A globális szénciklus jelentős mértékben szabályozza a Föld éghajlatát. Ennek ellenére az élet a Földön folyamatosan verte az elmúlt 3.7 milliárd évben. A Föld történetének megértése, az antropogén éghajlatváltozás hosszú távú hatásai és a bolygók lakhatósága attól függ, hogy az éghajlatot geológiai időskálán hogyan tartják fenn.
MIT A tudósok megerősítették, hogy a Földnek van egy „stabilizáló visszacsatolási” mechanizmusa, amely több millió éven keresztül úgy működik, hogy visszavonja az éghajlatot a széléről, és állandó, lakható tartományon belül tartja a globális hőmérsékletet.
A tudósok szerint ez a lehetséges mechanizmus a szilikát mállás. Ez egy geológiai folyamat, amelynek során a szilikát kőzetek lassú és egyenletes mállása kémiai reakciókkal jár, amelyek végül szén-dioxid a légkörből és az óceáni üledékekbe kerül, és a gázt kövekbe zárják.
A tudósok sokáig azt feltételezték, hogy a szilikát mállásnak jelentős szerepe van a A Föld szénciklusa. Mechanizmusa geológiailag állandó erőt biztosíthat a szén-dioxid – és a globális hőmérséklet – kordában tartásában. Mindeddig azonban nem figyeltek meg közvetlen bizonyítékot az ilyen visszacsatolás folyamatos működésére.
Ehhez a tanulmányhoz a tudósok a paleoklíma adatait tanulmányozták, amelyek az elmúlt 66 millió év átlagos globális hőmérsékletének változásait rögzítették. Később egy matematikai elemzés alkalmazásával a csapat megállapította, hogy az adatok feltártak-e olyan stabilizáló jelenségekre jellemző mintákat, amelyek a geológiai időskálán megfékezték a globális hőmérsékletet.
Felfedezték, hogy több százezer év alatt valóban úgy tűnik, hogy állandó mintázat van, amelyben a Föld hőmérsékleti ingadozásai megszelídülnek. Ennek a hatásnak az időtartama összevethető a szilikátmállás előre jelzett időkereteivel.
A tudósok a globális hőmérséklet-ingadozások adatait vizsgálták a geológiatörténeten keresztül. Azt akarták megerősíteni, hogy a visszacsatolás stabilizálása valóban működik-e. Különféle globális hőmérsékleti rekordokat használtak, amelyeket korábbi kutatók szereztek, beleértve a megőrzötteket is Antarktiszi jég magok és adatok az őskori tengeri kövületek és kagylók kémiai felépítéséről.
Constantin Arnscheidt, az MIT Föld-, Légkör- és Bolygótudományi Tanszékének (EAPS) végzős hallgatója elmondta: „Ez az egész tanulmány csak azért lehetséges, mert nagy előrelépés történt a mélytengeri hőmérsékleti rekordok felbontásának javításában. Jelenleg 66 millió évre visszamenőleg vannak adataink, amelyek között legfeljebb több ezer év van egymástól.”
A tudósok által a tanulmányban használt matematikai elemzés sztochasztikus differenciálegyenleteket tartalmazott. Ezeket az egyenleteket általában a széles körben ingadozó adatkészletek mintáinak feltárására használják.
Arnscheidt elmagyarázza, „Rájöttünk, hogy ez az elmélet előrejelzéseket ad arra vonatkozóan, hogy mit vársz A Föld hőmérséklete a történelem úgy néz ki, mint ha bizonyos időn belül érkeztek volna visszajelzések.”
Ennek a megközelítésnek köszönhetően a tudósok elemezhetik a globális átlaghőmérséklet történetét az elmúlt 66 millió év során. Azt is meghatározták, hogy az egyes időskálákon belül megjelentek-e a stabilizáló visszacsatolás mintái.
Daniel Rothman, az MIT geofizika professzora elmondta: „Bizonyos mértékig olyan, mintha az autód száguldana az utcán, és amikor behúzod a féket, sokáig csúszol, mielőtt megállsz. Van egy időskála, amelyen belül a súrlódási ellenállás vagy a stabilizáló visszacsatolás beindul, amikor a rendszer visszatér egyensúlyi állapotába.”
A hőmérséklet-ingadozásoknak idővel növekedniük kell a visszacsatolás stabilizálása nélkül. A csoport vizsgálata azonban olyan rendszert azonosított, amelyben a változások nem javultak, ami arra utal, hogy egy stabilizáló mechanizmus működött, mielőtt az ingadozások túlzóvá válnának. A tudósok által a szilikát mállásra jósolt több százezer év egybeesik ennek a stabilizáló hatásnak az időskálájával.
A tudósok azt találták, hogy az adatok nem mutattak ki stabilizáló visszajelzést hosszabb időtávon. Vagyis úgy tűnik, hogy egymillió évnél hosszabb időtávon nincs visszatérő visszahúzódása a globális hőmérsékletnek. Mi tartotta kordában a globális hőmérsékletet ezen hosszabb időtávon?
Rothman azt mondta: "Van egy elképzelés, hogy a véletlennek nagy szerepe lehetett annak meghatározásában, miért létezik még több mint 3 milliárd év után is élet."
Más szóval, mivel a Föld hőmérséklete hosszabb szakaszokon ingadozik, előfordulhat, hogy ezek az ingadozások geológiai értelemben elég kicsik ahhoz, hogy egy stabilizáló visszacsatolás, például a szilikátos mállás időszakosan kordában tarthassa az éghajlatot, és pontosabban, lakható zónán belül.
Journal Reference:
- Constantin W. Arnscheidt et al. Stabilizáló Földrendszeri visszacsatolások megléte vagy hiánya különböző időskálákon. Tudomány előlegek. DOI: 10.1126/sciadv.adc9241
