Den globala kolcykeln utövar betydande kontroll över jordens klimat. Ändå har livet på jorden fortsatt att slå under de senaste 3.7 miljarder åren. Att förstå jordens historia, de långsiktiga effekterna av antropogena klimatförändringar och planetarisk beboelighet beror på hur klimatet upprätthålls på geologiska tidsskalor.
MIT Forskare har bekräftat att jorden har en "stabiliserande återkopplingsmekanism" som fungerar under miljontals år för att dra tillbaka klimatet från kanten och upprätthålla globala temperaturer inom ett stadigt, beboeligt område.
Enligt forskare är den möjliga mekanismen silikatvittring. Det är en geologisk process genom vilken den långsamma och stadiga vittringen av silikatbergarter involverar kemiska reaktioner som i slutändan drar koldioxid ut ur atmosfären och in i havssediment och fångar gasen i stenar.
Under en lång tid antog forskare att silikatvittring har en betydande roll i att kontrollera Jordens kolkretslopp. Dess mekanism kan ge en geologiskt konstant kraft för att hålla koldioxid - och globala temperaturer - i schack. Emellertid har inga direkta bevis observerats för den kontinuerliga driften av sådan feedback tills nu.
För denna studie studerade forskare paleoklimatdata som registrerade förändringar i globala medeltemperaturer under de senaste 66 miljoner åren. Senare, genom att tillämpa en matematisk analys, bestämde teamet om data avslöjade några mönster som är karakteristiska för stabiliseringsfenomen som tyglade globala temperaturer på en geologisk tidsskala.
De upptäckte att det under hundratusentals år verkligen verkar finnas ett konstant mönster där jordens temperatursvängningar tämjes. Denna effekts varaktighet är jämförbar med de tidsramar som förutspåtts för silikatvittring.
Forskare tittade på data om globala temperaturfluktuationer genom geologisk historia. De ville bekräfta om stabiliserande feedback verkligen har fungerat. De använde en mängd olika globala temperaturrekord erhållna av tidigare forskare, inklusive bevarade Antarktis is kärnor och data om den kemiska sammansättningen av förhistoriska marina fossiler och skal.
Constantin Arnscheidt, en doktorand vid MIT:s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS), sa: "Hela den här studien är bara möjlig för att det har gjorts stora framsteg när det gäller att förbättra upplösningen av dessa djuphavstemperaturrekord. Nu har vi data som går tillbaka 66 miljoner år, med datapunkter som högst tusentals år från varandra.”
Den matematiska analys som forskarna använde i studien inkluderade stokastiska differentialekvationer. Dessa ekvationer används vanligtvis för att avslöja mönster i mycket fluktuerande datamängder.
Arnscheidt förklarar, "Vi insåg att den här teorin ger förutsägelser för vad du kan förvänta dig Jordens temperatur historia att se ut om det hade funnits återkopplingar som agerat på vissa tidsskalor."
Tack vare detta tillvägagångssätt kunde forskare analysera historien om genomsnittliga globala temperaturer under de senaste 66 miljoner åren. De fastställde också om några mönster av stabiliserande feedback uppstod inom varje tidsskala.
Daniel Rothman, professor i geofysik vid MIT, sa: ”I viss mån är det som att din bil rusar nerför gatan, och när du sätter på bromsen glider du länge innan du stannar. Det finns en tidsskala över vilken friktionsmotstånd, eller stabiliserande återkoppling, slår in när systemet återgår till ett stabilt tillstånd.”
Temperaturfluktuationer bör öka med tiden utan att stabilisera återkopplingen. Teamets undersökning identifierade dock en regim där förändringarna inte förbättrades, vilket tyder på att en stabiliserande mekanism fanns på plats innan fluktuationerna blev överdrivna. De hundratusentals år som forskare förutspått för silikatvittring sammanfaller med tidsskalan för denna stabiliserande effekt.
Forskare fann att data inte avslöjade någon stabiliserande feedback på längre tidsskalor. Det vill säga, det verkar inte finnas någon återkommande tillbakadragning av globala temperaturer på tidsskalor längre än en miljon år. Under dessa längre tidsskalor, vad har då hållit den globala temperaturen i schack?
Rothman sa, "Det finns en idé om att slumpen kan ha spelat en stor roll för att avgöra varför liv fortfarande existerar efter mer än 3 miljarder år."
Med andra ord, eftersom jordens temperaturer fluktuerar över längre sträckor, kan dessa fluktuationer bara råka vara tillräckligt små i geologisk mening för att vara inom ett intervall så att en stabiliserande återkoppling, såsom silikatvittring, periodvis kan hålla klimatet i schack, och mer till punkt, inom en beboelig zon.
Tidskriftsreferens:
- Constantin W. Arnscheidt et al. Närvaro eller frånvaro av stabiliserande jordsystemsåterkopplingar på olika tidsskalor. Vetenskap Förskott. DOI: 10.1126/sciadv.adc9241
