Nová štúdia zistila, že Zem mohla regulovať svoju teplotu počas tisícročí

V zemskej klíme došlo k niekoľkým veľkým zmenám, od globálneho vulkanizmu po ľadové doby ochladzujúce planétu a dramatické zmeny slnečného žiarenia. A predsa život pulzuje posledných 3,7 miliardy rokov.

Teraz štúdia výskumníkov z MIT vedecký pokrok potvrdzuje, že planéta ukrýva mechanizmus „stabilizačnej spätnej väzby“, ktorý funguje stovky tisíc rokov, aby stiahol klímu späť z okraja, globálna teplota V stabilnom, obývateľnom rozsahu.

Ako to dosiahne? Jedným z možných mechanizmov je „silikátové zvetrávanie“ – geologický proces, pri ktorom sa kremičitany podieľajú na pomalom a stálom zvetrávaní hornín. chemická reakcia Tie nakoniec vytlačia oxid uhličitý z atmosféry do oceánskych sedimentov a zachytia plyn v horninách.

Vedci už dlho predpokladajú, že silikátové zvetrávanie hrá hlavnú úlohu pri regulácii uhlíkového cyklu Zeme. Mechanizmus silikátového zvetrávania môže poskytnúť silu pri udržiavaní geologickej stability oxid uhličitý— a globálne otepľovanie — pod kontrolou. Doteraz však nikdy neexistoval priamy dôkaz o nepretržitom fungovaní takýchto spätných väzieb.

Nové zistenia sú založené na štúdii paleoklimatických údajov, ktoré zaznamenávajú zmeny priemernej globálnej teploty za posledných 66 miliónov rokov. Prihlásil sa tím MIT matematická analýza Ak chcete zistiť, či údaje odhalili nejaké vzory stabilizačných udalostí, ktoré riadia globálne teploty v geologických časových intervaloch.

Zistili, že sa skutočne zdá, že existuje konzistentný vzorec, v ktorom je Zem Teplota V priebehu stoviek tisíc rokov sa hojdačky namočia. Trvanie tohto efektu je podobné dobe, počas ktorej sa predpokladá pôsobenie silikátového zvetrávania.

Výsledky sú prvé, ktoré využívajú reálne údaje na potvrdenie existencie stabilnej reakcie, ktorej mechanizmom je pravdepodobne silikátové zvetrávanie. Táto stabilná reakcia by vysvetlila, ako Zem zostala obývateľná vďaka dramatickým klimatickým udalostiam v geologickej minulosti.

„Na jednej strane je to dobré, pretože vieme, že dnešné globálne otepľovanie bude nakoniec zrušené prostredníctvom tejto stabilizačnej spätnej väzby,“ hovorí Konstantin Arnscheidt, postgraduálny študent na Katedre zemských, atmosférických a planetárnych vied (EAPS) na MIT. „Ale na druhej strane, trvalo by to stovky tisíc rokov, kým by sa to stalo, takže nie dosť rýchlo na to, aby sa vyriešili problémy našej súčasnosti.“

Štúdiu napísali Arnscheidt a Daniel Rothman, profesor geofyziky na MIT.

konzistentnosť údajov

Vedci prvýkrát vidia známky klimaticky stabilizujúceho účinku v uhlíkovom cykle Zeme: Chemická analýza starých hornín odhaľuje toky uhlíka do a z povrchovej atmosféry Zeme zostali relatívne vyrovnané napriek dramatickým výkyvom globálnej teploty Is. Okrem toho modely silikátového zvetrávania predpovedajú, že tento proces by mal mať určitý stabilizačný účinok na globálnu klímu. A napokon skutočnosť trvalej obývateľnosti Zeme poukazuje na geologické výskumy niektorých základných extrémnych teplotných výkyvov.

