Chu trình carbon toàn cầu kiểm soát đáng kể khí hậu Trái đất. Tuy nhiên, sự sống trên Trái đất vẫn tiếp tục hoạt động trong 3.7 tỷ năm qua. Hiểu lịch sử Trái đất, những tác động lâu dài của biến đổi khí hậu do con người gây ra và khả năng sinh sống của hành tinh phụ thuộc vào cách khí hậu được duy trì theo thang thời gian địa chất.
MIT các nhà khoa học đã xác nhận rằng Trái đất có cơ chế “phản hồi ổn định” hoạt động trong hàng triệu năm để kéo khí hậu trở lại từ rìa và duy trì nhiệt độ toàn cầu trong phạm vi ổn định, có thể ở được.
Theo các nhà khoa học, cơ chế có thể đó là sự phong hóa silicat. Đó là một quá trình địa chất trong đó quá trình phong hóa chậm và ổn định của đá silicat liên quan đến các phản ứng hóa học cuối cùng thu hút cạc-bon đi-ô-xít ra khỏi khí quyển và đi vào trầm tích đại dương, giữ khí trong đá.
Trong một thời gian dài, các nhà khoa học cho rằng phong hóa silicat có vai trò quan trọng trong việc kiểm soát chu trình cacbon của trái đất. Cơ chế của nó có thể cung cấp một lực không đổi về mặt địa chất trong việc kiểm soát lượng khí carbon dioxide — và nhiệt độ toàn cầu — trong tầm kiểm soát. Tuy nhiên, không có bằng chứng trực tiếp nào được quan sát cho hoạt động liên tục của phản hồi như vậy cho đến bây giờ.
Đối với nghiên cứu này, các nhà khoa học đã nghiên cứu dữ liệu cổ khí hậu ghi lại những thay đổi về nhiệt độ trung bình toàn cầu trong 66 triệu năm qua. Sau đó, bằng cách áp dụng phân tích toán học, nhóm đã xác định liệu dữ liệu có tiết lộ bất kỳ mô hình đặc trưng nào của các hiện tượng ổn định kiềm chế nhiệt độ toàn cầu theo thang thời gian địa chất hay không.
Họ phát hiện ra rằng, qua hàng trăm nghìn năm, dường như thực sự có một mô hình không đổi trong đó các dao động nhiệt độ của Trái đất được điều hòa. Thời lượng của hiệu ứng này có thể so sánh với các khung thời gian được dự đoán cho thời tiết silicat.
Các nhà khoa học đã xem xét dữ liệu về biến động nhiệt độ toàn cầu thông qua lịch sử địa chất. Họ muốn xác nhận xem phản hồi ổn định có thực sự hoạt động hay không. Họ đã sử dụng nhiều bản ghi nhiệt độ toàn cầu mà các nhà nghiên cứu trước đây thu được, bao gồm cả các bản ghi được bảo tồn băng Nam Cực lõi và dữ liệu về thành phần hóa học của vỏ và hóa thạch biển thời tiền sử.
Constantin Arnscheidt, một sinh viên tốt nghiệp Khoa Khoa học Trái đất, Khí quyển và Hành tinh (EAPS) của MIT, cho biết: “Toàn bộ nghiên cứu này chỉ có thể thực hiện được vì đã có những tiến bộ lớn trong việc cải thiện độ phân giải của các bản ghi nhiệt độ dưới biển sâu này. Bây giờ chúng tôi có dữ liệu từ 66 triệu năm trước, với các điểm dữ liệu cách nhau nhiều nhất là hàng nghìn năm.”
Phân tích toán học mà các nhà khoa học sử dụng trong nghiên cứu bao gồm các phương trình vi phân ngẫu nhiên. Các phương trình này thường được sử dụng để tiết lộ các mẫu trong các bộ dữ liệu dao động rộng rãi.
Arnscheidt giải thích, “Chúng tôi nhận ra lý thuyết này đưa ra dự đoán cho những gì bạn mong đợi nhiệt độ trái đất lịch sử trông giống như nếu có phản hồi hoạt động trong khoảng thời gian nhất định.”
Nhờ phương pháp này, các nhà khoa học có thể phân tích lịch sử nhiệt độ trung bình toàn cầu trong 66 triệu năm qua. Họ cũng xác định liệu có bất kỳ mô hình phản hồi ổn định nào xuất hiện trong mỗi khoảng thời gian hay không.
Daniel Rothman, giáo sư địa vật lý tại MIT, cho biết, “Ở một mức độ nào đó, nó giống như chiếc xe của bạn đang phóng nhanh trên phố, và khi bạn đạp phanh, bạn sẽ trượt một lúc lâu trước khi dừng lại. Có một khoảng thời gian mà lực cản ma sát, hoặc phản hồi ổn định, khởi động khi hệ thống trở lại trạng thái ổn định.”
Biến động nhiệt độ sẽ tăng theo thời gian mà không có phản hồi ổn định. Tuy nhiên, cuộc điều tra của nhóm đã xác định một chế độ trong đó những thay đổi không được cải thiện, cho thấy rằng một cơ chế ổn định đã được áp dụng trước khi những biến động trở nên quá mức. Hàng trăm nghìn năm mà các nhà khoa học dự đoán về sự phong hóa silicat trùng khớp với khoảng thời gian cho hiệu ứng ổn định này.
Các nhà khoa học phát hiện ra rằng dữ liệu không tiết lộ bất kỳ phản hồi ổn định nào trong khoảng thời gian dài hơn. Nghĩa là, dường như không có bất kỳ sự giảm định kỳ nào của nhiệt độ toàn cầu trong khoảng thời gian dài hơn một triệu năm. Sau đó, trong những khoảng thời gian dài hơn này, điều gì đã kiểm soát được nhiệt độ toàn cầu?
Rothman nói, “Có ý kiến cho rằng cơ hội có thể đã đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định lý do tại sao sự sống vẫn tồn tại sau hơn 3 tỷ năm.”
Nói cách khác, khi nhiệt độ Trái đất dao động trong thời gian dài hơn, những dao động này có thể đủ nhỏ theo nghĩa địa chất để nằm trong phạm vi mà phản hồi ổn định, chẳng hạn như phong hóa silicat, có thể kiểm soát khí hậu theo định kỳ và hơn nữa, trong một khu vực có thể ở được.
Tạp chí tham khảo:
- Constantin W. Arnscheidt và cộng sự. Sự hiện diện hay vắng mặt của phản hồi ổn định hệ thống Trái đất trên các thang thời gian khác nhau. Những tiến bộ khoa học. DOI: 10.1126/sciadv.adc9241
