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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(jīng)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(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)表的一項研究證實，地球上存在一種&ldquo;穩(wěn)定反饋&rdquo;機(jī)制，在數(shù)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(nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>它是如何做到這一點的呢?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>長期以來，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)恒定的力量來控制二氧化碳和全球溫度。但直到現(xiàn)在，還沒有直接的證據(jù)證明這種反饋是持續(xù)運行的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這些新發(fā)現(xiàn)是基于對古氣候數(shù)據(jù)的研究，這些數(shù)據(jù)記錄了過去6600萬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)，確實存在一種一致的模式，即地球的溫度波動在數(shù)十萬年的時間尺度上被抑制。這種影響的持續(xù)時間與預(yù)測硅酸鹽風(fēng)化作用的時間尺度相似。</p> <p>&nbsp;</p> <p>結(jié)果首次用實際資料證實了穩(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去的地質(zhì)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(xué)院地球、大氣和行星科學(xué)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(shù)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(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:對古代巖石的化學(xué)分析表明，即使在全球溫度急劇波動的情況下，進(jìn)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(fēng)化模型預(yù)測，這一過程應(yīng)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(nèi)在的地質(zhì)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(jī)制來保持適合生命的溫度，&rdquo;Arnscheidt說。&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通過觀察地質(zhì)歷史上全球溫度波動的數(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(jìn)展。&rdquo;&ldquo;現(xiàn)在我們有6600萬年前的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)點最多相差數(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:&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(yù)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(shù)萬年和數(shù)十萬年，以觀察在每個時間尺度內(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，你滑行了很長時間才停下來，&rdquo;羅斯曼說。&ldquo;當(dāng)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(nèi)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(yīng)隨時間尺度增長。但該團(tuán)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(jī)制。這種穩(wěn)定效應(yīng)的時間尺度&mdash;&mdash;幾十萬年&mdash;&mdash;與科學(xué)家對硅酸鹽風(fēng)化的預(yù)測一致。</p> <p>&nbsp;</p> <p>有趣的是，阿恩沙伊特和羅斯曼發(fā)現(xiàn)，在更長的時間尺度上，數(shù)據(jù)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(rèn)為，機(jī)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(dāng)?shù)厍驕囟仍谳^長時間內(nèi)波動時，這些波動可能恰好在地質(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，在宜居帶內(nèi)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>阿恩沙伊特說:&ldquo;有兩個陣營:一些人說隨機(jī)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(shù)據(jù)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(xué)金和美國國家科學(xué)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(xué)態(tài)度觀點。</p> </blockquote>