MIT揭示地球“自救”機(jī)制,一次花費(fèi)數(shù)十萬(wàn)年
發(fā)布時(shí)間:2022-11-24
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當(dāng)前,氣候變化已經(jīng)成為威脅全球 80 億人口和整個(gè)地球生態(tài)的“隱形殺手”。

然而,在更久遠(yuǎn)的地球歷史中,地球的氣候先后經(jīng)歷了更多、更嚴(yán)重的變化——從全球火山活動(dòng)大爆發(fā)到全球降溫的冰河時(shí)期,以及太陽(yáng)輻射的劇烈變化等。

但是,在過(guò)去的 37 億年中,地球生命的脈搏卻一直在“跳動(dòng)”,這是為什么呢?

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來(lái)自麻省理工學(xué)院的科學(xué)家 Constantin Arnscheidt、Daniel Rothman 在一項(xiàng)研究中證實(shí),地球擁有一種“起死回生”的本領(lǐng),可以在長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的時(shí)間中調(diào)節(jié)自身的溫度,進(jìn)行自救。

也就是說(shuō),一種存在于地球上的“穩(wěn)定反饋”(stabilizing feedback)機(jī)制,**可以在數(shù)十萬(wàn)年的時(shí)間尺度上將全球氣候從崩潰的邊緣拉回來(lái),使氣溫保持在一個(gè)穩(wěn)定、宜居的范圍內(nèi)。**這是科學(xué)家首次使用實(shí)際數(shù)據(jù)來(lái)證實(shí)穩(wěn)定反饋的存在。

相關(guān)研究論文以“Presence or absence of stabilizing Earth system feedbacks on different time scales”為題,已發(fā)表在科學(xué)期刊 Science Advances 上。

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(來(lái)源:Science Advances)

那么,地球是如何在一個(gè)長(zhǎng)達(dá)數(shù)十萬(wàn)年的周期中實(shí)現(xiàn)緩慢“自救”的?一個(gè)可能的機(jī)制是“硅酸鹽風(fēng)化”。

據(jù)介紹,在硅酸鹽巖石緩慢且穩(wěn)定的風(fēng)化過(guò)程中,其中發(fā)生的一種化學(xué)反應(yīng)會(huì)將二氧化碳從大氣中吸出,并“困”在海洋沉積物和巖石中。

**早在以往的研究中,科學(xué)家們就發(fā)現(xiàn)了地球碳循環(huán)存在氣候穩(wěn)定效應(yīng)的跡象:**對(duì)古巖石的化學(xué)分析表明,即使在全球氣溫劇烈波動(dòng)的情況下,進(jìn)出地球表面環(huán)境的碳通量仍然保持相對(duì)平衡;硅酸鹽風(fēng)化模型預(yù)測(cè),這一過(guò)程應(yīng)該對(duì)全球氣候有一定的穩(wěn)定作用;地球持久宜居的事實(shí)表明,存在某種內(nèi)在的地質(zhì)學(xué)機(jī)制來(lái)應(yīng)對(duì)極端溫度波動(dòng)。

“這個(gè)星球的氣候受到過(guò)如此多外部劇烈變化的影響。為什么生命一直存在?有一種觀點(diǎn)認(rèn)為,地球需要某種穩(wěn)定機(jī)制來(lái)維持適合生命生存的溫度,” Arnscheidt 說(shuō),“但從來(lái)沒(méi)有數(shù)據(jù)表明,這種機(jī)制一直控制著地球的氣候?!?/strong>

于是,Arns cheidt 和 Rothman 分析了過(guò)去 6600 萬(wàn)年全球平均氣溫的歷史,并考慮了不同時(shí)間尺度(比如數(shù)萬(wàn)年、數(shù)十萬(wàn)年)上的整個(gè)時(shí)期,來(lái)觀察這些數(shù)據(jù)是否揭示了在地質(zhì)時(shí)間尺度上控制全球溫度的穩(wěn)定現(xiàn)象的模式特征。如果沒(méi)有穩(wěn)定反饋,全球溫度的波動(dòng)應(yīng)該隨著時(shí)間尺度而增長(zhǎng)。

“在某種程度上,這就像你的汽車在街上加速行駛,當(dāng)你踩下剎車,汽車滑了很長(zhǎng)一段時(shí)間才會(huì)停下來(lái),” Rothman 說(shuō),“當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí),會(huì)有一個(gè)時(shí)間尺度,摩擦阻力或穩(wěn)定反饋開(kāi)始發(fā)揮作用?!?/p>

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圖|溫度波動(dòng)和反饋機(jī)制。(來(lái)源:該論文)

然而,該研究揭示了一個(gè)波動(dòng)但不增長(zhǎng)的機(jī)制,即地球的溫度波動(dòng)在數(shù)十萬(wàn)年的時(shí)間尺度上得到控制,這意味著在波動(dòng)增長(zhǎng)到極端之前,全球氣候確實(shí)會(huì)受到一種穩(wěn)定機(jī)制的作用。而且,這種穩(wěn)定作用的時(shí)間尺度(幾十萬(wàn)年)與科學(xué)家預(yù)測(cè)的硅酸鹽風(fēng)化作用的時(shí)間尺度相吻合。

因此,這種穩(wěn)定反饋可以解釋,地球在過(guò)去的地質(zhì)時(shí)期中是如何在劇烈的氣候事件中保持穩(wěn)定和宜居的。

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(來(lái)源:Pixabay)

有趣的是,Arnscheidt 和 Rothman 發(fā)現(xiàn),數(shù)據(jù)在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上卻沒(méi)有顯示出任何穩(wěn)定的反饋。也就是說(shuō),在超過(guò)一百萬(wàn)年的時(shí)間尺度上,全球氣溫似乎沒(méi)有任何反復(fù)回落的跡象。

那么,在這些較長(zhǎng)的時(shí)間尺度上,是什么控制了全球氣溫呢?

“有一種觀點(diǎn)認(rèn)為,機(jī)會(huì),可能在決定為什么 30 多億年后生命仍然存在的過(guò)程中發(fā)揮了重要作用,”Rothman 說(shuō)。

也就是說(shuō),隨著地球溫度在更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)波動(dòng),這些波動(dòng)在地質(zhì)意義上可能恰好足夠小,處在一個(gè)穩(wěn)定的反饋范圍內(nèi),比如硅酸鹽風(fēng)化,可以周期性地控制氣候在一個(gè)依據(jù)的條件下。

Arnscheidt 說(shuō):“有些人會(huì)認(rèn)為隨機(jī)機(jī)會(huì)是一個(gè)足夠好的解釋,另一些人則堅(jiān)持必須有一個(gè)穩(wěn)定反饋,而我們從數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn),答案可能介于兩者之間。”?換句話說(shuō),除了地球自己的穩(wěn)定反饋,純粹的運(yùn)氣也可能在保持地球持續(xù)適宜居住方面發(fā)揮了作用。

對(duì)于這一發(fā)現(xiàn),Arnscheidt 表示,“這是一個(gè)好消息,因?yàn)槲覀冎?,通過(guò)這種穩(wěn)定反饋,當(dāng)前全球變暖最終會(huì)被抵消;但這一過(guò)程需要持續(xù)數(shù)十萬(wàn)年的時(shí)間,速度不夠快,不足以解決人類當(dāng)前面臨的氣候問(wèn)題?!?/p>

而且,地球每次的運(yùn)氣都會(huì)那樣好嗎?

參考鏈接:

https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc9241




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