Der globale Kohlenstoffkreislauf übt einen wesentlichen Einfluss auf das Erdklima aus. Dennoch hat das Leben auf der Erde in den letzten 3.7 Milliarden Jahren weitergemacht. Das Verständnis der Erdgeschichte, der langfristigen Auswirkungen des anthropogenen Klimawandels und der Bewohnbarkeit des Planeten hängt davon ab, wie das Klima auf geologischen Zeitskalen aufrechterhalten wird.
MIT Wissenschaftler haben bestätigt, dass die Erde über einen „stabilisierenden Rückkopplungsmechanismus“ verfügt, der über Millionen von Jahren funktioniert, um das Klima vom Rand zurückzuziehen und die globalen Temperaturen in einem stabilen, bewohnbaren Bereich zu halten.
Laut Wissenschaftlern handelt es sich bei diesem möglichen Mechanismus um die Silikatverwitterung. Es handelt sich um einen geologischen Prozess, bei dem die langsame und stetige Verwitterung von Silikatgesteinen chemische Reaktionen mit sich bringt, die letztendlich zu Unruhen führen Kohlendioxid aus der Atmosphäre in die Meeressedimente gelangen und das Gas in Steinen einschließen.
Wissenschaftler gingen lange davon aus, dass die Silikatverwitterung eine wichtige Rolle bei der Kontrolle des Klimawandels spielt Der Kohlenstoffkreislauf der Erde. Sein Mechanismus könnte eine geologisch konstante Kraft liefern, um Kohlendioxid – und die globalen Temperaturen – unter Kontrolle zu halten. Bisher wurden jedoch keine direkten Beweise für die kontinuierliche Wirkung einer solchen Rückkopplung beobachtet.
Für diese Studie untersuchten Wissenschaftler Paläoklimadaten, die Veränderungen der durchschnittlichen globalen Temperaturen in den letzten 66 Millionen Jahren aufzeichneten. Später ermittelte das Team mithilfe einer mathematischen Analyse, ob die Daten Muster erkennen ließen, die für Stabilisierungsphänomene charakteristisch sind, die die globalen Temperaturen auf einer geologischen Zeitskala zügeln.
Sie entdeckten, dass es über Hunderttausende Jahre hinweg tatsächlich ein konstantes Muster zu geben scheint, in dem die Temperaturschwankungen der Erde gezähmt werden. Die Dauer dieses Effekts ist vergleichbar mit den vorhergesagten Zeiträumen für die Silikatverwitterung.
Wissenschaftler untersuchten die Daten globaler Temperaturschwankungen im Laufe der geologischen Geschichte. Sie wollten bestätigen, ob tatsächlich stabilisierendes Feedback gewirkt hat. Sie nutzten eine Vielzahl globaler Temperaturaufzeichnungen, die von früheren Forschern erhalten wurden, darunter auch konservierte Antarktisches Eis Kerne und Daten zur chemischen Zusammensetzung prähistorischer Meeresfossilien und Muscheln.
Constantin Arnscheidt, ein Doktorand in der Abteilung für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften (EAPS) des MIT, sagte: „Diese ganze Studie ist nur möglich, weil es große Fortschritte bei der Verbesserung der Auflösung dieser Tiefsee-Temperaturaufzeichnungen gegeben hat. Jetzt verfügen wir über Daten, die 66 Millionen Jahre zurückreichen, wobei die Datenpunkte höchstens Tausende von Jahren auseinander liegen.“
Die mathematische Analyse, die die Wissenschaftler in der Studie verwendeten, umfasste stochastische Differentialgleichungen. Diese Gleichungen werden häufig verwendet, um Muster in stark schwankenden Datensätzen aufzudecken.
Arnscheidt erklärt, „Wir haben erkannt, dass diese Theorie Vorhersagen darüber macht, was man erwarten würde Die Temperatur der Erde Die Geschichte würde so aussehen, als hätte es in bestimmten Zeiträumen Rückmeldungen gegeben.“
Dank dieses Ansatzes konnten Wissenschaftler die Geschichte der globalen Durchschnittstemperaturen in den letzten 66 Millionen Jahren analysieren. Sie stellten außerdem fest, ob innerhalb jeder Zeitskala Muster einer stabilisierenden Rückkopplung auftraten.
Daniel Rothman, Professor für Geophysik am MIT, sagte: „In gewisser Weise ist es so, als würde Ihr Auto die Straße entlangrasen, und wenn Sie auf die Bremse treten, rutschen Sie lange, bevor Sie anhalten. Es gibt eine Zeitskala, über die Reibungswiderstand oder stabilisierende Rückkopplung einsetzt, wenn das System in einen stabilen Zustand zurückkehrt.“
Temperaturschwankungen sollten mit der Zeit zunehmen, ohne dass sich die Rückkopplung stabilisiert. Die Untersuchung des Teams ergab jedoch ein Regime, in dem sich die Veränderungen nicht verbesserten, was darauf hindeutet, dass ein Stabilisierungsmechanismus vorhanden war, bevor die Schwankungen übermäßig stark wurden. Die von Wissenschaftlern für die Silikatverwitterung vorhergesagten Hunderttausende von Jahren stimmen mit der Zeitskala für diesen stabilisierenden Effekt überein.
Wissenschaftler fanden heraus, dass die Daten keine stabilisierende Rückmeldung über längere Zeiträume zeigten. Das heißt, es scheint keinen wiederkehrenden Rückgang der globalen Temperaturen auf Zeitskalen von mehr als einer Million Jahren zu geben. Was hat dann über diese längeren Zeiträume hinweg die globalen Temperaturen unter Kontrolle gehalten?
Rothman sagte: „Man geht davon aus, dass der Zufall eine wichtige Rolle dabei gespielt haben könnte, warum nach mehr als drei Milliarden Jahren noch Leben existiert.“
Mit anderen Worten: Da die Temperaturen auf der Erde über längere Zeiträume schwanken, können diese Schwankungen im geologischen Sinne gerade so klein sein, dass sie in einem Bereich liegen, in dem eine stabilisierende Rückkopplung, wie z. B. Silikatverwitterung, das Klima regelmäßig unter Kontrolle halten könnte Genauer gesagt, innerhalb einer bewohnbaren Zone.
Journal Referenz:
- Constantin W. Arnscheidt et al. Vorhandensein oder Fehlen stabilisierender Rückkopplungen des Erdsystems auf verschiedenen Zeitskalen. Wissenschaft Fortschritte. DOI: 10.1126/sciadv.adc9241
