麻省理工学院的科学家证实，地球上存在着一种“稳定反馈”机制，这种机制在数十万年的时间里将气候从悬崖边缘拉回来，使全球温度保持在稳定的、适宜居住的范围内。
新的研究发现，地球可以在数千年的时间里调节自己的温度。
科学家们已经证实，在10万年的时间尺度上，一种“稳定的反馈”可以控制全球温度。
从全球火山活动到使地球变冷的冰河期，再到太阳辐射的剧烈变化，地球气候经历了一些巨大的变化。然而在过去的37亿年里，生命一直在跳动。
现在，麻省理工学院科学家的新研究证实，地球拥有一种“稳定反馈”机制，在数十万年的时间里将气候从边缘拉回来，将全球温度保持在稳定的、适宜居住的范围内。这项研究发表在11月16日的同行评审期刊《科学进展》上。
地球是如何做到这一点的呢?一种可能的机制是“硅酸盐风化作用”——这是一种地质过程，硅酸盐岩石缓慢而稳定的风化作用涉及化学反应，最终将二氧化碳从大气中吸收到海洋沉积物中，并将气体困在岩石中。
长期以来，研究人员一直怀疑硅酸盐风化作用在调节地球碳循环方面起着重要作用。硅酸盐风化机制可以提供一种地质恒定的力量来控制二氧化碳和全球温度。但直到现在，还没有直接的证据证明这种反馈的持续运行。
这些新发现是基于对古气候数据的研究，这些数据记录了过去6600万年全球平均气温的变化。麻省理工学院的研究小组应用了数学分析，以观察数据是否揭示了任何在地质时间尺度上控制全球温度的稳定现象的特征模式。
他们发现确实有一个co这是一种持续的模式，即地球的温度波动在几十万年的时间尺度上被抑制。这种影响的持续时间与预测硅酸盐风化作用的时间尺度相似。
麻省理工学院研究人员的一项研究证实，地球拥有一种“稳定反馈”机制，在数十万年的时间里将气候从边缘拉回来，将全球温度保持在稳定的、适合居住的范围内。图片来源:麻省理工学院Christine Daniloff;美国国家航空航天局
结果首次用实际资料证实了稳定反馈的存在，其机制可能是硅酸盐风化作用。地球是如何在过去剧烈的气候事件中保持宜居的，可以用这种稳定的反馈来解释。
麻省理工学院地球、大气和行星科学系(EAPS)的研究生Constantin Arnscheidt说:“一方面，这是好事，因为我们知道，今天的全球变暖最终将通过这种稳定的反馈被抵消。”“但另一方面，它需要数十万年才能发生，所以不够快，不足以解决我们今天的问题。”
这项研究是由阿恩沙伊特和麻省理工学院地球物理学教授丹尼尔·罗斯曼共同撰写的。
数据稳定性
科学家们此前已经在地球的碳循环中看到了气候稳定效应的迹象:对古代岩石的化学分析表明，即使在全球温度急剧波动的情况下，进出地球表面环境的碳通量仍然保持相对平衡。此外，硅酸盐风化模型预测，这一过程应该对全球气候具有稳定作用。最后，地球持久的宜居性这一事实表明，极端温度波动有一些内在的地质制约。
“这个星球的气候受到了很多剧烈的外部变化。为什么生命会一直存在?一种观点是，我们需要某种稳定机制来保持适合生命的温度，”Arnscheidt说。“但从未有数据证明，这种机制一直在控制着地球的气候。”
Arnscheidt和Rothman通过观察地质历史上全球温度波动的数据，试图确认稳定反馈是否真的在起作用。他们研究了其他科学家汇编的一系列全球温度记录，包括古代海洋化石和贝壳的化学成分，以及保存下来的南极冰芯。
阿恩沙伊特指出:“整个研究之所以成为可能，是因为在提高深海温度记录的分辨率方面取得了巨大进展。”“现在我们有6600万年前的数据，数据点最多相差数千年。”
超速停车
对于这些数据，研究小组应用了随机微分方程的数学理论，该理论通常用于揭示波动较大的数据集中的模式。
阿恩沙伊特解释说:“我们意识到，如果在特定的时间尺度上有反馈作用，这个理论可以预测地球温度历史的样子。”
利用这种方法，研究小组分析了过去6600万年全球平均温度的历史，考虑了不同时间尺度的整个时期，比如数万年和数十万年，以观察在每个时间尺度内是否出现了稳定反馈的模式。
“在某种程度上，这就像你的车在街上超速行驶，当你踩下刹车时，你滑行了很长时间才停下来，”罗斯曼说。“当系统回到稳定状态时，摩擦阻力或稳定反馈会在一定的时间尺度内发挥作用。”
如果没有稳定的反馈，全球温度的波动应随时间尺度增长。但该团队的分析揭示了一种波动不增长的状态，这意味着在波动变得过于极端之前，气候中存在一种稳定机制。这种稳定效应的时间尺度——几十万年——与科学家对硅酸盐风化的预测一致。
有趣的是，阿恩沙伊特和罗斯曼发现，在更长的时间尺度上，数据没有显示出任何稳定的反馈。也就是说，在超过100万年的时间尺度上，全球气温似乎没有任何周期性的回落。那么，在这么长的时间里，是什么让全球气温保持在受控状态呢?
罗斯曼说:“有一种观点认为，机会可能在决定为什么在30多亿年之后生命仍然存在的过程中起了重要作用。”
换句话说，当地球温度在较长时间内波动时，这些波动可能恰好在地质意义上足够小，处于稳定反馈(如硅酸盐风化作用)可以周期性地控制气候的范围内，更确切地说，在宜居带内。
阿恩沙伊特说:“有两个阵营:一些人说随机概率是一个足够好的解释，另一些人说一定有一个稳定的反馈。”“我们可以直接从数据中得出，答案可能介于两者之间。换句话说，有一定的稳定性，但纯粹的运气可能也在保持地球持续宜居方面发挥了作用。”
这项研究部分得到了MathWorks奖学金和美国国家科学基金会的支持。
