Глобальний цикл вуглецю суттєво впливає на клімат Землі. Тим не менш, життя на Землі продовжує існувати протягом останніх 3.7 мільярдів років. Розуміння історії Землі, довгострокових наслідків антропогенної зміни клімату та життєздатності планети залежить від того, як клімат підтримується в геологічних масштабах часу.
MIT вчені підтвердили, що на Землі є механізм «стабілізуючого зворотного зв’язку», який функціонує протягом мільйонів років, щоб відвести клімат від краю та підтримувати глобальну температуру в стабільному, придатному для життя діапазоні.
На думку вчених, таким можливим механізмом є силікатне вивітрювання. Це геологічний процес, за допомогою якого повільне та постійне вивітрювання силікатних порід включає хімічні реакції, які в кінцевому підсумку притягують вуглекислий газ з атмосфери в океанські відкладення, затримуючи газ у каменях.
Довгий час вчені припускали, що силікатне вивітрювання відіграє значну роль у контролі Кругообіг вуглецю Землі. Його механізм може забезпечувати геологічно постійну силу для утримання вуглекислого газу — і глобальної температури — під контролем. Однак прямих доказів безперервної роботи такого зворотного зв'язку досі не спостерігалося.
Для цього дослідження вчені вивчили палеокліматичні дані, які зафіксували зміни середніх глобальних температур за останні 66 мільйонів років. Пізніше, застосувавши математичний аналіз, команда визначила, чи виявили дані будь-які закономірності, характерні для явищ стабілізації, які стримували глобальні температури в геологічному масштабі часу.
Вони виявили, що протягом сотень тисяч років справді існує постійна закономірність, за якою температурні коливання Землі приборкуються. Тривалість цього ефекту порівнянна з часовими рамками, передбаченими для силікатного вивітрювання.
Вчені вивчили дані глобальних температурних коливань протягом геологічної історії. Вони хотіли підтвердити, чи справді працює стабілізуючий зворотний зв’язок. Вони використовували різні рекорди глобальної температури, отримані попередніми дослідниками, в тому числі збережені Антарктичний лід ядер і даних про хімічний склад доісторичних морських скам'янілостей і раковин.
Константін Арншайдт, аспірант Департаменту наук про Землю, атмосферу та планети Массачусетського технологічного інституту (EAPS), сказав: «Все це дослідження можливе лише тому, що було досягнуто значного прогресу в покращенні роздільної здатності цих глибоководних рекордів температури. Тепер у нас є дані за 66 мільйонів років, з точкою даних щонайбільше тисячі років».
Математичний аналіз, який вчені використовували в дослідженні, включав стохастичні диференціальні рівняння. Ці рівняння зазвичай використовуються для виявлення закономірностей у широко мінливих наборах даних.
Арншайдт пояснює, «Ми зрозуміли, що ця теорія передбачає те, чого ви очікуєте температура Землі історія виглядала так, якби були зворотні зв’язки, що діяли в певних часових масштабах».
Завдяки такому підходу вчені змогли проаналізувати історію середніх глобальних температур за останні 66 мільйонів років. Вони також визначили, чи з’явилися будь-які шаблони стабілізуючого зворотного зв’язку в кожному часовому масштабі.
Даніель Ротман, професор геофізики Массачусетського технологічного інституту, сказав: «Певною мірою це схоже на те, що ваша машина мчить вулицею, і коли ви натискаєте на гальма, ви довго ковзаєте, перш ніж зупинитися. Існує часовий масштаб, протягом якого спрацьовує опір тертя або стабілізуючий зворотний зв’язок, коли система повертається до стабільного стану».
Коливання температури повинні збільшуватися з часом без стабілізації зворотного зв'язку. Однак дослідження команди виявило режим, у якому зміни не покращилися, що свідчить про те, що механізм стабілізації діяв до того, як коливання стали надмірними. Сотні тисяч років, передбачені вченими для силікатного вивітрювання, збігаються з часовим масштабом для цього стабілізуючого ефекту.
Вчені виявили, що дані не виявили жодного стабілізуючого зворотного зв’язку на більш тривалих часових масштабах. Тобто, схоже, немає повторного зниження глобальних температур на часових шкалах, довших, ніж мільйон років. Отже, що утримувало глобальну температуру протягом цих довших часових рамок?
Ротман сказав, «Є ідея, що випадковість, можливо, зіграла важливу роль у визначенні того, чому життя все ще існує після більш ніж 3 мільярдів років».
Іншими словами, коли температури Землі коливаються на більш тривалих ділянках, ці коливання можуть бути досить малими в геологічному сенсі, щоб бути в діапазоні, що стабілізуючий зворотний зв’язок, такий як силікатне вивітрювання, міг би періодично тримати клімат під контролем, і точніше, в межах житлової зони.
Довідка з журналу:
- Constantin W. Arnscheidt та ін. Наявність або відсутність стабілізаційних зворотних зв'язків земної системи на різних часових масштабах. Наука розвивається. DOI: 10.1126/sciadv.adc9241
