การศึกษาใหม่พบว่าโลกสามารถควบคุมอุณหภูมิของตัวเองได้นับพันปี

ตอนนี้ การศึกษาโดยนักวิจัยของ MIT ในScience Advancesยืนยันว่าดาวเคราะห์มีกลไก "การป้อนกลับที่เสถียร" ซึ่งทำหน้าที่เป็นเวลาหลายแสนปีเพื่อดึงสภาพอากาศให้กลับมาจากขอบฟ้า รักษาอุณหภูมิโลกให้อยู่ในช่วงที่คงที่และเอื้อต่อการอยู่อาศัย มันทำสิ่งนี้สำเร็จได้อย่างไร? กลไกที่เป็นไปได้คือ "การผุกร่อนของซิลิเกต" ซึ่งเป็นกระบวนการทางธรณีวิทยาที่การผุกร่อนของหินซิลิเกตอย่างช้าๆ และสม่ำเสมอนั้นเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาทางเคมีที่จะดึงก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ออกจากชั้นบรรยากาศและลงสู่ตะกอนในมหาสมุทรในที่สุด กักก๊าซไว้ในหิน นักวิทยาศาสตร์สงสัยมานานแล้วว่าการผุกร่อนของซิลิเกตมีบทบาทสำคัญในการควบคุมวัฏจักรคาร์บอนของโลก กลไกการผุกร่อนของซิลิเกตสามารถให้แรงคงที่ทางธรณีวิทยาในการควบคุมคาร์บอนไดออกไซด์และอุณหภูมิโลก แต่ไม่เคยมีหลักฐานโดยตรงสำหรับการดำเนินการอย่างต่อเนื่องของข้อเสนอแนะดังกล่าว จนถึงขณะนี้ การค้นพบใหม่นี้อิงจากการศึกษาข้อมูลภูมิอากาศในยุคดึกดำบรรพ์ที่บันทึกการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิโลกโดยเฉลี่ยในช่วง 66 ล้านปีที่ผ่านมา ทีมงานของ MIT ใช้การวิเคราะห์ทางคณิตศาสตร์เพื่อดูว่าข้อมูลดังกล่าวเปิดเผยลักษณะเฉพาะของปรากฏการณ์ที่คงตัวซึ่งควบคุมอุณหภูมิโลกในช่วงเวลาทางธรณีวิทยาหรือไม่ พวกเขาพบว่าแท้จริงแล้วดูเหมือนจะมีรูปแบบที่สอดคล้องกันซึ่งการแกว่งตัวของอุณหภูมิของโลกจะลดต่ำลงในช่วงเวลาหลายแสนปี ระยะเวลาของผลกระทบนี้คล้ายกับช่วงเวลาซึ่งคาดการณ์ว่าสภาพอากาศแบบซิลิเกตจะเกิดขึ้น ผลลัพธ์นี้เป็นข้อมูลแรกที่ใช้ข้อมูลจริงเพื่อยืนยันการมีอยู่ของข้อมูลป้อนกลับที่เสถียร ซึ่งกลไกนี้น่าจะเป็นการผุกร่อนของซิลิเกต ข้อมูลย้อนกลับที่มีเสถียรภาพนี้จะอธิบายว่าโลกยังคงอยู่อาศัยได้อย่างไรผ่านเหตุการณ์สภาพอากาศที่น่าทึ่งในอดีตทางธรณีวิทยา "ในแง่หนึ่ง เป็นเรื่องดีเพราะเรารู้ว่าภาวะโลกร้อนในปัจจุบันจะถูกยกเลิกในที่สุดด้วยผลตอบรับที่มีเสถียรภาพนี้" Constantin Arnscheidt นักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษาจาก Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) ของ MIT กล่าว "แต่ในอีกทางหนึ่ง มันต้องใช้เวลาหลายแสนปีจึงจะเกิดขึ้น ดังนั้นจึงไม่เร็วพอที่จะแก้ปัญหาในปัจจุบันของเรา" การศึกษานี้เขียนโดย Arnscheidt และ Daniel Rothman ศาสตราจารย์ด้านธรณีฟิสิกส์ที่ MIT ความเสถียรของข้อมูล ก่อนหน้านี้ นักวิทยาศาสตร์ได้มองเห็นสัญญาณของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศในวัฏจักรคาร์บอนของโลก: การวิเคราะห์ทางเคมีของหินโบราณได้แสดงให้เห็นว่าฟลักซ์ของคาร์บอนเข้าและออกจากสภาพแวดล้อมพื้นผิวโลกยังคงค่อนข้างสมดุล อุณหภูมิ แม้ผ่านการแกว่งอย่างมากของอุณหภูมิโลก นอกจากนี้ แบบจำลองของการผุกร่อนของซิลิเกตยังทำนายว่ากระบวนการนี้น่าจะมีผลกระทบบางอย่างต่อสภาพอากาศโลกที่คงที่ และสุดท้าย ความจริงของการอยู่อาศัยได้อย่างยั่งยืนของโลกชี้ให้เห็นถึงการตรวจสอบทางธรณีวิทยาบางประการเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิที่รุนแรง Arnscheidt กล่าวว่า "คุณมีดาวเคราะห์ที่สภาพอากาศเปลี่ยนแปลงจากภายนอกอย่างมาก ทำไมสิ่งมีชีวิตจึงอยู่รอดมาได้ ข้อโต้แย้งประการหนึ่งคือเราต้องการกลไกรักษาเสถียรภาพบางอย่างเพื่อรักษาอุณหภูมิให้เหมาะสมกับชีวิต" Arnscheidt กล่าว "แต่ไม่เคยแสดงให้เห็นจากข้อมูลว่ากลไกดังกล่าวควบคุมสภาพอากาศของโลกอย่างสม่ำเสมอ" Arnscheidt และ Rothman พยายามที่จะยืนยันว่าข้อเสนอแนะที่มีเสถียรภาพได้ผลจริงหรือไม่ โดยพิจารณาจากข้อมูลความผันผวนของอุณหภูมิโลกผ่านประวัติศาสตร์ทางธรณีวิทยา พวกเขาทำงานร่วมกับบันทึกอุณหภูมิโลกที่รวบรวมโดยนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ ตั้งแต่องค์ประกอบทางเคมีของฟอสซิลและเปลือกหอยทะเลโบราณ ตลอดจนแกนน้ำแข็งแอนตาร์กติกที่เก็บรักษาไว้ "การศึกษาทั้งหมดนี้เป็นไปได้เพราะมีความก้าวหน้าอย่างมากในการปรับปรุงความละเอียดของบันทึกอุณหภูมิใต้ทะเลลึกเหล่านี้" Arnscheidt กล่าว "ตอนนี้เรามีข้อมูลย้อนหลังไปถึง 66 ล้านปี โดยมีจุดข้อมูลห่างกันมากที่สุดหลายพันปี" เร่งความเร็วเพื่อหยุด สำหรับข้อมูล ทีมงานใช้ทฤษฎีทางคณิตศาสตร์ของสมการเชิงอนุพันธ์สุ่ม ซึ่งมักใช้เพื่อเปิดเผยรูปแบบในชุดข้อมูลที่ผันผวนอย่างกว้างขวาง Arnscheidt อธิบาย "เราตระหนักดีว่าทฤษฎีนี้คาดการณ์สิ่งที่คุณคาดหวังว่าประวัติศาสตร์อุณหภูมิของโลกจะมีลักษณะอย่างไร หากได้รับการตอบกลับในช่วงเวลาหนึ่ง" Arnscheidt อธิบาย เมื่อใช้แนวทางนี้ ทีมงานวิเคราะห์ประวัติของอุณหภูมิโลกโดยเฉลี่ยในช่วง 66 ล้านปีที่ผ่านมา โดยพิจารณาจากช่วงเวลาทั้งหมดในช่วงเวลาที่แตกต่างกัน เช่น หมื่นปีกับแสนปี เพื่อดูว่ามีรูปแบบใดของการป้อนกลับที่คงที่เกิดขึ้นภายใน แต่ละช่วงเวลา “ในระดับหนึ่ง มันเหมือนกับว่ารถของคุณกำลังแล่นไปตามถนน และเมื่อคุณเหยียบเบรก คุณจะไถลไปเป็นเวลานานก่อนที่จะหยุด” Rothman กล่าว "มีช่วงเวลาที่ความต้านทานแรงเสียดทานหรือการป้อนกลับที่เสถียรจะเริ่มขึ้นเมื่อระบบกลับสู่สถานะคงที่" ความผันผวนของอุณหภูมิโลกควรเพิ่มขึ้นตามเวลา แต่การวิเคราะห์ของทีมเผยให้เห็นระบอบการปกครองที่ความผันผวนไม่เพิ่มขึ้น หมายความว่ากลไกการรักษาเสถียรภาพได้ครอบงำในสภาพอากาศก่อนที่ความผันผวนจะรุนแรงเกินไป ช่วงเวลาสำหรับผลกระทบที่เสถียรนี้ - หลายร้อยหลายพันปี - สอดคล้องกับสิ่งที่นักวิทยาศาสตร์คาดการณ์เกี่ยวกับสภาพอากาศของซิลิเกต ที่น่าสนใจคือ Arnscheidt และ Rothman พบว่าในระยะเวลาที่นานขึ้น ข้อมูลไม่ได้เปิดเผยผลตอบรับที่คงที่ใดๆ นั่นคือ ดูเหมือนจะไม่มีการดึงกลับซ้ำของอุณหภูมิโลกในช่วงเวลาที่ยาวนานกว่าหนึ่งล้านปี เมื่อเวลาผ่านไปนานขึ้น อะไรที่ทำให้อุณหภูมิโลกอยู่ในการควบคุม? "มีความคิดที่ว่าโอกาสอาจมีบทบาทสำคัญในการระบุว่าเหตุใดหลังจากผ่านไปกว่า 3 พันล้านปี สิ่งมีชีวิตจึงยังคงมีอยู่" รอธแมนเสนอ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่ออุณหภูมิของโลกผันผวนในแนวยาว ความผันผวนเหล่านี้อาจเกิดขึ้นได้เพียงเล็กน้อยในความหมายทางธรณีวิทยา โดยอยู่ในช่วงที่การป้อนกลับที่เสถียร เช่น ดินฟ้าอากาศแบบซิลิเกต สามารถควบคุมสภาพอากาศเป็นระยะๆ ได้ และอื่น ๆ ที่ตรงประเด็น ภายในเขตเอื้ออาศัยได้ Arnscheidt กล่าวว่า "มีสองค่าย: บางคนบอกว่าโอกาสสุ่มเป็นคำอธิบายที่ดีพอ "เราสามารถแสดงได้โดยตรงจากข้อมูลว่าคำตอบน่าจะอยู่ระหว่างนั้น กล่าวอีกนัยหนึ่งคือมีความเสถียรอยู่บ้าง แต่โชคยังดีที่มีส่วนทำให้โลกน่าอยู่อย่างต่อเนื่อง" งานวิจัยนี้ได้รับการสนับสนุนบางส่วนจากทุน MathWorks และมูลนิธิวิทยาศาสตร์แห่งชาติ