نحوه کار ترموستات زمین ممکن است در دوران پانگه آ تغییر کرده باشد

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

حیات روی زمین حداقل 3.5 میلیارد سال پیش پدید آمد و سیاره ما از آن زمان تاکنون قابل سکونت بوده است - نه خیلی گرم، نه خیلی سرد. این شرایط پایدار تا حدودی به لطف یک "ترموستات" آب و هوایی داخلی مبتنی بر چرخه کربن که میزان دی اکسید کربن موجود در جو را کنترل می کند، امکان پذیر است.

R.J می گوید: «به نظر می رسد نوعی تعادل در چیزی که گاز گلخانه ای اصلی را در جو زمین حفظ می کند، حفظ آب و هوا در دمای بسیار خوب و قابل سکونت برای زندگی در بازه های زمانی بسیار طولانی وجود دارد. گراهام، محقق فوق دکتری در گروه علوم ژئوفیزیک دانشگاه شیکاگو.

با این حال، فرآیندی که این تعادل را مدیریت می کند، ممکن است مکانیسم تغییرناپذیری نباشد.

در مطالعه جدیدی که در Nature Communications منتشر شد، گراهام و همکارانش از UChicago و دانشگاه ساوتهمپتون شواهدی را ارائه کردند که نشان می‌دهد این به اصطلاح ترموستات آب و هوایی ممکن است در بیشتر 480 میلیون سال گذشته در یک حالت کار کرده باشد، به طور خلاصه - طبق استانداردهای زمین‌شناسی - در طول عصر پانگه آ حالت‌ها را تغییر داده و سپس به عقب برگشته است.

به گفته دانشمندان، اگر مکانیزم ترموستات واقعا تغییر کند، این تغییر می‌تواند دیدگاه جدیدی در مورد تاریخ سیاره ما و مکانیسم‌های اقلیمی و همچنین آینده زندگی در سیاره ما با روشن شدن خورشید ارائه دهد.

دی اکسید کربن اصلی ترین کنترل کننده طولانی مدت اثر گلخانه ای زمین است. حذف آن از اتمسفر اساسا تهویه مطبوع را روشن می کند و با بازگرداندن آن گرما را روشن می کند.

چرخه بازخورد متکی به فرآیندی است که به عنوان هوازدگی سیلیکات شناخته می شود. CO2 موجود در جو با آب باران ترکیب می شود و آن را کمی اسیدی می کند که از نظر شیمیایی سنگ را تجزیه می کند. مواد معدنی و کربن محلول از CO2 به رودخانه ها و اقیانوس ها می روند و در آنجا سنگ های کربناته را در کف دریا تشکیل می دهند.

در طی میلیون‌ها سال، این سنگ‌ها از طریق فرورانش به داخل زمین منتقل می‌شوند و کربن توسط آتشفشان‌ها به‌عنوان دی‌اکسید کربن به اتمسفر باز می‌گردد و چرخه را تکمیل می‌کند.

هوازدگی سیلیکات برای خنک کردن سیاره سرعت می گیرد و برای گرم کردن آن کاهش می یابد. اما دانشمندان مدت‌هاست که بحث کرده‌اند که دقیقا چه چیزی باعث افزایش نرخ می‌شود - دما یا بارندگی؟ آیا سنگ‌های گرم‌تر به سادگی سریع‌تر واکنش نشان می‌دهند، یا هوازدگی بیشتر تحت تأثیر مقدار آبی که از روی سنگ و از طریق خاک می‌شوید، می‌شود؟

در نسخه رویدادهایی که دما عامل اصلی است، هوازدگی در درجه اول تحت تأثیر گرما قرار می گیرد. واکنش های شیمیایی در شرایط گرمتر سریعتر رخ می دهد.

اگرچه در نسخه ای که بارندگی عامل اصلی است، کمبود آب می تواند به یک عامل محدود کننده تبدیل شود. وقتی آبی که از روی سنگ می گذرد با مواد معدنی محلول اشباع می شود، دما اهمیتی ندارد. فقط آب بیشتر اجازه می دهد تا هوازدگی ادامه یابد.

دانشمندان به این تمایز اهمیت می دهند زیرا ترموستات مبتنی بر آب ضعیف تر است. گراهام، نویسنده اول این مطالعه توضیح داد: «این کارایی کمتری دارد. «دمای گرمتر بارندگی را افزایش می‌دهد، اما میزانی که باعث افزایش سرعت هوازدگی می‌شود کمتر از مقداری است که می‌توانید مستقیما با افزایش دما انحلال سنگ را افزایش دهید.

