A Föld m felett képes szabályozni saját hőmérsékletét

A Föld klímája jelentős változásokon ment keresztül, a globális vulkanizmustól a bolygót lehűlő jégkorszakokig és a napsugárzás drámai változásaiig. Az élet mégis verte az elmúlt 3,7 milliárd évben.

Most az MIT kutatóinak tanulmánya Tudományos haladás megerősíti, hogy a bolygó egy „stabilizáló visszacsatolási” mechanizmussal rendelkezik, amely több százezer éven keresztül működik, hogy visszarántsa az éghajlatot a küszöbről, stabil, lakható tartományon belül tartva a globális hőmérsékletet.

Hogyan éri el ezt? Az egyik valószínű mechanizmus a “szilikátmállás” – egy geológiai folyamat, amelyben a szilikát kőzetek lassú és egyenletes mállása olyan kémiai reakciókat foglal magában, amelyek végül a szén-dioxidot kivonják a légkörből és az óceáni üledékekbe, és a gázt a kőzetekbe zárják.

A tudósok régóta gyanítják, hogy a szilikát mállás fontos szerepet játszik a Föld szénciklusának szabályozásában. A szilikát mállási mechanizmusa geológiailag állandó erő lehet a szén-dioxid – és a globális hőmérséklet – kordában tartása érdekében. Eddig azonban soha nem volt közvetlen bizonyíték az ilyen visszacsatolás folyamatos működésére.

Az új eredmények a paleoklíma adatainak tanulmányozásán alapulnak, amelyek rögzítik a Föld átlaghőmérsékletének változásait az elmúlt 66 millió évben. Az MIT csapata matematikai elemzést alkalmazott annak megállapítására, hogy az adatok feltárnak-e olyan stabilizáló jelenségekre jellemző mintákat, amelyek geológiai időskálán szabályozzák a globális hőmérsékletet.

Azt találták, hogy valóban úgy tűnik, hogy a Föld hőmérsékleti ingadozásai több százezer éves időskálán mérséklődnek. Ennek a hatásnak az időtartama hasonló a szilikátmállás várható időtartamához.

Az eredmények az elsők, amelyek tényleges adatokkal igazolják a stabilizáló visszacsatolás létezését, amelynek mechanizmusa valószínűleg a szilikátos időjárás. Ez a stabilizáló visszacsatolás megmagyarázná, hogy a Föld hogyan maradt lakható a geológiai múlt drámai éghajlati eseményei révén.

“Egyrészt jó, mert tudjuk, hogy a jelenlegi globális felmelegedést végül felülmúlja ez a stabilizáló visszacsatolás” – mondta Constantin Arnscheidt, az MIT Föld-, Légkör- és Bolygótudományi Tanszékének (EAPS) végzős hallgatója. “Másrészt viszont több százezer évnek kell eltelnie ahhoz, hogy ez megtörténjen, tehát nem elég gyorsan ahhoz, hogy megoldjuk jelenlegi problémáinkat.”

A tanulmány társszerzői Arnscheidt és Daniel Rothman, az MIT geofizika professzora.

Stabilitás az adatokban

A tudósok már korábban is láttak utalásokat a Föld szénciklusában a klímastabilizáló hatásra: az ősi kőzetek kémiai elemzései kimutatták, hogy a Föld felszínén be- és kifelé irányuló szénáramlás viszonylag kiegyensúlyozott maradt még a globális hőmérséklet drámai ingadozása ellenére is. Ezenkívül a szilikát mállási modellek azt jósolják, hogy a folyamatnak stabilizáló hatással kell lennie a globális éghajlatra. És végül, a Föld folyamatos lakhatóságának ténye a szélsőséges hőmérséklet-ingadozások eredendő geológiai kontrollját jelzi.

„Van egy bolygó, amelynek éghajlata oly sok drámai külső változásnak van kitéve. Miért élte túl az élet ennyi időt? Az egyik érv az, hogy szükségünk van valamiféle stabilizációs mechanizmusra, hogy a hőmérsékletet az élethez megfelelő szinten tartsuk” – mondja Arnscheidt. “Az adatok azonban soha nem mutatták, hogy egy ilyen mechanizmus következetesen szabályozta volna a Föld klímáját.”

