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问题是，地球是如何做到这一点的呢？在我们的认识中，如果有一颗星球，它的气候发生了如此多的剧烈变化，生命还怎么可能生存得下去呢？ 科学家提供了这样一种看法——或许存在某种稳定机制，来帮助地球保持适合生命的温度。但是，从来没有人从数据中证明这样的机制正控制着地球气候。 2022年11月16日，来自美国麻省理工学院的研究人员在《科学进展》期刊上发表的一项研究证实，的确存在这样一种“稳定反馈”机制，在几十万年的时间尺度上，抑制了地球的温度波动，使全球温度保持在一个稳定的、适合生命居住的范围内。 长期以来，科学家一直怀疑，硅酸盐风化在调节地球的碳循环方面，发挥着重要作用。 硅酸盐风化是一种地质过程。硅酸盐岩石缓慢而稳定的风化涉及一些化学反应，这些反应最终会将二氧化碳从大气中“吸进”海洋沉积物中，将气体困在岩石中。 这种机制可以提供一种地质上的恒定力量，使二氧化碳（以及全球温度）得到控制。但是直到现在，还没有直接的证据证明，这种反馈的持续运作。 科学家之前就从地球碳循环中的气候稳定效应中发现了一些线索。对古代岩石的化学分析表明，即使在全球温度剧烈波动的情况下，碳进出地表环境的通量，仍然保持着相对平衡。 此外，硅酸盐风化的模型预测，这个过程应该会对全球气候产生一些稳定的影响。 最后，地球持久的宜居性也暗示着，对于极端的温度波动，应该存在某些地质方面的内在制约。 新的发现是基于对古气候数据的研究，这些数据记录了过去6600万年的全球平均温度变化。研究人员试图通过观察地质历史上的全球温度波动数据，来确认稳定反馈是否确实在起作用。 从古代海洋化石和贝壳的化学成分，到来自南极的冰芯，他们利用了其他科学家编制的一系列全球温度记录源。 针对这些数据，团队应用了随机微分方程的数学理论（这一理论通常用于揭示广泛波动的数据集的模式），希望找到这些数据在地质学的时间尺度上，是否揭示了任何能控制全球温度的特征。 利用这种方法，他们分析了全球平均温度的历史，并在不同的时间尺度上考虑整个时期，比如几万年或几十万年，观察是否出现了期望中的那种稳定反馈的模式。 在某种程度上，这就像你的车在街上飞驰，当你踩下刹车时，车子会滑行一段距离才停下来。这里就存在这样一个时间尺度——当系统恢复到稳定状态时，摩擦阻力或稳定反馈就会启动。 在全球气候历史上，如果不存在一个稳定的反馈，那么全球温度的波动，应该随着时间尺度的拉大而不断增长。 但团队的数据分析展现了另一种状态——温度波动并未增长。这意味着，在波动变得过于极端之前，还有一种稳定机制，正控制着气候。这种稳定效应的时间尺度（几十万年）与科学家预测的硅酸盐风化过程的时间尺度相吻合。 这是第一次使用实际数据来证实稳定反馈机制的存在，而这种机制很可能就是硅酸盐风化作用。 稳定反馈机制将可以解释，为何地球在过去的地质历史中经历了戏剧性的气候事件而依然宜居。 有趣的是，研究人员还发现，在更长的时间尺度上，数据并没有揭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，似乎没有任何反复出现的全球温度回调。 那么，在这些更长的时间尺度上，又是什么让全球温度得到了控制呢？ 有一种观点认为，偶然性可能发挥了重要作用，让生命得以蓬勃发展。 换句话说，地球温度在较长时间内波动，但这种波动在地质学意义上刚好足够小，仍然在一个稳定的反馈范围内，让硅酸盐风化这样的机制可以保持对气候的控制，使它处于一个宜居的区间。 可见，数据告诉我们的答案，可能介于偶然性和稳定反馈机制之间。 换言之，的确存在一些稳定的作用，但同时，纯粹的运气也可能在保持地球的宜居性方面，发挥了作用。 研究人员表示，一方面，这看上去很好，因为我们知道，如今的全球变暖最终仍然会通过这种稳定的反馈被抵消掉；但另一方面，我们必须认识到，这需要几十万年的时间才能发生。 对人类来说，它的速度远不够快，并不能解决我们今天的问题。👽 |
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