MIT揭示地球“自救”机制,一次花费数十万年

作者: 学术头条

来源: Science Advances

发布日期: 2022-11-18 18:00:02

麻省理工学院的科学家Constantin Arnscheidt和Daniel Rothman通过研究证实,地球拥有一种“起死回生”的本领,可以在长达数十万年的时间中调节自身的温度,进行自救。这种机制是通过“稳定反馈”(stabilizing feedback)实现的,可以在数十万年的时间尺度上将全球气候从崩溃的边缘拉回来,使气温保持在一个稳定、宜居的范围内。一个可能的机制是“硅酸盐风化”,它通过化学反应将二氧化碳从大气中吸出并固定在海洋沉积物和岩石中,从而稳定全球气候。

当前,气候变化已经成为威胁全球80亿人口和整个地球生态的“隐形杀手”。然而,在更久远的地球历史中,地球的气候先后经历了更多、更严重的变化——从全球火山活动大爆发到全球降温的冰河时期,以及太阳辐射的剧烈变化等。但是,在过去的37亿年中,地球生命的脉搏却一直在“跳动”,这是为什么呢?

来自麻省理工学院的科学家Constantin Arnscheidt、Daniel Rothman在一项研究中证实,地球拥有一种“起死回生”的本领,可以在长达数十万年的时间中调节自身的温度,进行自救。也就是说,一种存在于地球上的“稳定反馈”(stabilizing feedback)机制,可以在数十万年的时间尺度上将全球气候从崩溃的边缘拉回来,使气温保持在一个稳定、宜居的范围内。

这是科学家首次使用实际数据来证实稳定反馈的存在。

那么,地球是如何在一个长达数十万年的周期中实现缓慢“自救”的?一个可能的机制是“硅酸盐风化”。据介绍,在硅酸盐岩石缓慢且稳定的风化过程中,其中发生的一种化学反应会将二氧化碳从大气中吸出,并“困”在海洋沉积物和岩石中。

早在以往的研究中,科学家们就发现了地球碳循环存在气候稳定效应的迹象:对古岩石的化学分析表明,即使在全球气温剧烈波动的情况下,进出地球表面环境的碳通量仍然保持相对平衡;硅酸盐风化模型预测,这一过程应该对全球气候有一定的稳定作用;地球持久宜居的事实表明,存在某种内在的地质学机制来应对极端温度波动。

Arnscheidt和Rothman分析了过去6600万年全球平均气温的历史,并考虑了不同时间尺度(比如数万年、数十万年)上的整个时期,来观察这些数据是否揭示了在地质时间尺度上控制全球温度的稳定现象的模式特征。如果没有稳定反馈,全球温度的波动应该随着时间尺度而增长。

然而,该研究揭示了一个波动但不增长的机制,即地球的温度波动在数十万年的时间尺度上得到控制,这意味着在波动增长到极端之前,全球气候确实会受到一种稳定机制的作用。而且,这种稳定作用的时间尺度(几十万年)与科学家预测的硅酸盐风化作用的时间尺度相吻合。

有趣的是,Arnscheidt和Rothman发现,数据在更长的时间尺度上却没有显示出任何稳定的反馈。

也就是说,在超过一百万年的时间尺度上,全球气温似乎没有任何反复回落的迹象。那么,在这些较长的时间尺度上,是什么控制了全球气温呢?Arnscheidt说:“有些人会认为随机机会是一个足够好的解释,另一些人则坚持必须有一个稳定反馈,而我们从数据中发现,答案可能介于两者之间。”换句话说,除了地球自己的稳定反馈,纯粹的运气也可能在保持地球持续适宜居住方面发挥了作用。

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