Arnscheidt és Rothman arra törekedett, hogy megerősítse, valóban működik-e a stabilizáló visszacsatolás. Egy sor globális hőmérsékleti rekorddal dolgoztak, amelyeket más tudósok állítottak össze, az ősi tengeri kövületek és kagylók kémiai összetételéből, valamint a megőrzött antarktiszi jégmagokból.

“Ez az egész tanulmány csak azért lehetséges, mert nagy előrelépés történt a mélytengeri hőmérsékleti rekordok felbontásának javításában” – jegyzi meg Arnscheidt. “Most már 66 millió évre visszamenőleg vannak adataink, és az adatpontok legfeljebb több ezer évre vannak egymástól.”

Gyorsan állj meg

Az adatokhoz a csapat a sztochasztikus differenciálegyenletek matematikai elméletét alkalmazta, amelyet általában az erősen ingadozó adatkészletek mintáinak feltárására használnak.

“Rájöttünk, hogy ez az elmélet előrejelzéseket ad arra vonatkozóan, hogy milyennek számítana a Föld hőmérsékleti története, ha visszajelzések érkeztek volna bizonyos időskálákra” – magyarázza Arnscheidt.

Ezzel a megközelítéssel a csapat elemezte a Föld átlaghőmérsékletének történetét az elmúlt 66 millió év során, figyelembe véve a teljes időszakot különböző időskálákon, például több tízezer év és több százezer év között, hogy lássa, a stabilizáló visszacsatolás mintái megjelentek-e bármilyen időskálán.

“Bizonyos mértékig olyan, mintha az autója száguldozna az utcán, és amikor lenyomja a féket, már jóval megállása előtt megcsúszik” – mondja Rothman. “Van egy időskála, amikor a súrlódási ellenállás vagy egy stabilizáló visszacsatolás beindul, amikor a rendszer visszatér az egyensúlyi állapotba.”

A visszacsatolások stabilizálása nélkül a globális hőmérséklet-ingadozások idővel növekedni fognak. A csapat elemzése azonban feltárt egy olyan rendszert, amelyben az ingadozások nem növekedtek, ami arra utal, hogy létezett egy stabilizáló mechanizmus az éghajlatban, mielőtt az ingadozások túlságosan szélsőségessé válnának. Ennek a stabilizáló hatásnak az időskálája – több százezer év – egybeesik azzal, amit a tudósok a szilikát mállására jósolnak.

Érdekes módon Arnscheidt és Rothman azt találta, hogy hosszabb időtávon az adatok nem mutattak ki stabilizáló visszacsatolást. Vagyis úgy tűnik, hogy a globális hőmérséklet nem csökken ismétlődően egymillió évnél hosszabb időtávon. Tehát mi tartotta kordában a globális hőmérsékletet ezeken a hosszabb időskálákon?

“Van egy elképzelés, hogy a véletlennek nagy szerepe lehetett annak meghatározásában, hogy miért van még élet több mint 3 milliárd év után” – mondja Rothman.

Más szóval, mivel a Föld hőmérséklete hosszabb szakaszokon ingadozik, előfordulhat, hogy ezek az ingadozások geológiai értelemben elég kicsik ahhoz, hogy egy stabilizáló visszacsatolás, például a szilikátos mállás időszakosan szabályozhassák az éghajlatot, és még inkább ponton, lakható zónán belül.

“Két tábor létezik: egyesek szerint a véletlenszerűség elegendő magyarázat, mások szerint pedig stabilizáló visszacsatolásnak kell lennie” – mondja Arnscheidt. „Az adatokból közvetlenül megmutathatjuk, hogy a válasz valószínűleg valahol a kettő között van. Más szóval, volt némi stabilizáció, de valószínűleg a puszta szerencse is szerepet játszott abban, hogy a Föld folyamatosan lakhatóvá vált.”

Ezt a kutatást részben a MathWorks-ösztöndíj és a National Science Foundation támogatta.

###

Írta: Jennifer Chu, MIT News Office


Leave a Comment

%d bloggers like this: