. Atmosferdeki oksijen yarı ömrüne göre hayvan yaşamı, yüksek bitkilerin kaybından sonra en fazla 100 milyon yıl sürecektir ancak günümüzde oksijenin yarısı fitoplanktonlar tarafından üretildiği için daha uzun yaşamaları da muhtemeldir.
Yazarlar Peter D. Ward ve Donald Brownlee, Dünya Gezegeni'nin Yaşamı ve Ölümü adlı çalışmalarında, Dünya'daki bitki yaşamının çoğu yok olduktan sonra bile bir tür hayvan yaşamının devam edebileceğini savunarak, Britanya Kolumbiyası'nda bulunan Burgess Şeyli'nden fosil kalıntılarını, Kambriyen Patlaması'nın iklimini saptamak ve gelecekte gittikçe ısınan Güneş'in neden olduğu artan küresel sıcaklıklar ve azalan oksijen seviyelerinin, hayvan yaşamının tükenmesiyle sonuçlandığı zamanın iklimini tahmin etmek için kullandılar. İlk olarak; bazı böcek, kertenkele, kuş ve küçük memelilerin, deniz yaşamı ile birlikte hayatlarını muhtemelen sürdürmelerini beklemekte olan Ward ve Brownlee, bitkiler tarafından oksijen ikmali olmadan, hayvanların birkaç milyon yıl içinde muhtemelen boğulma nedeniyle öleceğine inanmaktadırlar. Atmosferde, bir çeşit fotosentezin kalması nedeniyle yeterli oksijen olsa bile, küresel sıcaklıktaki istikrarlı artış, biyolojik çeşitliliğin kademeli olarak yok olmasına yol açacaktır.
Sıcaklık artmaya devam ettikçe, hayvan yaşamının son türleri muhtemelen yeraltına doğru, kutuplara geçiş yaparak, ilk olarak kutup gecesi boyunca aktif olacak, kutup günü boyunca yoğun ısı nedeniyle yaz uykusuna yatacaklardır. Sıcaklıklar nedeniyle yüzeyin çoğu çöl haline gelecek ve yaşam öncelikle okyanuslarda sürecektir. Ancak karadan okyanuslara giren organik madde miktarında ve çözünmüş oksijendeki azalma nedeniyle deniz yaşamı da Dünya yüzeyine benzer bir yol izleyerek ortadan kalkacaktır. Bu süreç, tatlı su türlerinin kaybı ile başlayacak ve özellikle termitler gibi canlı bitkilere bağlı olmayan veya Riftia cinsi solucanlar gibi hidrotermal bacalara yakın omurgasızlarla son bulacaktır. Bu süreçlerin muhtemel bir sonucu olarak çok hücreli yaşam formlarının soyu yaklaşık 800 milyon yıl içinde tükenecek ve 1,3 milyar yıl içinde ökaryotlar yerini yalnızca prokaryotlara bırakacaktır.
Okyanusların kaybı
Günümüzdeki okyanusların bundan bir milyar yıl sonra yaklaşık %27'si mantoya batmış olacak. Bu batış sürecinin kesintisiz devam etmesine izin verilirse mevcut yüzey su rezervinin %65'inin yüzeyde kalacağı bir denge durumuna ulaşacaktır. Güneş'in parlaklığı mevcut değerinden %10 yükselirse, ortalama küresel yüzey sıcaklığı 320 K'e (47 C) yükselecek ve atmosfer, okyanusların kaçak buharlaşmasına yol açan "nemli bir sera" haline gelecektir. Bu noktada, gelecekteki Dünya'nın ortam modellemeleri, stratosferin artan su seviyeleri içerdiğini göstermektedir. Bu su molekülleri, Güneş UV'si ile fotodisosiyasyon yoluyla parçalanacak ve hidrojenin atmosferden kaçmasına izin verecektir. Bütün bunların ışığında günümüzden yaklaşık 1,1 milyar yıl sonra bütün denizlerin kuruyacağı öngürülmektedir.
Gelecekte ısınmanın iki sonucu olacaktır: su buharının troposfere egemen olduğu "nemli sera" ve su buharının atmosferin baskın bir bileşeni haline geldiği (okyanuslar çok yavaş buharlaşırsa) "kaçak sera". Okyanussuz bu çağda; su, derin kabuk ve mantodan sürekli olarak salındığı için yüzey rezervuarları olmaya devam edecektir, burada Dünya'nın bugünkü suyunun birkaç katına eşit miktarda su olduğu tahmin edilmektedir. Kutuplarda biraz su kalabilir ve nadiren yağmur fırtınaları olabilir ancak gezegen çoğunlukla Şili'deki Atacama Çölü gibi, ekvatorunu kaplayan kum tepelerini ve bir zamanlar okyanus tabanındaki tuz düzlükleri barındıran kuru bir çöl görünümdedir.
