Klima na Zemlji pretrpela je neke velike promene, od globalnog vulkanizma do ledenih doba koje se hlade planete i dramatičnih promena u sunčevom zračenju. Pa ipak, život je, poslednjih 3,7 milijardi godina, nastavio da kuca.
Sada, studija istraživača MIT-a u Science Advances potvrđuje da planeta ima mehanizam „stabilizujuće povratne informacije“ koji deluje tokom stotina hiljada godina kako bi povukao klimu sa ivice, održavajući globalne temperature unutar stabilnog raspona pogodnog za život.
Samo kako to postiže? Verovatan mehanizam je „silikatno trošenje“ — geološki proces kojim sporo i postojano trošenje silikatnih stena uključuje hemijske reakcije koje na kraju izvlače ugljen-dioksid iz atmosfere u sedimente okeana, zadržavajući gas u stenama.
Naučnici su dugo sumnjali da silikatno vremenske prilike igraju glavnu ulogu u regulisanju Zemljinog ciklusa ugljenika. Mehanizam silikatnog trošenja mogao bi da obezbedi geološki konstantnu silu u održavanju ugljen-dioksida – i globalnih temperatura – pod kontrolom. Ali nikada do sada nije bilo direktnih dokaza za kontinuirano funkcionisanje takve povratne informacije.
Nova otkrića su zasnovana na studiji paleoklimatskih podataka koji beleže promene prosečnih globalnih temperatura u poslednjih 66 miliona godina. Tim MIT-a je primenio matematičku analizu da vidi da li podaci otkrivaju bilo kakve obrasce karakteristične za stabilizacijske fenomene koji su obuzdavali globalne temperature na geološkoj vremenskoj skali.
Oni su otkrili da zaista izgleda da postoji konzistentan obrazac u kome su promene temperature na Zemlji prigušene tokom vremenskih perioda od stotina hiljada godina. Trajanje ovog efekta je slično vremenskim okvirima tokom kojih se predviđa da će delovati silikatno vremensko dejstvo.
Rezultati su prvi koji su koristili stvarne podatke da bi potvrdili postojanje stabilizirajuće povratne informacije, čiji je mehanizam verovatno silikatno trošenje. Ova stabilizacijska povratna informacija bi objasnila kako je Zemlja ostala naseljiva kroz dramatične klimatske događaje u geološkoj prošlosti.
„S jedne strane, to je dobro jer znamo da će današnje globalno zagrevanje na kraju biti poništeno kroz ovu stabilizaciju povratnih informacija“, kaže Constantin Arnscheidt, diplomirani student na MIT-ovom odseku za Zemljine, atmosferske i planetarne nauke (EAPS). „Ali, s druge strane, biće potrebno stotine hiljada godina da se desi, dakle nedovoljno brzo da rešimo naša današnja pitanja.
Studiju su koautori Arnscheidt i Daniel Rothman, profesor geofizike na MIT-u.
Naučnici su ranije videli nagoveštaje efekta stabilizacije klime u Zemljinom ciklusu ugljenika: Hemijske analize drevnih stena su pokazale da je protok ugljenika u i iz površinskog okruženja Zemlje ostao relativno uravnotežen, čak i kroz dramatične promene globalne temperature. Štaviše, modeli silikatnog trošenja predviđaju da bi proces trebalo da ima neki stabilizujući efekat na globalnu klimu. I konačno, činjenica trajne nastanjivosti Zemlje ukazuje na neku inherentnu, geološku proveru ekstremnih temperaturnih promena.
