<p><img src="https://info.compassedu.hk/sucai/content/1668694056132/1668694056132.jpg" width="808" height="539" /></p> <p>地球氣候經(jīng)歷了一些巨大的變化，從全球火山活動(dòng)到使地球變冷的冰河期，再到太陽(yáng)輻射的劇烈變化。然而，在過(guò)去的37億年里，生命一直在不停地跳動(dòng)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>現(xiàn)在，麻省理工學(xué)院的研究人員在《科學(xué)進(jìn)展》雜志上發(fā)表的一項(xiàng)研究證實(shí)，地球上存在一種&ldquo;穩(wěn)定反饋&rdquo;機(jī)制，在數(shù)十萬(wàn)年的時(shí)間里將氣候從邊緣拉回來(lái)，將全球溫度保持在穩(wěn)定的、適合居住的范圍內(nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>它是如何做到這一點(diǎn)的呢?一種可能的機(jī)制是&ldquo;硅酸鹽風(fēng)化作用&rdquo;&mdash;&mdash;這是一種地質(zhì)過(guò)程，硅酸鹽巖石緩慢而穩(wěn)定的風(fēng)化作用涉及化學(xué)反應(yīng)，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(zhǎng)期以來(lái)，科學(xué)家們一直懷疑硅酸鹽風(fēng)化作用在調(diào)節(jié)地球碳循環(huán)方面起著重要作用。硅酸鹽風(fēng)化機(jī)制可以提供一種地質(zhì)恒定的力量來(lái)控制二氧化碳和全球溫度。但直到現(xiàn)在，還沒(méi)有直接的證據(jù)證明這種反饋是持續(xù)運(yùn)行的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些新發(fā)現(xiàn)是基于對(duì)古氣候數(shù)據(jù)的研究，這些數(shù)據(jù)記錄了過(guò)去6600萬(wàn)年全球平均氣溫的變化。麻省理工學(xué)院的研究小組應(yīng)用了數(shù)學(xué)分析，以觀察數(shù)據(jù)是否揭示了任何在地質(zhì)時(shí)間尺度上控制全球溫度的穩(wěn)定現(xiàn)象的特征模式。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他們發(fā)現(xiàn)，確實(shí)存在一種一致的模式，即地球的溫度波動(dòng)在數(shù)十萬(wàn)年的時(shí)間尺度上被抑制。這種影響的持續(xù)時(shí)間與預(yù)測(cè)硅酸鹽風(fēng)化作用的時(shí)間尺度相似。</p> <p>&nbsp;</p> <p>結(jié)果首次用實(shí)際資料證實(shí)了穩(wěn)定反饋的存在，其機(jī)制可能是硅酸鹽風(fēng)化作用。這種穩(wěn)定的反饋可以解釋在過(guò)去的地質(zhì)時(shí)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(xué)院地球、大氣和行星科學(xué)系(EAPS)的研究生Constantin Arnscheidt說(shuō):&ldquo;一方面，這是好事，因?yàn)槲覀冎溃裉斓娜蜃兣罱K將通過(guò)這種穩(wěn)定的反饋被抵消。&rdquo;&ldquo;但另一方面，它需要數(shù)十萬(wàn)年才能發(fā)生，所以不夠快，不足以解決我們今天的問(wèn)題。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究是由阿恩沙伊特和麻省理工學(xué)院地球物理學(xué)教授丹尼爾&middot;羅斯曼共同撰寫的。</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">數(shù)據(jù)穩(wěn)定性</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>科學(xué)家們此前已經(jīng)在地球的碳循環(huán)中看到了氣候穩(wěn)定效應(yīng)的跡象:對(duì)古代巖石的化學(xué)分析表明，即使在全球溫度急劇波動(dòng)的情況下，進(jìn)出地球表面環(huán)境的碳通量仍然保持相對(duì)平衡。此外，硅酸鹽風(fēng)化模型預(yù)測(cè)，這一過(guò)程應(yīng)該對(duì)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(shí)表明，極端溫度波動(dòng)有一些內(nèi)在的地質(zhì)制約。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;這個(gè)星球的氣候受到了很多劇烈的外部變化。為什么生命會(huì)一直存在?一種觀點(diǎn)是，我們需要某種穩(wěn)定機(jī)制來(lái)保持適合生命的溫度，&rdquo;Arnscheidt說(shuō)。&ldquo;但從未有數(shù)據(jù)證明，這種機(jī)制一直在控制著地球的氣候。