當(dāng)前，氣候變化已經(jīng)成為威脅全球 80 億人口和整個地球生態(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——從全球火山活動大爆發(fā)到全球降溫的冰河時期，以及太陽輻射的劇烈變化等。
但是，在過去的 37 億年中，地球生命的脈搏卻一直在“跳動”，這是為什么呢？
來自麻省理工學(xué)院的科學(xué)家 Constantin Arnscheidt、Daniel Rothman 在一項研究中證實，地球擁有一種“起死回生”的本領(lǐng)，可以在長達(dá)數(shù)十萬年的時間中調(diào)節(jié)自身的溫度，進(jìn)行自救。
也就是說，一種存在于地球上的“穩(wěn)定反饋”（stabilizing feedback）機制，**可以在數(shù)十萬年的時間尺度上將全球氣候從崩潰的邊緣拉回來，使氣溫保持在一個穩(wěn)定、宜居的范圍內(nèi)。**這是科學(xué)家首次使用實際數(shù)據(jù)來證實穩(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。
（來源：Science Advances）
那么，地球是如何在一個長達(dá)數(shù)十萬年的周期中實現(xiàn)緩慢“自救”的？一個可能的機制是“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)化過程中，其中發(fā)生的一種化學(xué)反應(yīng)會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：**對古巖石的化學(xué)分析表明，即使在全球氣溫劇烈波動的情況下，進(jìn)出地球表面環(huán)境的碳通量仍然保持相對平衡；硅酸鹽風(fēng)化模型預(yù)測，這一過程應(yīng)該對全球氣候有一定的穩(wěn)定作用；地球持久宜居的事實表明，存在某種內(nèi)在的地質(zhì)學(xué)機制來應(yīng)對極端溫度波動。
“這個星球的氣候受到過如此多外部劇烈變化的影響。為什么生命一直存在？有一種觀點認(rèn)為，地球需要某種穩(wěn)定機制來維持適合生命生存的溫度，” Arnscheidt 說，“但從來沒有數(shù)據(jù)表明，這種機制一直控制著地球的氣候?！?/strong>
于是，Arns cheidt 和 Rothman 分析了過去 6600 萬年全球平均氣溫的歷史，并考慮了不同時間尺度（比如數(shù)萬年、數(shù)十萬年）上的整個時期，來觀察這些數(shù)據(jù)是否揭示了在地質(zhì)時間尺度上控制全球溫度的穩(wěn)定現(xiàn)象的模式特征。如果沒有穩(wěn)定反饋，全球溫度的波動應(yīng)該隨著時間尺度而增長。
“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，汽車滑了很長一段時間才會停下來，” Rothman 說，“當(dāng)系統(tǒng)恢復(fù)到穩(wěn)定狀態(tài)時，會有一個時間尺度，摩擦阻力或穩(wěn)定反饋開始發(fā)揮作用?！?/p>
圖｜溫度波動和反饋機制。（來源：該論文）
然而，該研究揭示了一個波動但不增長的機制，即地球的溫度波動在數(shù)十萬年的時間尺度上得到控制，這意味著在波動增長到極端之前，全球氣候確實會受到一種穩(wěn)定機制的作用。而且，這種穩(wěn)定作用的時間尺度（幾十萬年）與科學(xué)家預(yù)測的硅酸鹽風(fēng)化作用的時間尺度相吻合。
因此，這種穩(wěn)定反饋可以解釋，地球在過去的地質(zhì)時期中是如何在劇烈的氣候事件中保持穩(wěn)定和宜居的。
（來源：Pixabay）
有趣的是，Arnscheidt 和 Rothman 發(fā)現(xiàn)，數(shù)據(jù)在更長的時間尺度上卻沒有顯示出任何穩(wěn)定的反饋。也就是說，在超過一百萬年的時間尺度上，全球氣溫似乎沒有任何反復(fù)回落的跡象。
那么，在這些較長的時間尺度上，是什么控制了全球氣溫呢？
“有一種觀點認(rèn)為，機會，可能在決定為什么 30 多億年后生命仍然存在的過程中發(fā)揮了重要作用，”Rothman 說。
也就是說，隨著地球溫度在更長時間內(nèi)波動，這些波動在地質(zhì)意義上可能恰好足夠小，處在一個穩(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依據(jù)的條件下。
Arnscheidt 說：“有些人會認(rèn)為隨機機會是一個足夠好的解釋，另一些人則堅持必須有一個穩(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，除了地球自己的穩(wěn)定反饋，純粹的運氣也可能在保持地球持續(xù)適宜居住方面發(fā)揮了作用。
對于這一發(fā)現(xiàn)，Arnscheidt 表示，“這是一個好消息，因為我們知道，通過這種穩(wěn)定反饋，當(dāng)前全球變暖最終會被抵消；但這一過程需要持續(xù)數(shù)十萬年的時間，速度不夠快，不足以解決人類當(dāng)前面臨的氣候問題。”
而且，地球每次的運氣都會那樣好嗎？
參考鏈接：
https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.adc9241
2022-11-22
掃碼下載APP
科普中國APP
科普中國
科普中國
京公網(wǎng)安備11010202008423號