Bilim adamları, 100.000 yıllık zaman çizelgelerinde “dengeleyici bir geri bildirimin” küresel sıcaklıkları kontrol altında tuttuğunu doğruladılar.

Dünya’nın iklimi, küresel volkanizmadan gezegenleri soğutan buzul çağlarına ve güneş radyasyonundaki dramatik değişimlere kadar bazı büyük değişiklikler geçirdi. Yine de yaşam, son 3,7 milyar yıldır atmaya devam ediyor.

Şimdi, MIT araştırmacıları tarafından Science Advances’te yapılan bir araştırma, gezegenin yüz binlerce yıl boyunca iklimi uçurumun eşiğinden geri çekerek küresel sıcaklıkları sabit ve yaşanabilir bir aralıkta tutan bir “dengeleyici geri bildirim” mekanizması barındırdığını doğruluyor.

Bunu nasıl başarıyor?

Muhtemel bir mekanizma, “silikat ayrışması”dır – silikat kayalarının yavaş ve istikrarlı bir şekilde aşınmasının, sonuçta karbondioksiti atmosferden ve okyanus tortullarına çeken ve gazı kayalarda hapseden kimyasal reaksiyonları içeren jeolojik bir süreç.

Bilim adamları uzun zamandır silikat ayrışmasının Dünya’nın karbon döngüsünü düzenlemede önemli bir rol oynadığından şüpheleniyorlardı. Silikat ayrışma mekanizması, karbondioksiti ve küresel sıcaklıkları kontrol altında tutmak için jeolojik olarak sabit bir güç sağlayabilir. Ancak şimdiye kadar böyle bir geri bildirimin sürekli çalıştığına dair doğrudan bir kanıt yoktu.

Yeni bulgular, son 66 milyon yılda ortalama küresel sıcaklıklardaki değişiklikleri kaydeden bir paleoiklim verileri çalışmasına dayanıyor. MIT ekibi, verilerin, jeolojik bir zaman ölçeğinde küresel sıcaklıklarda dizginlenen, stabilize edici fenomenlere özgü herhangi bir model ortaya çıkarıp çıkarmadığını görmek için matematiksel bir analiz uyguladı.

Gerçekten de, Dünya’nın sıcaklık dalgalanmalarının yüz binlerce yıllık zaman dilimlerinde sönümlendiği tutarlı bir modelin var gibi göründüğünü buldular. Bu etkinin süresi, silikat ayrışmasının etki edeceği tahmin edilen zaman çizelgelerine benzer.

Sonuçlar, mekanizması muhtemelen silikat aşınması olan stabilize edici bir geri beslemenin varlığını doğrulamak için gerçek verileri kullanan ilk sonuçlardır. Bu dengeleyici geri bildirim, jeolojik geçmişteki dramatik iklim olayları aracılığıyla Dünya’nın nasıl yaşanabilir kaldığını açıklayacaktır.

MIT’nin Yer, Atmosfer ve Gezegen Bilimleri (EAPS) Bölümü’nde yüksek lisans öğrencisi olan Constantin Arnscheidt, “Bir yandan, bu iyi bir şey çünkü bugünün küresel ısınmasının bu dengeleyici geri bildirim sayesinde eninde sonunda ortadan kaldırılacağını biliyoruz” diyor.

“Fakat öte yandan, bunun gerçekleşmesi yüz binlerce yıl alacak, bu yüzden bugünkü sorunlarımızı çözmek için yeterince hızlı değil.”

Çalışma, MIT’de jeofizik profesörü olan Arnscheidt ve Daniel Rothman tarafından ortaklaşa yazılmıştır.

Verilerde kararlılık

Bilim adamları daha önce Dünya’nın karbon döngüsünde iklimi dengeleyici bir etkinin ipuçlarını gördüler: Eski kayaların kimyasal analizleri, küresel sıcaklıktaki dramatik dalgalanmalara rağmen, Dünya’nın yüzey ortamına giren ve çıkan karbon akışının nispeten dengeli kaldığını göstermiştir. Ayrıca, silikat ayrışma modelleri, sürecin küresel iklim üzerinde bir miktar dengeleyici etkiye sahip olması gerektiğini tahmin ediyor. Ve son olarak, Dünya’nın kalıcı yaşanabilirliği gerçeği, aşırı sıcaklık dalgalanmaları üzerinde bazı doğal, jeolojik kontrollere işaret ediyor.

“İklimi çok fazla dramatik dış değişikliğe maruz kalmış bir gezegeniniz var. Hayat neden bunca zaman hayatta kaldı? Arnscheidt, bir argüman, sıcaklıkları yaşam için uygun tutmak için bir tür dengeleyici mekanizmaya ihtiyacımız olduğudur” diyor. “Ancak, böyle bir mekanizmanın Dünya’nın iklimini sürekli olarak kontrol ettiği hiçbir zaman verilerle kanıtlanmadı.”

