วัฏจักรคาร์บอนทั่วโลกควบคุมสภาพอากาศของโลกอย่างมาก อย่างไรก็ตาม ชีวิตบนโลกยังคงดำเนินต่อไปในช่วง 3.7 พันล้านปีที่ผ่านมา การทำความเข้าใจประวัติศาสตร์ของโลก ผลกระทบระยะยาวของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศโดยมนุษย์ และความสามารถในการอยู่อาศัยของดาวเคราะห์ ขึ้นอยู่กับวิธีรักษาสภาพภูมิอากาศตามมาตราส่วนเวลาทางธรณีวิทยา
เอ็มไอที นักวิทยาศาสตร์ยืนยันว่าโลกมีกลไก "การตอบรับที่มีเสถียรภาพ" ซึ่งใช้เวลาหลายล้านปีในการดึงสภาพภูมิอากาศกลับมาจากขอบโลก และรักษาอุณหภูมิโลกให้อยู่ในช่วงที่คงที่และเอื้ออาศัยได้
ตามที่นักวิทยาศาสตร์กล่าวไว้ กลไกที่เป็นไปได้นั้นคือการผุกร่อนของซิลิเกต เป็นกระบวนการทางธรณีวิทยาที่การผุกร่อนของหินซิลิเกตอย่างช้าๆ และสม่ำเสมอเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีที่จะดึงเอาในที่สุด ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ออกจากชั้นบรรยากาศลงสู่ตะกอนในมหาสมุทรเพื่อกักก๊าซไว้ในหิน
เป็นเวลานานที่นักวิทยาศาสตร์สันนิษฐานว่าการผุกร่อนของซิลิเกตมีบทบาทสำคัญในการควบคุม วัฏจักรคาร์บอนของโลก. กลไกของมันอาจให้แรงคงที่ทางธรณีวิทยาในการควบคุมคาร์บอนไดออกไซด์และอุณหภูมิโลก อย่างไรก็ตาม ไม่มีการสังเกตหลักฐานโดยตรงสำหรับการดำเนินการอย่างต่อเนื่องของข้อเสนอแนะดังกล่าวจนถึงปัจจุบัน
สำหรับการศึกษานี้ นักวิทยาศาสตร์ได้ศึกษาข้อมูลในยุคบรรพกาลที่บันทึกการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกในช่วง 66 ล้านปีที่ผ่านมา ต่อมาโดยการใช้การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ ทีมงานได้พิจารณาว่าข้อมูลดังกล่าวเปิดเผยรูปแบบใดๆ ที่มีลักษณะเฉพาะของปรากฏการณ์การรักษาเสถียรภาพซึ่งควบคุมอุณหภูมิโลกในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาหรือไม่
พวกเขาค้นพบว่าตลอดหลายแสนปีที่ผ่านมา ดูเหมือนว่าจะมีรูปแบบที่คงที่ซึ่งทำให้การสั่นของอุณหภูมิของโลกเชื่องลง ระยะเวลาของเอฟเฟกต์นี้เทียบได้กับกรอบเวลาที่คาดการณ์ไว้สำหรับการผุกร่อนของซิลิเกต
นักวิทยาศาสตร์ศึกษาข้อมูลความผันผวนของอุณหภูมิโลกผ่านประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยา พวกเขาต้องการยืนยันว่าผลตอบรับที่มีเสถียรภาพนั้นได้ผลจริงหรือไม่ พวกเขาใช้บันทึกอุณหภูมิทั่วโลกที่หลากหลายซึ่งได้รับโดยนักวิจัยคนก่อนๆ รวมถึงที่เก็บรักษาไว้ด้วย น้ำแข็งแอนตาร์กติก แกนกลางและข้อมูลเกี่ยวกับองค์ประกอบทางเคมีของฟอสซิลและเปลือกหอยทะเลยุคก่อนประวัติศาสตร์