„Imate planetu čija je klima bila podvrgnuta toliko dramatičnih spoljašnjih promena. Zašto je život opstao sve ovo vreme? Jedan od argumenata je da nam je potrebna neka vrsta stabilizacionog mehanizma da održavamo temperature pogodne za život“, kaže Arnšajd. „Ali iz podataka nikada nije pokazano da je takav mehanizam dosledno kontrolisao klimu na Zemlji.“
Arnšajt i Rotman pokušali su da potvrde da li je stabilizujuća povratna informacija zaista bila na delu, gledajući podatke o globalnim temperaturnim fluktuacijama kroz geološku istoriju. Radili su sa nizom globalnih temperaturnih zapisa koje su sastavili drugi naučnici, od hemijskog sastava drevnih morskih fosila i školjki, kao i očuvanih antarktičkih ledenih jezgara.
„Cela ova studija je moguća samo zato što je došlo do velikog napretka u poboljšanju rezolucije ovih zapisa o temperaturi dubokog mora“, napominje Arnšajd. „Sada imamo podatke koji sežu unazad 66 miliona godina, sa tačkama podataka koje su udaljene najviše hiljadama godina.“
Tim je na podatke primenio matematičku teoriju stohastičkih diferencijalnih jednačina, koja se obično koristi za otkrivanje obrazaca u skupovima podataka koji se veoma fluktuiraju.
„Shvatili smo da ova teorija predviđa kako biste očekivali da će istorija temperature Zemlje izgledati da je bilo povratnih informacija koje su delovale u određenim vremenskim okvirima“, objašnjava Arnšajd.
Koristeći ovaj pristup, tim je analizirao istoriju prosečnih globalnih temperatura u poslednjih 66 miliona godina, uzimajući u obzir ceo period u različitim vremenskim okvirima, kao što su desetine hiljada godina u odnosu na stotine hiljada, da bi video da li su se pojavili neki obrasci stabilizacije povratnih informacija unutar svaki vremenski okvir.
„U određenoj meri, to je kao da vam auto juri ulicom, a kada pritisnete kočnicu, dugo klizite pre nego što se zaustavite“, kaže Rotman. „Postoji vremenski okvir u kome se otpor trenja, ili stabilizirajuća povratna informacija, aktivira, kada se sistem vrati u stabilno stanje.“
Bez stabilizacije povratnih informacija, fluktuacije globalne temperature bi trebalo da rastu sa vremenskim okvirom. Ali analiza tima otkrila je režim u kojem fluktuacije nisu rasle, što implicira da je stabilizacioni mehanizam vladao u klimi pre nego što su fluktuacije postale previše ekstremne. Vremenski okvir za ovaj efekat stabilizacije – stotine hiljada godina – poklapa se sa onim što naučnici predviđaju za silikatne vremenske uslove.
Zanimljivo je da su Arnšajd i Rotman otkrili da u dužim vremenskim okvirima podaci nisu otkrili nikakve stabilizacijske povratne informacije. Odnosno, čini se da nema ponavljajućeg povlačenja globalnih temperatura u vremenskim okvirima dužim od milion godina. U ovim dužim vremenskim okvirima, šta je onda držalo globalne temperature pod kontrolom?
„Postoji ideja da je slučajnost možda igrala glavnu ulogu u određivanju zašto, posle više od 3 milijarde godina, život još uvek postoji“, nudi Rotman.
Drugim rečima, kako temperature na Zemlji fluktuiraju u dužim delovima, ove fluktuacije mogu jednostavno biti dovoljno male u geološkom smislu, da budu u opsegu da bi stabilizirajuća povratna informacija, kao što je silikatno vremenske prilike, mogla povremeno da drži klimu pod kontrolom, i tačnije, unutar zone pogodne za stanovanje.
„Postoje dva tabora: neki kažu da je slučajna šansa dovoljno dobro objašnjenje, a drugi kažu da mora postojati stabilizirajuća povratna informacija“, kaže Arnšajd. „U mogućnosti smo da pokažemo, direktno na osnovu podataka, da je odgovor verovatno negde između. Drugim rečima, došlo je do izvesne stabilizacije, ali čista sreća je verovatno takođe igrala ulogu u održavanju Zemlje stalno pogodnom za stanovanje.“
