تمارس دورة الكربون العالمية سيطرة كبيرة على مناخ الأرض. ومع ذلك، استمرت الحياة على الأرض في النبض طوال الـ 3.7 مليار سنة الماضية. إن فهم تاريخ الأرض، والآثار طويلة المدى لتغير المناخ الناتج عن النشاط البشري، وقابلية الكوكب للسكن يعتمد على كيفية الحفاظ على المناخ على المقاييس الزمنية الجيولوجية.
معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا أكد العلماء أن الأرض لديها آلية "ردود الفعل المستقرة" التي تعمل على مدى ملايين السنين لإبعاد المناخ عن الحافة والحفاظ على درجات الحرارة العالمية ضمن نطاق ثابت وصالح للسكن.
ووفقا للعلماء، فإن هذه الآلية المحتملة هي التجوية السيليكاتية. إنها عملية جيولوجية يتم من خلالها التجوية البطيئة والمستمرة لصخور السيليكات والتي تتضمن تفاعلات كيميائية تؤدي في النهاية إلى نشوء الصخور ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي إلى رواسب المحيطات، مما يؤدي إلى احتجاز الغاز في الحجارة.
لفترة طويلة، افترض العلماء أن التجوية السيليكاتية لها دور مهم في التحكم في دورة الكربون على الأرض. وقد توفر آليتها قوة جيولوجية ثابتة للتحكم في ثاني أكسيد الكربون ودرجات الحرارة العالمية. ومع ذلك، لم يتم ملاحظة أي دليل مباشر على استمرارية عمل مثل هذه التغذية الراجعة حتى الآن.
في هذه الدراسة، درس العلماء بيانات المناخ القديم التي سجلت التغيرات في متوسط درجات الحرارة العالمية على مدى 66 مليون سنة الماضية. وفي وقت لاحق، من خلال تطبيق تحليل رياضي، حدد الفريق ما إذا كانت البيانات قد كشفت عن أي أنماط مميزة لظواهر الاستقرار التي كبحت درجات الحرارة العالمية على نطاق زمني جيولوجي.
لقد اكتشفوا أنه على مدى مئات الآلاف من السنين، يبدو أن هناك بالفعل نمطًا ثابتًا يتم من خلاله ترويض تقلبات درجة حرارة الأرض. مدة هذا التأثير قابلة للمقارنة بالأطر الزمنية المتوقعة للتجوية السيليكاتية.
نظر العلماء إلى بيانات تقلبات درجات الحرارة العالمية عبر التاريخ الجيولوجي. لقد أرادوا التأكد مما إذا كانت ردود الفعل المستقرة تعمل بالفعل. واستخدموا مجموعة متنوعة من سجلات درجات الحرارة العالمية التي حصل عليها باحثون سابقون، بما في ذلك المحفوظة جليد القطب الجنوبي النوى والبيانات عن التركيب الكيميائي للحفريات والأصداف البحرية في عصور ما قبل التاريخ.
وقال قسطنطين أرنشايدت، طالب دراسات عليا في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (EAPS): "هذه الدراسة بأكملها ممكنة فقط بسبب التقدم الكبير الذي تم إحرازه في تحسين دقة سجلات درجات الحرارة في أعماق البحار. والآن لدينا بيانات تعود إلى 66 مليون سنة، مع وجود نقاط بيانات تفصل بينها آلاف السنين على الأكثر.
وتضمن التحليل الرياضي الذي استخدمه العلماء في الدراسة المعادلات التفاضلية العشوائية. تُستخدم هذه المعادلات بشكل شائع للكشف عن الأنماط في مجموعات البيانات المتقلبة على نطاق واسع.
يشرح أرنشايدت، "لقد أدركنا أن هذه النظرية تقدم تنبؤات لما تتوقعه درجة حرارة الأرض ليبدو التاريخ كما لو كانت هناك ردود فعل تعمل على فترات زمنية معينة.
وبفضل هذا النهج، تمكن العلماء من تحليل تاريخ متوسط درجات الحرارة العالمية على مدى 66 مليون سنة الماضية. كما قاموا بتحديد ما إذا كانت أي أنماط من ردود الفعل المستقرة قد ظهرت ضمن كل نطاق زمني.
وقال دانييل روثمان، أستاذ الجيوفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: "إلى حد ما، يبدو الأمر كما لو أن سيارتك تسير بسرعة في الشارع، وعندما تضغط على المكابح، تنزلق لفترة طويلة قبل أن تتوقف. هناك نطاق زمني تبدأ خلاله مقاومة الاحتكاك، أو ردود الفعل المستقرة، عندما يعود النظام إلى حالة مستقرة.
يجب أن تزداد تقلبات درجات الحرارة مع مرور الوقت دون تثبيت ردود الفعل. ومع ذلك، فقد حدد التحقيق الذي أجراه الفريق نظاماً لم تتحسن فيه التغييرات، مما يشير إلى وجود آلية لتحقيق الاستقرار قبل أن تصبح التقلبات مفرطة. مئات الآلاف من السنين التي تنبأ بها العلماء للتجوية السيليكاتية تتزامن مع الجدول الزمني لهذا التأثير المثبت.
ووجد العلماء أن البيانات لم تكشف عن أي ردود فعل استقرار على فترات زمنية أطول. وهذا يعني أنه لا يبدو أن هناك أي تراجع متكرر في درجات الحرارة العالمية على فترات زمنية أطول من مليون سنة. إذن، خلال هذه الفترات الزمنية الأطول، ما الذي أبقى درجات الحرارة العالمية تحت السيطرة؟
وقال روثمان "هناك فكرة مفادها أن الصدفة ربما لعبت دورًا رئيسيًا في تحديد سبب استمرار وجود الحياة بعد أكثر من 3 مليارات سنة."
بمعنى آخر، مع تقلب درجات حرارة الأرض على مدى فترات أطول، قد تكون هذه التقلبات صغيرة بما يكفي بالمعنى الجيولوجي لتكون ضمن نطاق يمكن لردود الفعل المستقرة، مثل التجوية السيليكاتية، أن تبقي المناخ تحت السيطرة بشكل دوري، و أكثر إلى هذه النقطة، داخل منطقة صالحة للسكن.
المرجع مجلة:
- قسطنطين دبليو أرنشايدت وآخرون. وجود أو عدم وجود ردود فعل استقرار نظام الأرض على نطاقات زمنية مختلفة. علم السلف. دوى: 10.1126/sciadv.adc9241
