De mondiale koolstofcyclus oefent substantiële controle uit over het klimaat op aarde. Toch is het leven op aarde de afgelopen 3.7 miljard jaar blijven kloppen. Het begrijpen van de geschiedenis van de aarde, de langetermijneffecten van antropogene klimaatverandering en de bewoonbaarheid van de planeet zijn afhankelijk van hoe het klimaat op geologische tijdschalen wordt gehandhaafd.
MIT Wetenschappers hebben bevestigd dat de aarde over een ‘stabiliserend feedbackmechanisme’ beschikt dat miljoenen jaren lang functioneert om het klimaat terug te trekken van de rand en de mondiale temperaturen binnen een stabiel, bewoonbaar bereik te houden.
Volgens wetenschappers is dat mogelijke mechanisme silicaatverwering. Het is een geologisch proces waarbij de langzame en gestage verwering van silicaatgesteenten chemische reacties met zich meebrengt die uiteindelijk leiden tot verwering kooldioxide uit de atmosfeer en in oceaansedimenten, waarbij het gas in stenen wordt opgesloten.
Wetenschappers hebben lange tijd aangenomen dat silicaatverwering een belangrijke rol speelt bij het beheersen van de ziekte De koolstofcyclus van de aarde. Het mechanisme ervan zou een geologisch constante kracht kunnen bieden om de koolstofdioxide – en de mondiale temperaturen – onder controle te houden. Tot nu toe is er echter geen direct bewijs gevonden voor de voortdurende werking van dergelijke feedback.
Voor deze studie bestudeerden wetenschappers paleoklimaatgegevens die veranderingen in de gemiddelde mondiale temperatuur gedurende de afgelopen 66 miljoen jaar registreerden. Later bepaalde het team door een wiskundige analyse toe te passen of de gegevens patronen aan het licht brachten die kenmerkend zijn voor stabiliserende verschijnselen die de mondiale temperaturen op een geologische tijdschaal in toom hielden.
Ze ontdekten dat er gedurende honderdduizenden jaren inderdaad een constant patroon lijkt te bestaan waarin de temperatuurschommelingen op aarde worden getemd. De duur van dit effect is vergelijkbaar met de voorspelde tijdsbestekken voor silicaatverwering.
Wetenschappers keken naar de gegevens van mondiale temperatuurschommelingen door de geologische geschiedenis heen. Ze wilden bevestigen of stabiliserende feedback inderdaad aan het werk is geweest. Ze gebruikten een verscheidenheid aan mondiale temperatuurgegevens verkregen door eerdere onderzoekers, inclusief bewaard gebleven Antarctisch ijs kernen en gegevens over de chemische samenstelling van prehistorische zeefossielen en schelpen.
Constantin Arnscheidt, een afgestudeerde student aan het Department of Earth, Atmospheric, and Planetary Sciences (EAPS) van het MIT, zei: “Deze hele studie is alleen mogelijk omdat er grote vooruitgang is geboekt bij het verbeteren van de resolutie van deze diepzeetemperatuurregistraties. Nu hebben we gegevens die 66 miljoen jaar teruggaan, met gegevenspunten die hoogstens duizenden jaren uit elkaar liggen.”
De wiskundige analyse die wetenschappers in het onderzoek gebruikten, omvatte stochastische differentiaalvergelijkingen. Deze vergelijkingen worden vaak gebruikt om patronen in sterk fluctuerende datasets bloot te leggen.
Arnscheidt legt uit: “We realiseerden ons dat deze theorie voorspellingen doet over wat je zou verwachten De temperatuur van de aarde de geschiedenis eruit zou zien als er feedback was geweest die op bepaalde tijdschalen had gewerkt.
Dankzij deze aanpak konden wetenschappers de geschiedenis van de gemiddelde mondiale temperaturen van de afgelopen 66 miljoen jaar analyseren. Ze bepaalden ook of er binnen elke tijdschaal patronen van stabiliserende feedback ontstonden.
Daniel Rothman, hoogleraar geofysica aan het MIT, zei: “Tot op zekere hoogte is het alsof je auto door de straat raast, en als je remt, glijd je lang door voordat je stopt. Er is een tijdschaal waarop wrijvingsweerstand, of stabiliserende feedback, in werking treedt wanneer het systeem terugkeert naar een stabiele toestand.”
Temperatuurschommelingen zouden in de loop van de tijd moeten toenemen zonder de feedback te stabiliseren. Uit het onderzoek van het team kwam echter een regime naar voren waarin de veranderingen niet verbeterden, wat erop wijst dat er een stabiliserend mechanisme aanwezig was voordat de fluctuaties buitensporig werden. De honderdduizenden jaren die wetenschappers voorspellen voor silicaatverwering vallen samen met de tijdschaal voor dit stabiliserende effect.
Wetenschappers ontdekten dat de gegevens geen stabiliserende feedback op langere tijdschalen aan het licht brachten. Dat wil zeggen dat er geen sprake lijkt te zijn van een terugkerende daling van de mondiale temperaturen op tijdschalen langer dan een miljoen jaar. Wat heeft er dan op deze langere tijdschalen voor gezorgd dat de temperatuur op aarde onder controle bleef?
Rothman zei: “Er bestaat een idee dat toeval een belangrijke rol heeft gespeeld bij het bepalen waarom er na meer dan 3 miljard jaar nog steeds leven bestaat.”
Met andere woorden, aangezien de temperaturen op aarde over langere perioden fluctueren, kunnen deze fluctuaties in geologische zin klein genoeg zijn om binnen een bereik te vallen waarbinnen een stabiliserende feedback, zoals silicaatverwering, het klimaat periodiek onder controle zou kunnen houden, en meer to the point, binnen een bewoonbare zone.
Journal Reference:
- Constantin W. Arnscheidt et al. Aanwezigheid of afwezigheid van stabiliserende feedback van het aardsysteem op verschillende tijdschalen. Wetenschap Advances DOI: 10.1126/sciadv.adc9241
