Stene, kiša i ugljen-dioksid pomažu u kontroli klime na Zemlji tokom hiljada godina – poput termostata – kroz proces koji se zove vremenske prilike. Nova studija koju vode naučnici Penn State može poboljšati naše razumevanje o tome kako ovaj termostat reaguje na promene temperature.
„Život na ovoj planeti postoji milijardama godina, tako da znamo da je temperatura Zemlje ostala dovoljno konstantna da postoji tečna voda i da podrži život“, rekla je Suzan Brantli, profesor Univerziteta Evan Pugh i profesor geonauka Barnes u Penn State. „Ideja je da je ovaj termostat trošenje silikatnih stena, ali niko se nikada nije složio oko njegove temperaturne osetljivosti.
Budući da mnogi faktori utiču na vremenske uticaje, bilo je izazovno koristiti samo rezultate laboratorijskih eksperimenata za kreiranje globalnih procena o tome kako vremenske prilike reaguju na promene temperature, rekli su naučnici.
Tim je kombinovao laboratorijska merenja i analizu tla sa 45 lokacija zemljišta širom sveta i mnogih slivova da bi bolje razumeo vremenske uslove glavnih tipova stena na Zemlji i koristio te nalaze da napravi globalnu procenu o tome kako vremenske prilike reaguju na temperaturu.
„Kada radite eksperimente u laboratoriji u odnosu na uzimanje uzoraka iz zemlje ili reke, dobijate različite vrednosti“, rekao je Brantli. „Dakle, ono što smo pokušali da uradimo u ovom istraživanju je da pogledamo te različite prostorne skale i shvatimo kako možemo da shvatimo sve ove podatke koje su geohemičari širom sveta akumulirali o vremenskim uticajima na planeti. I ova studija je model kako mi mogu to učiniti.“
Vremenske prilike predstavljaju deo balansiranja ugljen-dioksida u Zemljinoj atmosferi. Vulkani su emitovali velike količine ugljen-dioksida kroz istoriju Zemlje, ali umesto da pretvore planetu u vruću kuću, gas staklene bašte se polako uklanja vremenskim uticajem.
Kiša uzima ugljen-dioksid iz atmosfere i stvara slabu kiselinu koja pada na Zemlju i troši silikatne stene sa površine. Nusprodukti se prenose potocima i rekama do okeana gde je ugljenik na kraju zaključan u sedimentnim stenama, rekli su naučnici.
„Dugo se pretpostavljalo da ravnoteža između ugljen-dioksida koji ulazi u atmosferu iz vulkana i koji se izvlači vremenskim uticajem tokom miliona godina drži temperaturu planete relativno konstantnom“, rekao je Brantli. „Ključ je kada ima više ugljen-dioksida u atmosferi i kada planeta postane toplija, vremenske prilike idu brže i izvlače više ugljen-dioksida. A kada je planeta hladnija, vremenske prilike se usporavaju.“
Ali mnogo toga ostaje nepoznato o tome koliko je vremenske prilike osetljive na promene temperature, delom zbog dugih prostornih i vremenskih skala koje su uključene.
„U profilu tla vidite sliku tla na kojoj je zatvarač kamere bio otvoren ponekad milion godina—postoje integrisani procesi koji se dešavaju milion godina i pokušavate da to uporedite sa dvogodišnjim eksperimentom sa bocom, “ rekao je Brantli.
Brantli je rekao da je polje nauke o kritičnim zonama – koje ispituje pejzaže od najviše vegetacije do najdubljih podzemnih voda – pomoglo naučnicima da bolje razumeju složene interakcije koje utiču na vremenske uticaje.
Na primer, stene se moraju lomiti da bi voda ušla u pukotine i počela da razlaže materijale. Da bi se to desilo, stena mora imati velike, izložene površine, a to je manje verovatno u regionima gde je tlo dublje.
„Tek kada počnete da prelazite prostorne i vremenske skale, počinjete da vidite šta je zaista važno“, rekao je Brantli. „Površina je zaista važna. Možete izmeriti sve konstante brzine koje želite za to rešenje u laboratoriji, ali dok mi ne možete reći kako se površina formira tamo u prirodnom sistemu, nikada nećete moći da predvidite pravi sistem“.
Naučnici su u časopisu Science objavili da su merenja osetljivosti na temperaturu u laboratoriji bila niža od procena tla i reka u njihovoj studiji. Koristeći zapažanja iz laboratorija i terenskih lokacija, oni su povećali svoje nalaze kako bi procenili globalnu temperaturnu zavisnost vremenskih uslova.
Njihov model može biti od pomoći za razumevanje kako će vremenske prilike reagovati na buduće klimatske promene i za procenu pokušaja koje je čovek napravio da povećaju vremenske uticaje kako bi se iz atmosfere izvuklo više ugljen-dioksida – poput sekvestracije ugljenika.
„Jedna ideja je bila da se poboljša vremenske prilike tako što se iskopa mnogo kamenja, melje ga, transportuje i stavlja na polja kako bi se dozvolilo da se vremenske prilike desi“, rekao je Brantli. „I to će funkcionisati — već funkcioniše. Problem je što je to veoma spor proces.“
Iako zagrevanje može da ubrza vremenske uticaje, izvlačenje celokupnog ugljen-dioksida iz atmosfere koji su ljudi dodali moglo bi da potraje hiljade ili stotine hiljada godina, rekli su naučnici.
Drugi istraživači Penn Stejta koji su učestvovali u studiji bili su Endru Šonesi, doktorant na Odeljenju za geonauke i Marina Lebedeva i Viktor Balašov, viši naučnici u Institutu za sisteme Zemlje i životne sredine.