Bir yağlayıcı görevi görecek su olmadan levha tektoniği yüksek olasılıkla duracaktır ve jeolojik aktivitenin en görünür işaretleri, mantonun sıcak noktaları üzerinde bulunan kalkan volkanlar olacaktır. Bu kurak koşullarda gezegen, bazı mikrobik ve hatta çok hücreli bir yaşam sürdürebilir. Bu mikropların çoğu halofiller olacaktır ve Venüs'te olduğu öne sürüldüğü gibi atmosferde yaşam sürebileceklerdir. Bununla birlikte giderek artan aşırı koşullar, muhtemelen prokaryotların 1,6 milyar yıl ve 2,8 milyar yıl arasında yok olmasına yol açacak, son prokaryotlar ise yüksek enlemlerde, yüksekliklerde kalan su göletlerinde veya buzla kaplanmış mağaralarda yaşayacaklardır. Ancak yeraltı yaşamının daha uzun süreceği öngörülmektedir. Bundan sonra ne olacağı ise tektonik aktivite düzeyine bağlıdır. Volkanik püskürme ile düzenli bir karbondioksit salınımı, atmosferin Venüs gezegeni gibi bir "süper sera" durumuna girmesine neden olabilir ancak yukarıda belirtildiği gibi yüzey suyu olmadan, levha tektoniği muhtemelen duracaktır. Karbonatların çoğu, Güneş kırmızı dev evresine girene kadar ve parlaklığı, kayaçların karbondioksit salınımı yapmasına dek ısıtana kadar güvenli bir şekilde gömülecektir.
Daha düşük bir atmosfer basıncı sera etkisini azaltarak yüzey sıcaklığını düşürür. Bu nedenle atmosfer basıncı düşecek olsaydı okyanuslar, 2 milyar yıl kadar sonra kuruyabilirdi; doğal süreçler azotu atmosferden uzaklaştırırsa bu gerçekleşebilir. Organik çökeltiler üzerinde yapılan araştırmalar, son dört milyar yıl içinde atmosferden en az 100 kilopaskal (0,99 atm) azot uzaklaştığını göstermiştir yani serbest bırakılırsa mevcut atmosfer basıncını ikiye katlayacak kadar. Bu uzaklaştırma oranı, önümüzdeki iki milyar yıl boyunca artan güneş parlaklığının etkilerine karşı koymak için yeterli olacaktır.
2,8 milyar yıl sonra Dünya'nın yüzey sıcaklığı kutuplarda bile 422 K'e (149 C) ulaşmış olacak ve aşırı koşullar nedeniyle bu zamana kadar süregelmiş olan yaşam sona erecektir. Eğer dünyadaki suyun tamamı bu noktada buharlaşırsa Gezegen, Güneş kırmızı dev oluncaya kadar yüzey sıcaklığında sabit bir artışla aynı koşullarda kalacaktır. Eğer bu gerçekleşmezse yaklaşık 3-4 milyar yıl içinde alt atmosferdeki su buharı miktarı %40'a yükselecek ve Güneş'ten gelen parlaklık bugünkü değerinden %35-40 fazlasına ulaştığında bile nemli sera etkisi başlayacaktır. Atmosferin ısınmasına ve yüzey sıcaklığının 1.600 K civarında (1.330 C) yükselmesine neden olan kaçak sera etkisi ortaya çıkacaktır. Bu da gezegenin yüzeyini eritmek için yeterlidir. Ancak atmosferin çoğu, Güneş kırmızı dev evresine girene kadar korunacaktır.
Hayatın tükenmesiyle 2,8 milyar yıl sonra Dünya'da kimyasal fosillerin ortadan kalkması ve yerini biyolojik olmayan süreçlerin neden olduğu fosil izleriyle değiştirmesi beklenmektedir.
