지구 탄소 순환은 지구의 기후를 실질적으로 통제합니다. 그럼에도 불구하고 지구상의 생명체는 지난 3.7억년 동안 계속해서 뛰었습니다. 지구의 역사, 인위적인 기후 변화의 장기적인 영향, 행성의 거주 가능성을 이해하는 것은 지질학적 시간 규모에서 기후가 어떻게 유지되는지에 달려 있습니다.
MIT 과학자들은 지구가 수백만 년에 걸쳐 기후를 가장자리에서 끌어내리고 지구 온도를 안정적이고 거주 가능한 범위 내로 유지하는 '안정화 피드백' 메커니즘을 가지고 있음을 확인했습니다.
과학자들에 따르면, 그 가능한 메커니즘은 규산염 풍화입니다. 규산염 암석의 느리고 꾸준한 풍화는 궁극적으로 다음과 같은 화학 반응을 수반하는 지질학적 과정입니다. 이산화탄소 대기에서 바다 퇴적물로 이동하여 돌에 가스를 가두는 것입니다.
오랫동안 과학자들은 규산염 풍화가 기후를 조절하는 데 중요한 역할을 한다고 추정했습니다. 지구의 탄소 순환. 그 메커니즘은 이산화탄소와 지구 온도를 억제하는 데 지질학적으로 일정한 힘을 제공할 수 있습니다. 그러나 현재까지 이러한 피드백이 지속적으로 작동하고 있다는 직접적인 증거는 관찰되지 않았습니다.
이 연구를 위해 과학자들은 지난 66만 년 동안 지구 평균 기온의 변화를 기록한 고기후 데이터를 연구했습니다. 나중에 수학적 분석을 적용하여 팀은 데이터가 지질학적 시간 척도에 따라 지구 온도를 조절하는 안정화 현상의 특징적인 패턴을 나타내는지 여부를 결정했습니다.
그들은 실제로 수십만 년에 걸쳐 지구의 온도 진동이 길들여지는 일정한 패턴이 있는 것 같다는 것을 발견했습니다. 이 효과의 지속 시간은 규산염 풍화에 대해 예측된 기간과 비슷합니다.
과학자들은 지질학적 역사를 통해 지구 기온 변동 데이터를 살펴봤습니다. 그들은 피드백 안정화가 실제로 효과가 있는지 확인하고 싶었습니다. 그들은 보존된 데이터를 포함하여 이전 연구자들이 얻은 다양한 지구 온도 기록을 사용했습니다. 남극 얼음 선사시대 해양화석과 조개껍질의 화학적 구성에 관한 핵심과 데이터.
MIT 지구 대기 행성 과학부(EAPS) 대학원생인 콘스탄틴 아른샤이트(Constantin Arnscheidt)는 이렇게 말했습니다. “이 전체 연구는 심해 온도 기록의 해상도를 향상시키는 데 큰 진전이 있었기 때문에 가능했습니다. 이제 우리는 최대 수천 년의 간격을 두고 있는 66만 년 전의 데이터를 보유하고 있습니다.”
과학자들이 연구에 사용한 수학적 분석에는 확률론적 미분 방정식이 포함되었습니다. 이러한 방정식은 일반적으로 변동이 심한 데이터세트의 패턴을 밝히는 데 사용됩니다.
Arnscheidt는 다음과 같이 설명합니다. “우리는 이 이론이 당신이 기대하는 바를 예측한다는 것을 깨달았습니다. 지구의 온도 특정 기간에 행동하는 피드백이 있었다면 역사처럼 보일 것입니다.”
이러한 접근 방식 덕분에 과학자들은 지난 66만 년 동안의 지구 평균 기온의 역사를 분석할 수 있었습니다. 그들은 또한 각 기간 내에 안정화 피드백 패턴이 나타나는지 여부도 결정했습니다.
MIT 지구물리학 교수인 다니엘 로스만(Daniel Rothman)은 이렇게 말했습니다. “어느 정도는 자동차가 길을 질주하다가 브레이크를 밟으면 한참 동안 미끄러지다가 멈추는 것과 비슷해요. 시스템이 정상 상태로 돌아올 때 마찰 저항 또는 안정화 피드백이 시작되는 데 걸리는 시간이 있습니다."
온도 변동은 피드백을 안정화하지 않고 시간이 지남에 따라 증가해야 합니다. 그러나 연구팀의 조사 결과, 변화가 개선되지 않는 체제가 확인되었으며, 이는 변동이 과도해지기 전에 안정화 메커니즘이 마련되어 있음을 시사합니다. 규산염 풍화에 대해 과학자들이 예측한 수십만 년은 이러한 안정화 효과의 기간과 일치합니다.
과학자들은 데이터가 더 긴 기간에 대한 안정화 피드백을 나타내지 않는다는 것을 발견했습니다. 즉, 백만년이 넘는 기간 동안 지구 온도가 반복적으로 하락하는 현상은 없는 것으로 보입니다. 그렇다면 이렇게 긴 시간 동안 무엇이 지구 온도를 억제해 왔습니까?
로스만은 이렇게 말했습니다. “3억 년이 지난 후에도 생명체가 여전히 존재하는 이유를 결정하는 데 우연이 중요한 역할을 했을 수도 있다는 생각이 있습니다.”
즉, 지구의 온도가 장기간에 걸쳐 변동함에 따라 이러한 변동은 규산염 풍화와 같은 안정화 피드백이 주기적으로 기후를 억제할 수 있는 범위 내에 있을 정도로 지질학적 의미에서 충분히 작을 수 있습니다. 더 중요한 것은 거주 가능 구역 내에서입니다.
저널 참조 :
- Constantin W. Arnscheidt et al. 다양한 시간 규모에서 지구 시스템 피드백을 안정화시키는 존재 또는 부재. 과학의 발전. DOI : 10.1126/sciadv.adc9241