گراهام توضیح داد: «بنابراین مکانیسم هیدرولوژیکی ممکن است ترموستات کمتر کارآمدی باشد و ممکن است امکان تغییرات آب و هوایی بزرگتر را فراهم کند و در عین حال تعادل بین ورودی و خروجی کربن را حفظ کند.

تیم UChicago، که شامل پروفسور Dorian Abbot و استادیار B. B. Cael بود، این فرضیه را مطرح کردند که می توانند با جستجوی امضاهای مربوط به موقعیت و توزیع خشکی ها، بین این دو "حالت" تمایز قائل شوند.

برای شناسایی نشانه‌ها، این تیم ۱۲۰ شبیه‌سازی مدل آب‌وهوایی را تجزیه و تحلیل کرد که همه یکسان بودند به جز طرح قاره‌های تولید شده به‌طور تصادفی، و نرخ‌های هوازدگی را تحت فرض دما و هیدرولوژی محاسبه کردند. آنها سپس به دنبال همبستگی بین نرخ هوازدگی و توزیع خشکی بودند.

آنها دریافتند که هوازدگی ناشی از دما بستگی به مقدار زمین در مناطق استوایی دارد، جایی که زمین گرمتر می شود اما لزوما مرطوب تر نمی شود زیرا باران اضافی با نور خورشید بیشتر تبخیر می شود.

با این حال، هوازدگی ناشی از آب با میزان یکپارچگی یا تجزیه قاره‌ها مرتبط است. خشکی های پراکنده با مناطق ساحلی بیشتر امکان رواناب بیشتر را فراهم می کند.

از آنجایی که هوازدگی سریع‌تر سیاره را خنک می‌کند، نشانه‌های هر مکانیزم باید در رکورد زمین‌شناسی دمای جهانی منعکس شود، بنابراین این تیم در گذشته برای یافتن این سرنخ‌ها جستجو کردند.

محققان با مقایسه بازسازی 480 میلیون ساله دمای زمین با نقشه‌های بازسازی‌شده قاره‌های باستانی، به نشانه‌هایی دست یافتند که نشان می‌دهد در بیشتر آن زمان، ترموستات زمین در حالت غالب دما کار می‌کرد، جایی که هوا عمدتا توسط گرما هدایت می‌شد.

با این حال، برای حدود 100 میلیون سال، این الگو به امضای هیدرولوژی تغییر کرد. این با دوره ای همپوشانی دارد که بیشتر زمین های زمین در ابرقاره پانگه آ ترکیب شد.

محققان پیشنهاد می‌کنند که خشکی پانگه‌آ ممکن است این تغییر را توضیح دهد: با حرکت آب کمتر در خاک، هوازدگی عمدتا توسط آب - یا کمبود آن - به جای دما کنترل می‌شد.

با این حال، دانشمندان همچنین گفتند که این نتایج بر شبیه‌سازی‌هایی با عوامل ایده‌آل تکیه می‌کنند - هیچ رشته کوه، تفاوت نوع سنگ، گیاهان یا سایر متغیرها در نظر گرفته نشده است. همچنین بازسازی‌های متفاوتی در جغرافیای باستانی وجود دارد، و فرض بر این بود که خروجی دی اکسید کربن آتشفشانی برای هدف مدل‌سازی ثابت بماند، اگرچه ممکن است با تجزیه ابرقاره افزایش یافته باشد. مطالعه خاک‌های باستانی دوران پانگه آ برای نشانه‌های حالت ترموستات می‌تواند این فرضیه را تأیید کند.

علاوه بر ارائه بینش جدیدی در مورد مقررات آب و هوای سیاره ما، ماهیت دینامیکی احتمالی ترموستات ما همچنین می تواند درک ما را از "منطقه طلایی لاک" (Goldilocks zone) ارائه دهد، یعنی محدوده ای از مدارهای اطراف یک ستاره که در آن سیاره ای می تواند آب مایع داشته باشد و ممکن است حیات را پشتیبانی کند.

گراهام گفت: مفهوم منطقه قابل سکونت بر اساس فرضیاتی در مورد عملکرد این بازخورد CO2 است. اگر ترموستات شما به اندازه‌ای که می‌توانست کارآمد نباشد، این احتمال وجود دارد که به اندازه کافی خوب عمل نکند تا سیاره‌ها را در کل منطقه قابل سکونت قابل سکونت نگه دارد.»

R. J. Graham و همکاران، کنترل‌های جغرافیایی دیرینه بر روی نرخ هوازدگی فانوزوئیک و پیامدهای آن برای تنظیم آب و هوا، Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-77289-3

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →