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<p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1668694056132/1668694056132.jpg" width="808" height="539" /></p> <p>地球氣候經歷了一些巨大的變化，從全球火山活動到使地球變冷的冰河期，再到太陽輻射的劇烈變化。然而，在過去的37億年里，生命一直在不停地跳動。</p> <p>&nbsp;</p> <p>現在，麻省理工學院的研究人員在《科學進展》雜志上發(fā)表的一項研究證實，地球上存在一種&ldquo;穩(wěn)定反饋&rdquo;機制，在數十萬年的時間里將氣候從邊緣拉回來，將全球溫度保持在穩(wěn)定的、適合居住的范圍內。</p> <p>&nbsp;</p> <p>它是如何做到這一點的呢?一種可能的機制是&ldquo;硅酸鹽風化作用&rdquo;&mdash;&mdash;這是一種地質過程，硅酸鹽巖石緩慢而穩(wěn)定的風化作用涉及化學反應，最終將二氧化碳從大氣中吸收到海洋沉積物中，并將氣體困在巖石中。</p> <p>&nbsp;</p> <p>長期以來，科學家們一直懷疑硅酸鹽風化作用在調節(jié)地球碳循環(huán)方面起著重要作用。硅酸鹽風化機制可以提供一種地質恒定的力量來控制二氧化碳和全球溫度。但直到現在，還沒有直接的證據證明這種反饋是持續(xù)運行的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些新發(fā)現是基于對古氣候數據的研究，這些數據記錄了過去6600萬年全球平均氣溫的變化。麻省理工學院的研究小組應用了數學分析，以觀察數據是否揭示了任何在地質時間尺度上控制全球溫度的穩(wěn)定現象的特征模式。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他們發(fā)現，確實存在一種一致的模式，即地球的溫度波動在數十萬年的時間尺度上被抑制。這種影響的持續(xù)時間與預測硅酸鹽風化作用的時間尺度相似。</p> <p>&nbsp;</p> <p>結果首次用實際資料證實了穩(wěn)定反饋的存在，其機制可能是硅酸鹽風化作用。這種穩(wěn)定的反饋可以解釋在過去的地質時期，地球是如何在劇烈的氣候事件中保持宜居的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>麻省理工學院地球、大氣和行星科學系(EAPS)的研究生Constantin Arnscheidt說:&ldquo;一方面，這是好事，因為我們知道，今天的全球變暖最終將通過這種穩(wěn)定的反饋被抵消。&rdquo;&ldquo;但另一方面，它需要數十萬年才能發(fā)生，所以不夠快，不足以解決我們今天的問題。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究是由阿恩沙伊特和麻省理工學院地球物理學教授丹尼爾&middot;羅斯曼共同撰寫的。</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">數據穩(wěn)定性</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>科學家們此前已經在地球的碳循環(huán)中看到了氣候穩(wěn)定效應的跡象:對古代巖石的化學分析表明，即使在全球溫度急劇波動的情況下，進出地球表面環(huán)境的碳通量仍然保持相對平衡。此外，硅酸鹽風化模型預測，這一過程應該對全球氣候具有穩(wěn)定作用。最后，地球持久的宜居性這一事實表明，極端溫度波動有一些內在的地質制約。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這個星球的氣候受到了很多劇烈的外部變化。為什么生命會一直存在?一種觀點是，我們需要某種穩(wěn)定機制來保持適合生命的溫度，&rdquo;Arnscheidt說。&ldquo;但從未有數據證明，這種機制一直在控制著地球的氣候。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Arnscheidt和Rothman通過觀察地質歷史上全球溫度波動的數據，試圖確認穩(wěn)定反饋是否真的在起作用。他們研究了其他科學家匯編的一系列全球溫度記錄，包括古代海洋化石和貝殼的化學成分，以及保存下來的南極冰芯。</p> <p>&nbsp;</p> <p>阿恩沙伊特指出:&ldquo;整個研究之所以成為可能，是因為在提高深海溫度記錄的分辨率方面取得了巨大進展。&rdquo;&ldquo;現在我們有6600萬年前的數據，數據點最多相差數千年。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">超速停車</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>對于這些數據，研究小組應用了隨機微分方程的數學理論，該理論通常用于揭示波動較大的數據集中的模式。</p> <p>&nbsp;</p> <p>阿恩沙伊特解釋說:&ldquo;我們意識到，如果在特定的時間尺度上有反饋作用，這個理論可以預測地球溫度歷史的樣子。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>利用這種方法，研究小組分析了過去6600萬年全球平均溫度的歷史，考慮了不同時間尺度的整個時期，比如數萬年和數十萬年，以觀察在每個時間尺度內是否出現了穩(wěn)定反饋的模式。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;在某種程度上，這就像你的車在街上超速行駛，當你踩下剎車時，你滑行了很長時間才停下來，&rdquo;羅斯曼說。&ldquo;當系統(tǒng)回到穩(wěn)定狀態(tài)時，摩擦阻力或穩(wěn)定反饋會在一定的時間尺度內發(fā)揮作用。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>如果沒有穩(wěn)定的反饋，全球溫度的波動應隨時間尺度增長。但該團隊的分析揭示了一種波動不增長的狀態(tài)，這意味著在波動變得過于極端之前，氣候中存在一種穩(wěn)定機制。這種穩(wěn)定效應的時間尺度&mdash;&mdash;幾十萬年&mdash;&mdash;與科學家對硅酸鹽風化的預測一致。</p> <p>&nbsp;</p> <p>有趣的是，阿恩沙伊特和羅斯曼發(fā)現，在更長的時間尺度上，數據沒有顯示出任何穩(wěn)定的反饋。也就是說，在超過100萬年的時間尺度上，全球氣溫似乎沒有任何周期性的回落。那么，在這么長的時間里，是什么讓全球氣溫保持在受控狀態(tài)呢?</p> <p>&nbsp;</p> <p>羅斯曼說:&ldquo;有一種觀點認為，機會可能在決定為什么在30多億年之后生命仍然存在的過程中起了重要作用。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>換句話說，當地球溫度在較長時間內波動時，這些波動可能恰好在地質意義上足夠小，處于穩(wěn)定反饋(如硅酸鹽風化作用)可以周期性地控制氣候的范圍內，更確切地說，在宜居帶內。</p> <p>&nbsp;</p> <p>阿恩沙伊特說:&ldquo;有兩個陣營:一些人說隨機概率是一個足夠好的解釋，另一些人說一定有一個穩(wěn)定的反饋。&rdquo;&ldquo;我們可以直接從數據中得出，答案可能介于兩者之間。換句話說，有一定的穩(wěn)定性，但純粹的運氣可能也在保持地球持續(xù)宜居方面發(fā)揮了作用。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項研究部分得到了MathWorks獎學金和美國國家科學基金會的支持。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>