يمكن للأرض أن تنظم درجة حرارتها على مدى م

معا للقضاء على التشيع

شهد مناخ الأرض بعض التغييرات الكبيرة ، من البراكين العالمية إلى العصور الجليدية التي تبرد الكوكب والتحولات الدراماتيكية في الإشعاع الشمسي. ومع ذلك ، استمرت الحياة ، طوال 3.7 مليار سنة الماضية ، في الضرب.

الآن ، دراسة أجراها باحثو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا في تقدم العلم يؤكد أن الكوكب يحتوي على آلية “ردود فعل مستقرة” تعمل على مدى مئات الآلاف من السنين لسحب المناخ من حافة الهاوية ، والحفاظ على درجات الحرارة العالمية ضمن نطاق ثابت صالح للسكنى.

فقط كيف يتم تحقيق ذلك؟ الآلية المحتملة هي “التجوية بالسيليكات” – وهي عملية جيولوجية تتضمن التجوية البطيئة والمستمرة لصخور السيليكات تفاعلات كيميائية تؤدي في النهاية إلى إخراج ثاني أكسيد الكربون من الغلاف الجوي إلى رواسب المحيطات ، مما يؤدي إلى حبس الغاز في الصخور.

لطالما اشتبه العلماء في أن التجوية بالسيليكات تلعب دورًا رئيسيًا في تنظيم دورة الكربون على الأرض. يمكن أن توفر آلية التجوية بالسليكات قوة ثابتة جيولوجيًا في إبقاء ثاني أكسيد الكربون – ودرجات الحرارة العالمية – تحت السيطرة. لكن لم يكن هناك دليل مباشر على التشغيل المستمر لمثل هذه التعليقات ، حتى الآن.

تستند النتائج الجديدة إلى دراسة لبيانات المناخ القديم التي تسجل التغيرات في متوسط ​​درجات الحرارة العالمية على مدار الـ 66 مليون سنة الماضية. طبق فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا (MIT) تحليلًا رياضيًا لمعرفة ما إذا كانت البيانات قد كشفت عن أي أنماط مميزة لاستقرار الظواهر التي تحد من درجات الحرارة العالمية على مقياس زمني جيولوجي.

ووجدوا أنه يبدو أن هناك بالفعل نمطًا ثابتًا تتضاءل فيه تقلبات درجة حرارة الأرض على مدى مئات الآلاف من السنين. مدة هذا التأثير مماثلة للمقاييس الزمنية التي من المتوقع أن تعمل التجوية السيليكاتية خلالها.

النتائج هي أول من استخدم البيانات الفعلية لتأكيد وجود ردود فعل استقرار ، والتي من المحتمل أن تكون آليتها هي التجوية بالسيليكات. هذه التغذية المرتدة من شأنها أن تشرح كيف ظلت الأرض صالحة للسكن من خلال الأحداث المناخية الدراماتيكية في الماضي الجيولوجي.

يقول كونستانتين أرنسشيدت ، طالب دراسات عليا في قسم علوم الأرض والغلاف الجوي والكواكب (EAPS) في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “من ناحية ، إنه أمر جيد لأننا نعلم أن الاحترار العالمي اليوم سيتم إلغاؤه في النهاية من خلال ردود الفعل هذه لتحقيق الاستقرار”. “ولكن من ناحية أخرى ، سوف يستغرق الأمر مئات الآلاف من السنين حتى يحدث ، لذلك ليس بالسرعة الكافية لحل مشكلاتنا الحالية.”

شارك في تأليف الدراسة Arnscheidt و Daniel Rothman ، أستاذ الجيوفيزياء في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.

الاستقرار في البيانات

سبق للعلماء أن رأوا تلميحات عن تأثير استقرار المناخ في دورة كربون الأرض: أظهرت التحليلات الكيميائية للصخور القديمة أن تدفق الكربون داخل وخارج بيئة سطح الأرض ظل متوازنًا نسبيًا ، حتى من خلال التقلبات الهائلة في درجة الحرارة العالمية. علاوة على ذلك ، تتنبأ نماذج التجوية بالسيليكات بأن العملية يجب أن يكون لها بعض التأثير على استقرار المناخ العالمي. وأخيرًا ، تشير حقيقة قابلية الأرض للسكن إلى بعض الاختبارات الجيولوجية المتأصلة في التقلبات الشديدة في درجات الحرارة.

“لديك كوكب تعرض مناخه للعديد من التغيرات الخارجية الدراماتيكية. لماذا نجت الحياة كل هذا الوقت؟ إحدى الحجج هي أننا بحاجة إلى نوع من آلية التثبيت للحفاظ على درجات الحرارة المناسبة للحياة “، كما يقول Arnscheidt. “ولكن لم يتم إثبات من البيانات أن مثل هذه الآلية قد سيطرت باستمرار على مناخ الأرض.”

