מחזור הפחמן העולמי מפעיל שליטה משמעותית על האקלים של כדור הארץ. ובכל זאת, החיים על פני כדור הארץ המשיכו לפעום במשך 3.7 מיליארד השנים האחרונות. הבנת ההיסטוריה של כדור הארץ, ההשפעות ארוכות הטווח של שינויי אקלים אנתרופוגניים ויכולת המגורים הפלנטרית תלויים באופן שמירה על האקלים בסקאלות זמן גיאולוגיות.
MIT מדענים אישרו שלכדור הארץ יש מנגנון "משוב מייצב" הפועל לאורך מיליוני שנים כדי למשוך את האקלים בחזרה מהקצה ולשמור על טמפרטורות גלובליות בטווח יציב שניתן למגורים.
לדברי מדענים, המנגנון האפשרי הזה הוא בליה סיליקט. זהו תהליך גיאולוגי שבו בליה איטית ויציבה של סלעי סיליקט כרוכה בתגובות כימיות שבסופו של דבר מושכות פחמן דו חמצני מחוץ לאטמוספירה לתוך משקעי אוקיינוס, לוכדים את הגז באבנים.
במשך זמן רב, מדענים הניחו שלבליה סיליקט יש תפקיד משמעותי בשליטה על מחזור הפחמן של כדור הארץ. המנגנון שלו עשוי לספק כוח קבוע מבחינה גיאולוגית בשמירה על פחמן דו חמצני - והטמפרטורות העולמיות - בשליטה. עם זאת, עד כה לא נצפו עדויות ישירות לפעולתו המתמשכת של משוב כזה.
לצורך מחקר זה, מדענים חקרו נתוני אקלים פליאוקלימי שתיעדו שינויים בטמפרטורות עולמיות ממוצעות במהלך 66 מיליון השנים האחרונות. מאוחר יותר, על ידי יישום ניתוח מתמטי, הצוות קבע אם הנתונים חשפו דפוסים כלשהם האופייניים לתופעות ייצוב שמרסנות את הטמפרטורות העולמיות בטווח זמן גיאולוגי.
הם גילו שבמשך מאות אלפי שנים, אכן נראה שיש דפוס קבוע שבו תנודות הטמפרטורה של כדור הארץ מאולפות. משך האפקט הזה דומה לטווחי הזמן החזויים עבור בליה סיליקט.
מדענים בחנו את הנתונים של תנודות הטמפרטורה העולמיות דרך ההיסטוריה הגיאולוגית. הם רצו לאשר האם משוב מייצב אכן פעל. הם השתמשו במגוון רישומי טמפרטורה גלובליים שהושגו על ידי חוקרים קודמים, כולל שמורים קרח אנטארקטי ליבות ונתונים על ההרכב הכימי של מאובנים וקונכיות ימיים פרהיסטוריים.
קונסטנטין ארנשיידט, סטודנט לתואר שני במחלקה למדעי כדור הארץ, האטמוספירה והפלנטרים (EAPS) של MIT, אמר, "כל המחקר הזה אפשרי רק כי חלה התקדמות גדולה בשיפור הרזולוציה של שיאי טמפרטורות אלה בים עמוק. כעת יש לנו נתונים שחוזרים 66 מיליון שנים אחורה, עם נקודות נתונים לכל היותר בהפרש של אלפי שנים".
הניתוח המתמטי בו השתמשו מדענים במחקר כלל משוואות דיפרנציאליות סטוכסטיות. משוואות אלה משמשות בדרך כלל כדי לחשוף דפוסים במערך נתונים רחב תנודות.
ארנשיידט מסביר, "הבנו שהתיאוריה הזו עושה תחזיות למה שהיית מצפה הטמפרטורה של כדור הארץ ההיסטוריה תיראה כאילו היו פידבקים שפעלו בלוחות זמנים מסוימים."
הודות לגישה זו, מדענים יכלו לנתח את ההיסטוריה של הטמפרטורות הממוצעות בעולם ב-66 מיליון השנים האחרונות. הם גם קבעו אם צצו דפוסים כלשהם של משוב מייצב בתוך כל טווח זמן.
דניאל רוטמן, פרופסור לגיאופיזיקה ב-MIT, אמר: "במידה מסוימת, זה כאילו המכונית שלך דוהרת ברחוב, וכשאתה לוחץ על הבלמים, אתה מחליק הרבה זמן לפני שאתה עוצר. יש טווח זמן שבו התנגדות חיכוך, או משוב מייצב, נכנסת כאשר המערכת חוזרת למצב יציב".
תנודות הטמפרטורה צריכות לעלות עם הזמן ללא משוב מייצב. עם זאת, החקירה של הצוות זיהתה משטר שבו השינויים לא השתפרו, מה שמצביע על כך שקיים מנגנון ייצוב לפני שהתנודות הפכו מוגזמות. מאות אלפי השנים שחזו מדענים לבליית סיליקט עולים בקנה אחד עם לוח הזמנים של אפקט מייצב זה.
מדענים גילו שהנתונים לא חשפו משוב מייצב על לוחות זמנים ארוכים יותר. כלומר, לא נראה שיש נסיגה חוזרת של טמפרטורות גלובליות בטווחי זמן של יותר ממיליון שנים. אם כן, במהלך לוחות זמנים ארוכים יותר אלה, מה החזיק את הטמפרטורות העולמיות בשליטה?
רוטמן אמר, "יש רעיון שייתכן שהמקרה שיחק תפקיד מרכזי בקביעה מדוע חיים עדיין קיימים לאחר יותר מ-3 מיליארד שנים."
במילים אחרות, כאשר הטמפרטורות של כדור הארץ משתנות על פני קטעים ארוכים יותר, תנודות אלו עשויות במקרה להיות קטנות מספיק במובן הגיאולוגי כדי להיות בטווח שמשוב מייצב, כגון בליה סיליקט, יוכל לעצור את האקלים מעת לעת, ו יותר לנקודה, בתוך אזור ראוי למגורים.
עיון ביומן:
- Constantin W. Arnscheidt et al. נוכחות או היעדר משוב מייצב של מערכת כדור הארץ בסקאלות זמן שונות. התקדמות מדע. DOI: 10.1126/sciadv.adc9241
