Den globale karbonsyklusen utøver betydelig kontroll over jordens klima. Likevel har livet på jorden fortsatt å slå de siste 3.7 milliarder årene. Å forstå jordens historie, de langsiktige effektene av menneskeskapte klimaendringer og planetarisk beboelighet avhenger av hvordan klimaet opprettholdes på geologiske tidsskalaer.
MIT forskere har bekreftet at jorden har en "stabiliserende tilbakemelding"-mekanisme som fungerer over millioner av år for å trekke klimaet tilbake fra kanten og opprettholde globale temperaturer innenfor et jevnt, beboelig område.
Ifølge forskere er den mulige mekanismen silikatforvitring. Det er en geologisk prosess der den langsomme og jevne forvitringen av silikatbergarter involverer kjemiske reaksjoner som til slutt trekker karbondioksid ut av atmosfæren og inn i havsedimenter, og fanger gassen i steiner.
I lang tid antok forskere at silikatforvitring har en betydelig rolle i å kontrollere Jordens karbonsyklus. Mekanismen kan gi en geologisk konstant kraft for å holde karbondioksid - og globale temperaturer - i sjakk. Det har imidlertid ikke blitt observert direkte bevis for den kontinuerlige driften av slike tilbakemeldinger før nå.
For denne studien studerte forskere paleoklimadata som registrerte endringer i gjennomsnittlig globale temperaturer over de siste 66 millioner årene. Senere ved å bruke en matematisk analyse, bestemte teamet om dataene avslørte noen mønstre som er karakteristiske for stabiliseringsfenomener som begrenset globale temperaturer på en geologisk tidsskala.
De oppdaget at det over hundretusener av år faktisk ser ut til å være et konstant mønster der jordens temperatursvingninger blir temmet. Denne effektens varighet er sammenlignbar med tidsrammene som er spådd for silikatforvitring.
Forskere så på dataene om globale temperatursvingninger gjennom geologisk historie. De ønsket å bekrefte om stabiliserende tilbakemeldinger faktisk har virket. De brukte en rekke globale temperaturrekorder innhentet av tidligere forskere, inkludert bevart Antarktis is kjerner og data om den kjemiske sammensetningen av forhistoriske marine fossiler og skjell.
Constantin Arnscheidt, en doktorgradsstudent ved MITs avdeling for jord-, atmosfære- og planetvitenskap (EAPS), sa: "Hele denne studien er bare mulig fordi det har vært store fremskritt i å forbedre oppløsningen av disse dyphavstemperaturrekordene. Nå har vi data som går 66 millioner år tilbake, med datapunkter på det meste tusenvis av år fra hverandre.»
Den matematiske analysen som forskerne brukte i studien inkluderte stokastiske differensialligninger. Disse ligningene brukes ofte til å avsløre mønstre i mye svingende datasett.
Arnscheidt forklarer, "Vi innså at denne teorien gir spådommer for hva du kan forvente Jordens temperatur historie å se ut som om det hadde vært tilbakemeldinger på bestemte tidsskalaer.»
Takket være denne tilnærmingen kunne forskere analysere historien til gjennomsnittlige globale temperaturer de siste 66 millioner årene. De bestemte også om det dukket opp mønstre for stabiliserende tilbakemeldinger innenfor hver tidsskala.
Daniel Rothman, professor i geofysikk ved MIT, sa: «Til en viss grad er det som om bilen din suser nedover gaten, og når du setter på bremsen, glir du lenge før du stopper. Det er en tidsskala som friksjonsmotstand, eller stabiliserende tilbakemelding, starter når systemet går tilbake til en stabil tilstand.»
Temperatursvingninger bør øke med tiden uten å stabilisere tilbakemeldinger. Imidlertid identifiserte teamets etterforskning et regime der endringer ikke ble bedre, noe som tyder på at en stabiliseringsmekanisme var på plass før svingningene ble overdrevne. De hundretusener av årene som forskere har forutsagt for silikatforvitring, faller sammen med tidsskalaen for denne stabiliserende effekten.
Forskere fant at dataene ikke avslørte noen stabiliserende tilbakemeldinger på lengre tidsskalaer. Det vil si at det ikke ser ut til å være noen tilbakevendende tilbaketrekking av globale temperaturer på tidsskalaer lengre enn en million år. I løpet av disse lengre tidsskalaene, hva har da holdt den globale temperaturen i sjakk?
Rothman sa, "Det er en idé om at tilfeldigheter kan ha spilt en viktig rolle i å bestemme hvorfor liv fortsatt eksisterer etter mer enn 3 milliarder år."
Med andre ord, ettersom jordens temperaturer svinger over lengre strekninger, kan disse svingningene tilfeldigvis være små nok i geologisk forstand til å være innenfor et område til at en stabiliserende tilbakemelding, for eksempel silikatforvitring, med jevne mellomrom kan holde klimaet i sjakk, og mer til poenget, innenfor en beboelig sone.
Tidsreferanse:
- Constantin W. Arnscheidt et al. Tilstedeværelse eller fravær av stabiliserende jordsystemtilbakemeldinger på forskjellige tidsskalaer. Vitenskap Fremskritt. GJØR JEG: 10.1126/sciadv.adc9241
