Un sistema di “feedback stabilizzante” su scale temporali di 100.000 anni tiene sotto controllo le temperature globali.
La Terra può regolare la propria temperatura nel corso dei millenni
Dal vulcanismo globale alle ere glaciali che raffreddano il pianeta e ai drammatici cambiamenti nella radiazione solare, il clima della Terra ha subito alcuni grandi cambiamenti. Eppure negli ultimi 3,7 miliardi di anni la vita ha continuato a battere.
Ora, una nuova ricerca degli scienziati del MIT conferma che il pianeta ospita un meccanismo di “feedback stabilizzante” che agisce per centinaia di migliaia di anni per riportare il clima indietro dall’orlo, mantenendo le temperature globali entro un intervallo stabile e abitabile.
In che modo la Terra realizza questo? Un meccanismo probabile è “l’erosione dei silicati”, un processo geologico mediante il quale l’erosione lenta e costante delle rocce di silicato comporta reazioni chimiche che alla fine estraggono l’anidride carbonica dall’atmosfera e nei sedimenti oceanici, intrappolando il gas nelle rocce.
È stato a lungo sospettato dai ricercatori che l’erosione dei silicati svolga un ruolo importante nella regolazione del ciclo del carbonio terrestre. Il meccanismo dell’erosione dei silicati potrebbe fornire una forza geologicamente costante nel tenere sotto controllo l’anidride carbonica e le temperature globali. Ma fino ad ora, non c’è mai stata una prova diretta del funzionamento continuo di un tale feedback stabilizzante.
Le nuove scoperte si basano su uno studio dei dati paleoclimatici che registrano i cambiamenti delle temperature globali medie negli ultimi 66 milioni di anni. Il team del MIT ha applicato un’analisi matematica per vedere se i dati hanno rivelato eventuali modelli caratteristici di fenomeni di stabilizzazione che hanno frenato le temperature globali su una scala temporale geologica.
Hanno scoperto che in effetti sembra esserci un modello coerente in cui le oscillazioni di temperatura della Terra vengono smorzate su scale temporali di centinaia di migliaia di anni. La durata di questo effetto è simile ai tempi su cui si prevede che agisca l’erosione dei silicati.
I risultati sono i primi a utilizzare dati reali per confermare l’esistenza di un feedback stabilizzante, il cui meccanismo è probabilmente l’erosione dei silicati. Il modo in cui la Terra è rimasta abitabile attraverso eventi climatici drammatici nel passato geologico può essere spiegato da questo feedback stabilizzante.
“Da un lato è positivo perché sappiamo che il riscaldamento globale di oggi alla fine verrà annullato attraverso questo feedback stabilizzante”, ha affermato Constantin Arnscheidt, uno studente laureato presso il Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie (EAPS) del MIT. “Ma d’altra parte, ci vorranno centinaia di migliaia di anni perché possa accadere, quindi non abbastanza velocemente per risolvere i nostri problemi attuali.”
Stabilità nei dati
Gli scienziati hanno già visto indizi di un effetto di stabilizzazione del clima nel ciclo del carbonio terrestre: analisi chimiche di rocce antiche hanno dimostrato che il flusso di carbonio dentro e fuori dall’ambiente della superficie terrestre è rimasto relativamente equilibrato, anche attraverso drammatiche oscillazioni della temperatura globale. Inoltre, i modelli di alterazione dei silicati prevedono che il processo dovrebbe avere un effetto stabilizzante sul clima globale. E infine, il fatto dell’abitabilità duratura della Terra indica un controllo geologico intrinseco sugli sbalzi di temperatura estremi.
“Il pianeta ha un clima che è stato soggetto a così tanti drammatici cambiamenti esterni. Perché la vita è sopravvissuta per tutto questo tempo? Un argomento è che abbiamo bisogno di una sorta di meccanismo di stabilizzazione per mantenere le temperature adatte alla vita”, ha affermato Arnscheidt. “Ma non è mai stato dimostrato dai dati che un tale meccanismo abbia costantemente controllato il clima della Terra”.
Arnscheidt e Rothman hanno cercato di confermare se un feedback stabilizzante fosse effettivamente all’opera, esaminando i dati delle fluttuazioni della temperatura globale attraverso la storia geologica. Hanno lavorato con una serie di registrazioni della temperatura globale compilate da altri scienziati, dalla composizione chimica di antichi fossili e conchiglie marine, nonché carote di ghiaccio antartiche conservate.
“L’intero studio è possibile solo perché ci sono stati grandi progressi nel migliorare la risoluzione di questi record di temperatura di acque profonde”, ha osservato Arnscheidt. “Ora abbiamo dati che risalgono a 66 milioni di anni fa, con punti dati distanti al massimo migliaia di anni”.
Accelerare fino a fermarsi
Ai dati, il team ha applicato la teoria matematica delle equazioni differenziali stocastiche, che è comunemente usata per rivelare modelli in set di dati ampiamente fluttuanti.
“Ci siamo resi conto che questa teoria fa previsioni su come ci si aspetterebbe che fosse la storia della temperatura della Terra se ci fossero stati feedback che agiscono su determinate scale temporali”, ha spiegato Arnscheidt.
Utilizzando questo approccio, il team ha analizzato la storia delle temperature globali medie negli ultimi 66 milioni di anni, considerando l’intero periodo su diverse scale temporali, come decine di migliaia di anni contro centinaia di migliaia, per vedere se all’interno sono emersi modelli di feedback stabilizzanti.
“In un certo senso, è come se la tua macchina stesse accelerando lungo la strada e quando premi i freni, scivoli a lungo prima di fermarti”, ha detto Rothman. “C’è un lasso di tempo in cui la resistenza all’attrito, o un feedback stabilizzante, entra in gioco, quando il sistema ritorna a uno stato stazionario.”
Senza un feedback stabilizzante, le fluttuazioni della temperatura globale dovrebbero crescere nel tempo. Ma l’analisi del team ha rivelato un regime in cui le fluttuazioni non crescevano, il che implica che un meccanismo di stabilizzazione regnava nel clima prima che le fluttuazioni diventassero troppo estreme. La scala temporale per questo effetto stabilizzante – centinaia di migliaia di anni – coincide con ciò che gli scienziati prevedono per l’erosione dei silicati.
È interessante notare che Arnscheidt e Rothman hanno scoperto che su scale temporali più lunghe i dati non hanno rivelato alcun feedback stabilizzante. Cioè, non sembra esserci alcun abbassamento ricorrente delle temperature globali su scale temporali più lunghe di un milione di anni. In questi tempi più lunghi, quindi, cosa ha tenuto sotto controllo le temperature globali?
“C’è l’idea che il caso possa aver giocato un ruolo importante nel determinare perché, dopo più di 3 miliardi di anni, la vita esista ancora”, ha affermato Rothman.
In altre parole, poiché le temperature della Terra fluttuano su lunghi periodi, queste fluttuazioni possono essere abbastanza piccole in senso geologico, da rientrare in un intervallo in cui un feedback stabilizzante, come l’erosione dei silicati, potrebbe periodicamente tenere sotto controllo il clima, e più precisamente, all’interno di una zona abitabile.
“Ci sono due teorie: alcuni affermano che il caso casuale è una spiegazione abbastanza buona, e altri dicono che deve esserci un feedback stabilizzante”, ha detto Arnscheidt. “Siamo in grado di dimostrare, direttamente dai dati, che la risposta è probabilmente una via di mezzo. In altre parole, c’è stata una certa stabilizzazione, ma probabilmente anche la pura fortuna ha avuto un ruolo nel mantenere la Terra continuamente abitabile”.
Fonte: Science Advances