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>Arnscheidt和Rothman通過(guò)觀察地質(zhì)歷史上全球溫度波動(dòng)的數(shù)據(jù)，試圖確認(rèn)穩(wěn)定反饋是否真的在起作用。他們研究了其他科學(xué)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(xué)成分，以及保存下來(lái)的南極冰芯。</p> <p>&nbsp;</p> <p>阿恩沙伊特指出:&ldquo;整個(gè)研究之所以成為可能，是因?yàn)樵谔岣呱詈囟扔涗浀姆直媛史矫嫒〉昧司薮筮M(jìn)展。&rdquo;&ldquo;現(xiàn)在我們有6600萬(wàn)年前的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)點(diǎn)最多相差數(shù)千年。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p><strong><span class="h1">超速停車</span></strong></p> <p>&nbsp;</p> <p>對(duì)于這些數(shù)據(jù)，研究小組應(yīng)用了隨機(jī)微分方程的數(shù)學(xué)理論，該理論通常用于揭示波動(dòng)較大的數(shù)據(jù)集中的模式。</p> <p>&nbsp;</p> <p>阿恩沙伊特解釋說(shuō):&ldquo;我們意識(shí)到，如果在特定的時(shí)間尺度上有反饋?zhàn)饔?，這個(gè)理論可以預(yù)測(cè)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(guò)去6600萬(wàn)年全球平均溫度的歷史，考慮了不同時(shí)間尺度的整個(gè)時(shí)期，比如數(shù)萬(wàn)年和數(shù)十萬(wàn)年，以觀察在每個(gè)時(shí)間尺度內(nèi)是否出現(xiàn)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(dāng)你踩下剎車時(shí)，你滑行了很長(zhǎng)時(shí)間才停下來(lái)，&rdquo;羅斯曼說(shuō)。&ldquo;當(dāng)系統(tǒng)回到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)，摩擦阻力或穩(wěn)定反饋會(huì)在一定的時(shí)間尺度內(nèi)發(fā)揮作用。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>如果沒(méi)有穩(wěn)定的反饋，全球溫度的波動(dòng)應(yīng)隨時(shí)間尺度增長(zhǎng)。但該團(tuán)隊(duì)的分析揭示了一種波動(dòng)不增長(zhǎng)的狀態(tài)，這意味著在波動(dòng)變得過(guò)于極端之前，氣候中存在一種穩(wěn)定機(jī)制。這種穩(wěn)定效應(yīng)的時(shí)間尺度&mdash;&mdash;幾十萬(wàn)年&mdash;&mdash;與科學(xué)家對(duì)硅酸鹽風(fēng)化的預(yù)測(cè)一致。</p> <p>&nbsp;</p> <p>有趣的是，阿恩沙伊特和羅斯曼發(fā)現(xiàn)，在更長(zhǎng)的時(shí)間尺度上，數(shù)據(jù)沒(méi)有顯示出任何穩(wěn)定的反饋。也就是說(shuō)，在超過(guò)100萬(wàn)年的時(shí)間尺度上，全球氣溫似乎沒(méi)有任何周期性的回落。那么，在這么長(zhǎng)的時(shí)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(shuō):&ldquo;有一種觀點(diǎn)認(rèn)為，機(jī)會(huì)可能在決定為什么在30多億年之后生命仍然存在的過(guò)程中起了重要作用。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>換句話說(shuō)，當(dāng)?shù)厍驕囟仍谳^長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)波動(dòng)時(shí)，這些波動(dòng)可能恰好在地質(zhì)意義上足夠小，處于穩(wěn)定反饋(如硅酸鹽風(fēng)化作用)可以周期性地控制氣候的范圍內(nèi)，更確切地說(shuō)，在宜居帶內(nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>阿恩沙伊特說(shuō):&ldquo;有兩個(gè)陣營(yíng):一些人說(shuō)隨機(jī)概率是一個(gè)足夠好的解釋，另一些人說(shuō)一定有一個(gè)穩(wěn)定的反饋。&rdquo;&ldquo;我們可以直接從數(shù)據(jù)中得出，答案可能介于兩者之間。換句話說(shuō)，有一定的穩(wěn)定性，但純粹的運(yùn)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(xiàng)研究部分得到了MathWorks獎(jiǎng)學(xué)金和美國(guó)國(guó)家科學(xué)基金會(huì)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(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>