سعى Arnscheidt و Rothman لتأكيد ما إذا كانت ردود الفعل على الاستقرار تعمل بالفعل ، من خلال النظر في بيانات تقلبات درجات الحرارة العالمية من خلال التاريخ الجيولوجي. لقد عملوا مع مجموعة من سجلات درجات الحرارة العالمية التي جمعها علماء آخرون ، بدءًا من التركيب الكيميائي للحفريات البحرية القديمة والأصداف ، فضلاً عن اللب الجليدي المحفوظ في القطب الجنوبي.

“هذه الدراسة بأكملها ممكنة فقط لأن هناك تقدمًا كبيرًا في تحسين دقة سجلات درجات حرارة أعماق البحار ،” يلاحظ أرنسشيدت. “الآن لدينا بيانات تعود إلى 66 مليون سنة ، مع نقاط بيانات تفصل بينها آلاف السنين.”

السرعة في التوقف

على البيانات ، طبق الفريق النظرية الرياضية للمعادلات التفاضلية العشوائية ، والتي تُستخدم عادة للكشف عن الأنماط في مجموعات البيانات المتقلبة على نطاق واسع.

يوضح Arnscheidt: “لقد أدركنا أن هذه النظرية تقدم تنبؤات لما يمكن أن تتوقعه من تاريخ درجة حرارة الأرض إذا كانت هناك ردود فعل تعمل على نطاقات زمنية معينة”.

باستخدام هذا النهج ، قام الفريق بتحليل تاريخ متوسط ​​درجات الحرارة العالمية على مدى 66 مليون سنة الماضية ، مع الأخذ في الاعتبار الفترة بأكملها على مدى فترات زمنية مختلفة ، مثل عشرات الآلاف من السنين مقابل مئات الآلاف ، لمعرفة ما إذا كانت أي أنماط من ردود الفعل المستقرة قد ظهرت في الداخل. في كل جدول زمني.

يقول روثمان: “إلى حد ما ، يبدو الأمر كما لو أن سيارتك تتسارع في الشارع ، وعندما تضغط على المكابح ، فإنك تنزلق لفترة طويلة قبل أن تتوقف”. “هناك مقياس زمني تبدأ فيه مقاومة الاحتكاك ، أو ردود الفعل المستقرة ، عندما يعود النظام إلى حالة الثبات.”

بدون استقرار ردود الفعل ، يجب أن تزداد تقلبات درجات الحرارة العالمية مع الجدول الزمني. لكن تحليل الفريق كشف عن نظام لم تتطور فيه التقلبات ، مما يعني ضمناً أن آلية استقرار تسود في المناخ قبل أن تصبح التقلبات شديدة للغاية. يتزامن الجدول الزمني لهذا التأثير المثبت – مئات الآلاف من السنين – مع ما يتوقعه العلماء لتأثير العوامل الجوية على السيليكات.

ومن المثير للاهتمام أن Arnscheidt و Rothman وجدا أنه على نطاقات زمنية أطول ، لم تكشف البيانات عن أي ردود فعل استقرار. بمعنى أنه لا يبدو أن هناك أي تراجع متكرر في درجات الحرارة العالمية على نطاقات زمنية أطول من مليون سنة. على مدى هذه النطاقات الزمنية الأطول ، إذن ، ما الذي أبقى درجات الحرارة العالمية تحت السيطرة؟

يقول روثمان: “هناك فكرة مفادها أن الصدفة ربما لعبت دورًا رئيسيًا في تحديد سبب استمرار وجود الحياة بعد أكثر من 3 مليارات عام”.

بعبارة أخرى ، نظرًا لأن درجات حرارة الأرض تتقلب على فترات أطول ، فقد تكون هذه التقلبات صغيرة بما يكفي بالمعنى الجيولوجي ، لتكون ضمن النطاق الذي يمكن للتغذية المرتدة المستقرة ، مثل التجوية بالسيليكات ، أن تحافظ على المناخ بشكل دوري ، وأكثر من ذلك ، داخل منطقة صالحة للسكن.

يقول أرنسشيدت: “هناك نوعان من المعسكرات: يقول البعض إن الصدفة العشوائية هي تفسير جيد بما فيه الكفاية ، والبعض الآخر يقول إنه لا بد من وجود ردود فعل مستقرة”. “نحن قادرون على إظهار ، مباشرة من البيانات ، أن الإجابة ربما تكون في مكان ما بينهما. بعبارة أخرى ، كان هناك بعض الاستقرار ، ولكن من المحتمل أيضًا أن الحظ الخالص لعب دورًا في الحفاظ على الأرض صالحة للسكن باستمرار “.

تم دعم هذا البحث جزئيًا بواسطة زمالة MathWorks والمؤسسة الوطنية للعلوم.

###

بقلم جينيفر تشو ، مكتب أخبار معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا


معا للقضاء على التشيع

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني.

زر الذهاب إلى الأعلى
إغلاق