17.11.2022 г.
Ученые открыли механизм стабилизации климата Земли, который действует в масштабе 100 000 лет

Изменения климата на Земле неоднократно происходили в прошлом, но на протяжении миллионов лет жизнь продолжала успешно противостоять негативным сценариям. Ученые Массачусетского технологического института проанализировали климатические данные за 66 миллионов лет и обнаружили стабилизирующий механизм, который действует в масштабе 100 000 лет и не дает глобальным температурам колебаться выше точки невозврата.

За свою историю Земля пережила огромные вулканические извержения, которые повысили глобальную температуру, и другие периоды, когда на планете было очень холодно. Но как бы плохо ни обстояли дела, климат в конце концов менялся к лучшему, и, хотя произошло много массовых вымираний, жизнь на Земле сохранилась.

Но остается вопрос – как это происходит? Что помешало Земле испытать безудержный парниковый эффект, который превратил Венеру в безжизненную пустыню, которой она является сегодня? Давно предполагалось, что какой-то механизм обратной связи удерживает глобальные температуры в стабильном, пригодном для жизни диапазоне, но прямых доказательств в данных обнаружено не было.

Поэтому для нового исследования ученые решили выяснить, появлялся ли какой-либо сигнал «возврата» в древних записях климатических данных и в каком временном масштабе он мог действовать. Команда изучила несколько больших наборов данных о глобальных температурных рекордах, включая керны антарктического льда и химический состав крошечных морских окаменелостей, начиная с вымирания динозавров 66 миллионов лет назад.

Затем ученые применили математическую систему, называемую стохастическими дифференциальными уравнениями, которая используется для поиска закономерностей в наборах данных, которые колеблются в больших масштабах. Используя этот инструмент, ученые проанализировали средние глобальные температуры с течением времени в поисках закономерностей стабилизации в разных временных масштабах, от десятков тысяч лет до сотен тысяч и до миллионов лет.

«Мы поняли, что эта теория делает прогнозы того, как можно было бы ожидать историю температуры Земли, если бы существовала обратная связь, действующая в определенных временных масштабах», — сказал Константин Арншайдт, соавтор исследования.

Без какого-либо стабилизирующего механизма обратной связи колебания температуры должны выглядеть более экстремально в больших временных масштабах, чем в меньших. Но ученые заметили, что это не так в масштабах миллионов лет, что указывает на то, что стабилизирующийся паттерн происходил во временных масштабах сотен тысяч лет.

Предполагается, что механизм, о котором идет речь, представляет собой «силикатное выветривание», которое считается ключевой частью долгосрочного углеродного цикла Земли.

По мере того, как дождевая вода постепенно выветривает силикатные породы на поверхности планеты, они вступают в химические реакции, которые увеличивают скорость поглощения ими углерода из атмосферы, который затем переносится в океанские отложения. Чем больше углекислого газа в атмосфере, тем быстрее происходит этот процесс, который будет тормозить безудержный парниковый эффект.

Поскольку модели предсказывают, что силикатное выветривание будет действовать в масштабе 100 000 лет, это хорошо подходит для того, чтобы быть стабилизирующим механизмом, на который указывают данные.

Интересно, однако, что отсутствие механизма в масштабах более миллиона лет предполагает, что обычная случайность все еще может играть свою роль.

«Есть два лагеря: одни говорят, что случайность — достаточно хорошее объяснение, а другие говорят, что должна быть стабилизирующая обратная связь», — говорят ученые. «Мы можем показать прямо из данных, что ответ, вероятно, находится где-то посередине. Другими словами, произошла некоторая стабилизация, но чистая удача, вероятно, также сыграла свою роль в том, чтобы Земля оставалась пригодной для жизни».

Это может звучать как шанс преодолеть нынешний климатический кризис, но, конечно же, большие временные рамки означают, что человечество — и огромное количество других организмов — может не прожить достаточно долго, чтобы увидеть это движения назад.

«С одной стороны, это хорошо, потому что мы знаем, что сегодняшнее глобальное потепление в конечном итоге будет нейтрализовано этой стабилизирующей обратной связью», — сказал Константин Арншайдт. «Но, с другой стороны, на это уйдут сотни тысяч лет, так что это недостаточно быстро, чтобы решить наши сегодняшние проблемы».

Исследование было опубликовано в журнале Science Advances.

Автор: Алла Конака