Maailmanlaajuinen hiilenkierto hallitsee merkittävästi maapallon ilmastoa. Silti elämä maapallolla on lyönyt viimeiset 3.7 miljardia vuotta. Maan historian ymmärtäminen, ihmisen aiheuttaman ilmastonmuutoksen pitkän aikavälin vaikutukset ja planeettojen asuttavuus riippuvat siitä, kuinka ilmastoa ylläpidetään geologisilla aikaskaaloilla.
MIT tiedemiehet ovat vahvistaneet, että maapallolla on "vakauttava takaisinkytkentä" -mekanismi, joka toimii miljoonien vuosien ajan vetääkseen ilmaston takaisin reunasta ja ylläpitääkseen maapallon lämpötilat tasaisella, asuttavalla alueella.
Tiedemiesten mukaan mahdollinen mekanismi on silikaattisää. Se on geologinen prosessi, jossa silikaattikivien hidas ja tasainen rapautuminen sisältää kemiallisia reaktioita, jotka lopulta vetävät hiilidioksidi pois ilmakehästä ja valtamerten sedimentteihin vangiten kaasun kiviin.
Tiedemiehet olettivat pitkään, että silikaatin säällä on merkittävä rooli sen hallinnassa Maan hiilikierto. Sen mekanismi saattaa tarjota geologisesti vakiovoiman hiilidioksidin – ja maapallon lämpötilojen – hallinnassa. Toistaiseksi ei kuitenkaan ole havaittu suoria todisteita tällaisen palautteen jatkuvasta toiminnasta.
Tätä tutkimusta varten tutkijat tutkivat paleoklimatedataa, joka tallensi muutoksia maapallon keskilämpötiloissa viimeisten 66 miljoonan vuoden aikana. Myöhemmin matemaattisen analyysin avulla ryhmä määritti, paljastiko tiedoissa sellaisia malleja, jotka ovat luonteenomaisia stabiloiville ilmiöille, jotka hillitsivät globaaleja lämpötiloja geologisella aikaskaalalla.
He havaitsivat, että satojen tuhansien vuosien aikana näyttää todellakin olevan jatkuva malli, jossa Maan lämpötilan heilahtelut kesytyvät. Tämän vaikutuksen kesto on verrattavissa silikaatin säälle ennustettuihin aikaväleihin.
Tiedemiehet tarkastelivat tietoja globaaleista lämpötilanvaihteluista geologisen historian kautta. He halusivat varmistaa, onko palautteen vakauttaminen todellakin toiminut. He käyttivät erilaisia aiempien tutkijoiden saamia globaaleja lämpötilatietueita, mukaan lukien säilyneet Etelämantereen jää ytimet ja tiedot esihistoriallisten meren fossiilien ja simpukoiden kemiallisesta koostumuksesta.
Constantin Arnscheidt, jatko-opiskelija MIT:n maa-, ilmakehä- ja planeettatieteiden laitokselta (EAPS), sanoi: "Koko tämä tutkimus on mahdollista vain siksi, että näiden syvänmeren lämpötilaennätysten resoluution parantamisessa on tapahtunut suurta edistystä. Nyt meillä on tietoja 66 miljoonan vuoden takaa, ja datapisteiden välillä on enintään tuhansia vuosia."
Tutkijoiden tutkimuksessa käyttämä matemaattinen analyysi sisälsi stokastiset differentiaaliyhtälöt. Näitä yhtälöitä käytetään yleisesti paljastamaan kuvioita laajasti vaihtelevissa tietojoukoissa.
Arnscheidt selittää, "Ymmärsimme, että tämä teoria ennustaa, mitä odotat Maan lämpötila historia näyttää siltä, jos palautteita olisi saatu tietyllä aikavälillä."
Tämän lähestymistavan ansiosta tutkijat pystyivät analysoimaan maapallon keskilämpötilojen historiaa viimeisten 66 miljoonan vuoden ajalta. He määrittelivät myös, esiintyikö vakauttavan palautteen malleja kullakin aikavälillä.
MIT:n geofysiikan professori Daniel Rothman sanoi: ”Jossain määrin autosi kiihtyy kadulla, ja kun jarrut päälle, liukuvat pitkään ennen kuin pysähdyt. On olemassa aika, jonka kuluessa kitkavastus tai stabiloiva takaisinkytkentä käynnistyy, kun järjestelmä palaa vakaaseen tilaan.
Lämpötilan vaihteluiden tulisi kasvaa ajan myötä ilman, että palautetta stabiloidaan. Ryhmän tutkimuksessa havaittiin kuitenkin järjestelmä, jossa muutokset eivät parantuneet, mikä viittaa siihen, että vakautusmekanismi oli käytössä ennen kuin vaihtelut tulivat liiallisiksi. Tiedemiesten silikaatin säälle ennustamat sadat tuhannet vuodet osuvat samaan aikaan tämän stabiloivan vaikutuksen aikajanalla.
Tutkijat havaitsivat, että tiedot eivät paljastaneet stabiloivaa palautetta pidemmältä aikaväliltä. Toisin sanoen maapallon lämpötiloissa ei näytä tapahtuvan toistuvaa laskua yli miljoonan vuoden ajan. Mikä sitten on pitänyt maapallon lämpötilat kurissa näiden pitkien ajanjaksojen aikana?
Rothman sanoi, "On ajatus, että sattumalla on saattanut olla tärkeä rooli määritettäessä, miksi elämää on edelleen olemassa yli 3 miljardin vuoden jälkeen."
Toisin sanoen, kun maapallon lämpötilat vaihtelevat pitkiä osuuksia, nämä vaihtelut voivat vain sattua olemaan tarpeeksi pieniä geologisessa mielessä ollakseen alueella, jossa stabiloiva palaute, kuten silikaattisää, voisi ajoittain pitää ilmaston kurissa, ja tarkemmin, asuttavalla alueella.
Lehden viite:
- Constantin W. Arnscheidt et ai. Stabiloivien Maan järjestelmän takaisinkytkentöjen olemassaolo tai puuttuminen eri aikaskaaloilla. Tiede ennakot. DOI: 10.1126/sciadv.adc9241
