MIT揭示地球“自救”机制,一次花费数十万年
来源:学术头条
发布时间:2022-11-24
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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?

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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。

相关研究论文以“Presence or absence of stabilizing Earth system feedbacks on different time scales”为题,已发表在科学期刊 Science Advances 上。

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(来源:Science Advances)

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。

“这个星球的气候受到过如此多外部剧烈变化的影响。为什么生命一直存在?有一种观点认为,地球需要某种稳定机制来维持适合生命生存的温度,” Arnscheidt 说,“但从来没有数据表明,这种机制一直控制着地球的气候。”

于是,Arns cheidt 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。

“在某种程度上,这就像你的汽车在街上加速行驶,当你踩下刹车,汽车滑了很长一段时间才会停下来,” Rothman 说,“当系统恢复到稳定状态时,会有一个时间尺度,摩擦阻力或稳定反馈开始发挥作用。”

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图|温度波动和反馈机制。(来源:该论文)

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。

因此,这种稳定反馈可以解释,地球在过去的地质时期中是如何在剧烈的气候事件中保持稳定和宜居的。

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(来源:Pixabay)

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?

“有一种观点认为,机会,可能在决定为什么 30 多亿年后生命仍然存在的过程中发挥了重要作用,”Rothman 说。

也就是说,随着地球温度在更长时间内波动,这些波动在地质意义上可能恰好足够小,处在一个稳定的反馈范围内,比如硅酸盐风化,可以周期性地控制气候在一个依据的条件下。

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。

对于这一发现,Arnscheidt 表示,“这是一个好消息,因为我们知道,通过这种稳定反馈,当前全球变暖最终会被抵消;但这一过程需要持续数十万年的时间,速度不够快,不足以解决人类当前面临的气候问题。”

而且,地球每次的运气都会那样好吗?

参考链接:

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




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