„Máte planétu, ktorej klíma bola vystavená takým dramatickým vonkajším zmenám. Prečo život v tomto období prežil? Jedným z argumentov je, že potrebujeme nejaký druh stabilizačného mechanizmu na udržanie teploty vhodnej pre život,“ hovorí Arnscheidt. Huh. „Nikdy sa však z údajov nepreukázalo, že takýto mechanizmus dôsledne kontroloval klímu Zeme.“

Pri pohľade na údaje o kolísaní globálnej teploty počas geologickej histórie sa Earnscheidt a Rothman snažili potvrdiť, či stabilizačné spätné väzby skutočne fungujú. Pracovali so sériou globálnych teplotných záznamov, ktoré zostavili iní vedci zo zachovaných antarktických ľadových jadier, spolu s chemickým zložením starých morských fosílií a lastúr.

„Táto úplná štúdia je možná len preto, že sa dosiahol veľký pokrok v zlepšovaní rozlíšenia týchto hlbokooceánskych teplotných záznamov,“ poznamenal Arnscheidt. „Teraz máme údaje staré 66 miliónov rokov, pričom údaje sú od seba vzdialené tisíce rokov.“

rýchlo zastaviť

Na údaje tím použil matematickú teóriu stochastických diferenciálnych rovníc, ktorá sa bežne používa na odhaľovanie vzorov v široko kolísajúcich súboroch údajov.

„Uvedomili sme si, že táto teória predpovedá to, čo by ste očakávali od histórie teplôt Zeme ako reakcie pôsobiace v určitých časových intervaloch,“ vysvetľuje Arnscheidt.

Pomocou tohto prístupu tím analyzoval históriu priemernej globálnej teploty za posledných 66 miliónov rokov, aby zistil, či sa pri každej kalmane objavili nejaké vzory stabilizačnej spätnej väzby.

„Do istej miery máte pocit, že vaše auto uháňa po ceste rýchlosťou a keď použijete brzdy, dlho sa šmýkate, kým zastavíte,“ hovorí Rothman. „Existuje časový rámec, počas ktorého sa trecí odpor alebo statická reakcia spustí, keď sa systém vráti do rovnovážneho stavu.“

Bez stabilizačných spätných väzieb by sa výkyvy globálnej teploty mali časom zvyšovať. Analýza tímu však odhalila režim, v ktorom sa výkyvy nezvyšovali, čo znamená, že klíma bola ovládaná stabilným mechanizmom predtým, ako sa výkyvy príliš zväčšili. Načasovanie tohto stabilizačného účinku – stovky tisíc rokov – sa zhoduje s predpoveďami vedcov pre silikátové zvetrávanie.

Je zaujímavé, že Arnscheidt a Rothman zistili, že v dlhších časových intervaloch údaje neodhalili žiadnu stabilnú odpoveď. To znamená, že sa nezdá, že by došlo k nejakému opakovanému poklesu globálnej teploty v časovom horizonte dlhšom ako jeden milión rokov. Čo teda počas takého dlhého obdobia udržalo globálne teploty pod kontrolou?

„Existuje názor, že pravdepodobnosť mohla hrať hlavnú úlohu pri určovaní, prečo život stále existuje po viac ako 3 miliardách rokov,“ hovorí Rothman.

Inými slovami, keďže teplota Zeme kolíše počas dlhých časových období, tieto kolísania môžu byť v geologickom zmysle dostatočne malé na to, aby nastali v určitom časovom rozmedzí pre stabilnú reakciu, ako je napríklad silikátové zvetrávanie. – Dokáže udržať podnebie pod kontrolou včas . A mnoho ďalších v obývateľnej zóne.

„Existujú dva tábory: jedni hovoria, že náhoda je dostatočne dobrým vysvetlením a iní tvrdia, že musí existovať stabilizácia spätná väzba„Priamo z údajov sme dokázali, že odpoveď je pravdepodobne niekde uprostred,“ hovorí Arnscheidt. Inými slovami, došlo k určitej stabilizácii, ale aj čisté šťastie zohralo úlohu pri udržiavaní nepretržitej obývateľnosti Zeme.“

Tento príbeh je vytlačený s láskavým dovolením MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), populárna stránka, ktorá obsahuje novinky o výskume, inováciách a výučbe MIT.