Arnscheidt ve Rothman, jeolojik tarih boyunca küresel sıcaklık dalgalanmalarının verilerine bakarak, dengeleyici bir geri bildirimin gerçekten işe yarayıp yaramadığını doğrulamaya çalıştı. Eski deniz fosillerinin ve kabuklarının kimyasal bileşiminin yanı sıra korunmuş Antarktika buz çekirdeklerinden diğer bilim adamları tarafından derlenen bir dizi küresel sıcaklık kaydıyla çalıştılar.

Arnscheidt, “Bütün bu çalışma, yalnızca bu derin deniz sıcaklık kayıtlarının çözünürlüğünü iyileştirmede büyük ilerlemeler olduğu için mümkün” diyor. “Artık veri noktaları arasında en fazla binlerce yıl olan 66 milyon yıl geriye giden verilerimiz var.”

Ekip, verilere, yaygın olarak dalgalanan veri kümelerindeki kalıpları ortaya çıkarmak için yaygın olarak kullanılan stokastik diferansiyel denklemlerin matematiksel teorisini uyguladı.

Arnscheidt, “Bu teorinin, belirli zaman çizelgelerinde etki eden geri bildirimler olsaydı, Dünya’nın sıcaklık geçmişinin nasıl görünmesini bekleyeceğiniz konusunda tahminlerde bulunduğunu fark ettik” diye açıklıyor.

Ekip, bu yaklaşımı kullanarak, son 66 milyon yıldaki ortalama küresel sıcaklıkların geçmişini analiz etti ve içinde herhangi bir stabilize edici geri bildirim modelinin ortaya çıkıp çıkmadığını görmek için on binlerce yıl ile yüzbinlerce yıl gibi farklı zaman ölçeklerindeki tüm dönemi göz önünde bulundurarak analiz etti.

Rothman, “Bir dereceye kadar, arabanız caddede hızla ilerliyor gibi ve frene bastığınızda, durmadan önce uzun bir süre kayıyorsunuz” diyor.

“Sistem sabit bir duruma döndüğünde, sürtünme direncinin veya dengeleyici bir geri bildirimin başladığı bir zaman ölçeği var.”

Dengeleyici geri bildirimler olmadan, küresel sıcaklık dalgalanmaları zaman ölçeği ile büyümelidir. Ancak ekibin analizi, dalgalanmaların büyümediği bir rejimi ortaya çıkardı ve bu da, dalgalanmalar çok aşırı büyümeden önce iklimde bir dengeleyici mekanizmanın hüküm sürdüğünü ima etti. Bu dengeleyici etkinin zaman ölçeği – yüz binlerce yıl – bilim adamlarının silikat ayrışması için tahmin ettikleriyle örtüşüyor.

İlginç bir şekilde, Arnscheidt ve Rothman, daha uzun zaman ölçeklerinde, verilerin herhangi bir dengeleyici geri bildirim göstermediğini buldu. Yani, bir milyon yıldan daha uzun zaman dilimlerinde küresel sıcaklıklarda tekrar eden herhangi bir geri çekilme yok gibi görünüyor. Bu uzun zaman dilimlerinde küresel sıcaklıkları kontrol altında tutan şey nedir?

Rothman, “3 milyar yıldan fazla bir süre sonra yaşamın neden hala var olduğunu belirlemede şansın büyük bir rol oynamış olabileceğine dair bir fikir var” diyor.

Başka bir deyişle, Dünya’nın sıcaklıkları daha uzun süreler boyunca dalgalandıkça, bu dalgalanmalar jeolojik anlamda yeterince küçük olabilir, silikat ayrışması gibi dengeleyici bir geri bildirimin iklimi periyodik olarak kontrol altında tutabileceği bir aralıkta olabilir. ve dahası, yaşanabilir bir bölge içinde.

Arnscheidt, “İki kamp var: Bazıları rastgele şansın yeterince iyi bir açıklama olduğunu söylüyor ve diğerleri dengeleyici bir geri bildirim olması gerektiğini söylüyor” diyor.

“Doğrudan verilerden, cevabın muhtemelen arada bir yerde olduğunu gösterebiliyoruz. Başka bir deyişle, bir miktar istikrar sağlandı, ancak muhtemelen tamamen şans da Dünya’nın sürekli olarak yaşanabilir kalmasında rol oynadı.”

Bu araştırma, kısmen bir MathWorks bursu ve Ulusal Bilim Vakfı tarafından desteklenmiştir.