چرخه جهانی کربن کنترل قابل توجهی بر آب و هوای زمین اعمال می کند. با این حال، زندگی روی زمین در 3.7 میلیارد سال گذشته به تپش ادامه داده است. درک تاریخ زمین، اثرات بلندمدت تغییرات آب و هوایی انسانی، و زیست‌پذیری سیاره‌ها به نحوه حفظ آب و هوا در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناسی بستگی دارد.
MIT دانشمندان تأیید کرده‌اند که زمین مکانیزم «بازخورد تثبیت‌کننده» دارد که در طی میلیون‌ها سال کار می‌کند تا آب و هوا را از لبه‌ها عقب ببرد و دمای جهانی را در محدوده ثابت و قابل سکونت حفظ کند.
به گفته دانشمندان، مکانیسم احتمالی هوازدگی سیلیکات است. این یک فرآیند زمین شناسی است که طی آن هوازدگی آهسته و پیوسته سنگ های سیلیکات شامل واکنش های شیمیایی می شود که در نهایت منجر به دی اکسید کربن خارج از جو و رسوبات اقیانوسی، گاز را در سنگ ها به دام می اندازد.
برای مدت طولانی، دانشمندان تصور می کردند که هوازدگی سیلیکات نقش مهمی در کنترل آن دارد چرخه کربن زمین. مکانیسم آن ممکن است نیروی زمین شناسی ثابتی در کنترل دی اکسید کربن - و دمای جهانی - ایجاد کند. با این حال، هیچ شواهد مستقیمی برای عملکرد مستمر چنین بازخوردی تا کنون مشاهده نشده است.
برای این مطالعه، دانشمندان داده‌های paleoclimate را که تغییرات میانگین دمای کره زمین را در 66 میلیون سال گذشته ثبت کرده بود، مورد مطالعه قرار دادند. بعداً با استفاده از یک تجزیه و تحلیل ریاضی، این تیم تعیین کرد که آیا داده‌ها الگوهای مشخصه‌ای از پدیده‌های تثبیت‌کننده‌ای را نشان می‌دهند که در مقیاس زمانی زمین‌شناسی، دمای جهانی را مهار می‌کنند یا خیر.
آنها کشف کردند که در طی صدها هزار سال، در واقع به نظر می رسد که یک الگوی ثابت وجود دارد که در آن نوسانات دمایی زمین رام می شود. مدت زمان این اثر با بازه های زمانی پیش بینی شده برای هوازدگی سیلیکات قابل مقایسه است.
دانشمندان به داده های نوسانات دمای جهانی در طول تاریخ زمین شناسی نگاه کردند. آنها می خواستند تأیید کنند که آیا بازخورد تثبیت کننده واقعاً کار می کند یا خیر. آنها از انواع رکوردهای دمای جهانی به دست آمده توسط محققان قبلی، از جمله حفظ شده استفاده کردند یخ قطب جنوب هسته ها و داده ها در مورد ترکیب شیمیایی فسیل ها و پوسته های دریایی ماقبل تاریخ
کنستانتین آرنشیت، دانشجوی کارشناسی ارشد در بخش زمین، جو و علوم سیاره ای MIT (EAPS)، گفت: کل این مطالعه تنها به این دلیل امکان پذیر است که پیشرفت های بزرگی در بهبود وضوح این رکوردهای دمایی در اعماق دریا صورت گرفته است. اکنون داده‌هایی داریم که به 66 میلیون سال قبل باز می‌گردند و نقاط داده حداکثر هزاران سال از هم فاصله دارند.»
تجزیه و تحلیل ریاضی که دانشمندان در این مطالعه استفاده کردند شامل معادلات دیفرانسیل تصادفی بود. این معادلات معمولاً برای نشان دادن الگوها در مجموعه داده‌های با نوسان گسترده استفاده می‌شوند.
Arnscheidt توضیح می دهد، ما متوجه شدیم که این تئوری پیش بینی هایی را برای آنچه شما انتظار دارید انجام می دهد دمای زمین تاریخ به نظر می رسد که اگر بازخوردهایی در بازه های زمانی خاصی وجود داشته باشد.
به لطف این رویکرد، دانشمندان می توانند تاریخ میانگین دمای جهانی را در 66 میلیون سال گذشته تجزیه و تحلیل کنند. آنها همچنین تعیین کردند که آیا الگوهای بازخورد تثبیت کننده در هر مقیاس زمانی ظاهر می شود یا خیر.
دانیل روتمن، استاد ژئوفیزیک دانشگاه MIT، گفت: «تا حدی، مثل این است که ماشین شما با سرعت در خیابان می‌رود، و وقتی ترمز می‌زنید، قبل از توقف، برای مدت طولانی سر می‌خورید. یک مقیاس زمانی وجود دارد که در آن مقاومت اصطکاکی یا بازخورد تثبیت کننده، زمانی که سیستم به حالت ثابت باز می گردد، شروع می شود.
نوسانات دما باید با گذشت زمان بدون تثبیت بازخورد افزایش یابد. با این حال، تحقیقات تیم رژیمی را شناسایی کرد که در آن تغییرات بهبود نیافته بود، که نشان می‌دهد یک مکانیسم تثبیت‌کننده قبل از افزایش بیش از حد نوسانات وجود داشت. صدها هزار سال پیش‌بینی‌شده توسط دانشمندان برای هوازدگی سیلیکات با مقیاس زمانی این اثر تثبیت‌کننده همزمان است.
دانشمندان دریافتند که داده‌ها هیچ بازخورد تثبیت‌کننده‌ای را در بازه‌های زمانی طولانی‌تر نشان نمی‌دهند. به این معنا که به نظر نمی‌رسد در بازه‌های زمانی طولانی‌تر از یک میلیون سال، کاهش مکرر دمای جهانی وجود داشته باشد. پس در این بازه‌های زمانی طولانی‌تر، چه چیزی دمای جهانی را کنترل کرده است؟
روتمن گفت، این ایده وجود دارد که شانس ممکن است نقش مهمی در تعیین اینکه چرا زندگی پس از بیش از 3 میلیارد سال هنوز وجود دارد، داشته است.
به عبارت دیگر، از آنجایی که دمای زمین در طول طولانی‌تر در نوسان است، این نوسانات ممکن است از نظر زمین‌شناسی به اندازه‌ای کوچک باشند که در محدوده‌ای قرار گیرند که یک بازخورد تثبیت‌کننده، مانند هوازدگی سیلیکات، می‌تواند به‌طور دوره‌ای آب و هوا را کنترل کند. بیشتر به نقطه، در یک منطقه قابل سکونت.
مرجع مجله:
- Constantin W. Arnscheidt و همکاران. وجود یا عدم وجود بازخوردهای تثبیت کننده سیستم زمین در مقیاس های زمانی مختلف. با پیشرفتهای علمیبه DOI: 10.1126/sciadv.adc9241