Constantin Arnscheidt นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจากภาควิชาวิทยาศาสตร์โลก บรรยากาศ และดาวเคราะห์ (EAPS) ของ MIT กล่าวว่า “การศึกษาทั้งหมดนี้เป็นไปได้เพียงเพราะมีความก้าวหน้าอย่างมากในการปรับปรุงความละเอียดของบันทึกอุณหภูมิใต้ทะเลลึกเหล่านี้ ขณะนี้เรามีข้อมูลย้อนกลับไป 66 ล้านปี โดยมีจุดข้อมูลห่างกันมากที่สุดหลายพันปี”
การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์ที่นักวิทยาศาสตร์ใช้ในการศึกษานี้รวมถึงสมการเชิงอนุพันธ์สุ่มด้วย สมการเหล่านี้มักใช้เพื่อแสดงรูปแบบในชุดข้อมูลที่ผันผวนอย่างกว้างขวาง
อาร์นส์ไชท์อธิบายว่า “เราตระหนักว่าทฤษฎีนี้ทำนายสิ่งที่คุณคาดหวังได้ อุณหภูมิของโลก ประวัติศาสตร์จะดูเหมือนว่ามีการตอบรับที่ดำเนินการในช่วงเวลาใดเวลาหนึ่งหรือไม่”
ด้วยวิธีนี้ นักวิทยาศาสตร์จึงสามารถวิเคราะห์ประวัติอุณหภูมิเฉลี่ยทั่วโลกในช่วง 66 ล้านปีที่ผ่านมาได้ พวกเขายังได้พิจารณาด้วยว่ามีรูปแบบของการตอบรับที่มีเสถียรภาพเกิดขึ้นภายในแต่ละช่วงเวลาหรือไม่
Daniel Rothman ศาสตราจารย์ด้านธรณีฟิสิกส์ที่ MIT กล่าวว่า “ในระดับหนึ่ง มันเหมือนกับว่ารถของคุณกำลังเร่งความเร็วไปตามถนน และเมื่อคุณเหยียบเบรก คุณจะไถลเป็นเวลานานก่อนที่จะหยุด มีช่วงเวลาหนึ่งที่ความต้านทานเสียดทานหรือการตอบสนองที่เสถียรจะเริ่มขึ้นเมื่อระบบกลับสู่สถานะคงที่”
ความผันผวนของอุณหภูมิควรเพิ่มขึ้นตามเวลาโดยไม่ทำให้การป้อนกลับคงที่ อย่างไรก็ตาม การสอบสวนของทีมระบุถึงระบอบการปกครองที่การเปลี่ยนแปลงไม่ดีขึ้น โดยแนะนำว่ามีกลไกการรักษาเสถียรภาพก่อนที่ความผันผวนจะมากเกินไป นักวิทยาศาสตร์ทำนายสภาพอากาศแบบซิลิเกตเป็นเวลานับแสนปีซึ่งเกิดขึ้นพร้อมกับช่วงเวลาสำหรับผลกระทบที่ทำให้เกิดเสถียรภาพนี้
นักวิทยาศาสตร์พบว่าข้อมูลดังกล่าวไม่ได้เปิดเผยผลตอบรับที่มีเสถียรภาพใดๆ ในช่วงเวลาที่ยาวนานขึ้น กล่าวคือ ดูเหมือนจะไม่มีการดึงกลับของอุณหภูมิโลกที่เกิดขึ้นซ้ำๆ ในช่วงเวลานานกว่าหนึ่งล้านปี ในช่วงเวลาที่ยาวนานกว่านี้ อะไรที่ทำให้อุณหภูมิโลกอยู่ในการควบคุม?
รอธแมนกล่าวว่า “มีความคิดที่ว่าโอกาสอาจมีบทบาทสำคัญในการพิจารณาว่าทำไมชีวิตจึงยังคงมีอยู่หลังจากผ่านไปกว่า 3 พันล้านปี”
กล่าวอีกนัยหนึ่ง เนื่องจากอุณหภูมิของโลกผันผวนในช่วงที่ยาวขึ้น ความผันผวนเหล่านี้อาจมีเพียงเล็กน้อยเพียงพอในแง่ธรณีวิทยาที่จะอยู่ภายในช่วงที่การตอบสนองที่มีเสถียรภาพ เช่น การผุกร่อนของซิลิเกต อาจทำให้สภาพอากาศอยู่ในความควบคุมเป็นระยะ และ ตรงประเด็นมากขึ้นภายในเขตเอื้ออาศัยได้
การอ้างอิงวารสาร:
- คอนสแตนติน ดับเบิลยู. อาร์นส์ไชต์ และคณะ การมีหรือไม่มีการตอบสนองของระบบโลกที่มีเสถียรภาพในช่วงเวลาที่ต่างกัน วิทยาศาสตร์ก้าวหน้า. ดอย: 10.1126/sciadv.adc9241