Kırmızı dev evresi
Güneş, hidrojeni çekirdeğinde yakmak yerine çekirdek etrafındaki kabukta yaktığında, çekirdek daralmaya başlar ve dış katman büyür. Güneş'in toplam parlaklığı, 12,167 milyar yılda mevcut parlaklığının 2.730 katına ulaşana kadar milyarlarca yıl boyunca istikrarlı bir şekilde artacaktır. Sonrasında Dünya atmosferinin çoğu uzaya karışacak ve 2.400K'den (2.130 C) yüksek olacak Dünya yüzeyi, refrakter malzemeler ve buzdağlarına benzer şekilde metaller veya metal oksitlerden oluşan yüzen kıtalara sahip bir lav okyanusuna neden olacaktır. Güneş, 1,9891 1030 kg olan toplam kütlesinin yaklaşık %33'ünün Güneş rüzgarı ile boşalmasıyla daha hızlı bir kütle kaybı yaşayacaktır; kütle kaybı, gezegenlerin yörüngelerinin genişleyeceği anlamına gelmektedir. Buna bağlı olarak Dünya'nın yörünge mesafesi ise mevcut değerinin %150'sine yükselecektir.
Güneş'in kırmızı dev evresine genişlemesinin en hızlı kısmı, Güneş'in yaklaşık 12 milyar yaşında olacağı son aşamalarda gerçekleşerek hem Merkür'ü hem de Venüs'ü yutacak şekilde genişleyecek ve maksimum 1,2 AU (180.000.000 km) yarıçapa ulaşacaktır. Dünya, kendi yörünge yarıçapının azalmasına neden olacak Güneş'in dış atmosferi ile gelgitsel etkileşime girecektir ve Güneş'in renk yuvarından sürüklenmek de Dünya'nın yörüngesini küçültecektir. Bu etkiler Güneş'in kütle kaybının neden olduğu faktörleri dengelemeye çalışacak ve Dünya muhtemelen Güneş tarafından yutulacaktır.
Güneş atmosferinden sürüklenme Ay yörüngesinde bozulmaya neden olabilir. Ay'ın yörüngesi 18.470 km mesafeye ulaştığında, Dünya'nın Roche limitini geçecektir. Bu, Dünya ile gelgitsel etkileşimin Ay'ı parçalayıp bir gezegen halkasına dönüştüreceği anlamına gelir ve yörüngesel halkanın çoğu bozulmaya başlayarak Dünya'ya çarpacaktır. Dolayısıyla, Dünya, Güneş tarafından yutulmasa bile muhtemelen Ay'sız kalacaktır. Güneşe karşı bozulan bir yörüngeye düşmesinden kaynaklanan ablasyon ve buharlaşma, Dünya'nın mantosunu kaldırıp sadece çekirdeğini bırakabilir ve en fazla 200 yıl sonra tamamen yok edebilir. Bu olaydan sonra Dünya'dan geriye kalan tek şey, Güneş'in metallikliğinde küçük bir artış (%0,01) olacaktır.
Kırmızı dev sonrası evre
Güneş, çekirdeğindeki helyumu karbonla birleştirdikten sonra tekrar küçülmeye başlayarak dış atmosferini gezegenimsi nebula olarak atacak sonrasında ise kompakt bir beyaz cüce yıldıza evrilecektir. Muhtemelen karbon ve oksijenden oluşacak tahmin edilen nihai kütlesi ise, mevcut kütlesinin %54,1'i kadar olacaktır.
Şu anda, Ay, Dünya'dan yılda 4 cm hızla uzaklaşmaktadır. 50 milyar yıl içerisinde eğer Dünya ve Ay, Güneş tarafından yutulmazsa kütleçekim kilidi olarak birbirlerine yalnızca tek bir yüzünü gösteren, daha büyük, istikrarlı bir yörüngeye dönüşeceklerdir. Daha sonra Güneş'in gelgit hareketi sistemden açısal momentum çıkaracak ve Ay'ın yörüngesinin bozulması ile Dünya'nın dönüşünün hızlanmasına neden olacaktır. Yaklaşık 65 milyar yıl içinde, Dünya-Ay sisteminin geri kalan enerjisinin, kalan Güneş tarafından emilmesi ve Ay'ın yavaşça içe doğru Dünya'ya hareket etmesine neden olması sonucunda, Ay'ın Dünya ile çarpışabileceği tahmin edilmektedir.
1019 (10 kentilyon) yıllık bir ölçekte, Güneş Sistemi'nde kalan gezegenler şiddetli gevşeme ile sistemden atılacaktır. Eğer Dünya, genişleyen kırmızı dev Güneş tarafından yok edilemez ve şiddetli gevşeme ile Güneş Sistemi'nden atılamazsa gezegenin nihai kaderi, yörüngesinin kütleçekimsel dalga nedeniyle bozularak kara cüce haline gelen Güneş ile çarpışması olacak ve bu durum 1020 (100 kentilyon) yıl içinde gerçekleşecektir.