Jennifer Chu Ufficio Stampa MIT – 16 novembre 2022
Gli scienziati hanno confermato che un “feedback stabilizzante” su scale temporali di 100.000 anni mantiene sotto controllo le temperature globali.
Il clima della Terra ha subito alcuni grandi cambiamenti, dal vulcanismo globale alle ere glaciali che raffreddano i pianeti e ai drammatici cambiamenti nella radiazione solare. Eppure la vita, negli ultimi 3,7 miliardi di anni, ha continuato a battere.
Ora, uno studio condotto da ricercatori del MIT su Science Advances conferma che il pianeta ospita un meccanismo di “feedback stabilizzante” che agisce nel corso di centinaia di migliaia di anni per tirare indietro il clima dall’orlo del baratro, mantenendo le temperature globali entro un intervallo stabile e abitabile.
Come fa a raggiungere questo obiettivo? Un meccanismo probabile è il “silicate weathering” – un processo geologico attraverso il quale il lento e costante invecchiamento delle rocce silicatiche comporta reazioni chimiche che alla fine attirano l’anidride carbonica dall’atmosfera e nei sedimenti oceanici, intrappolando il gas nelle rocce.
Gli scienziati sospettano da tempo che gli agenti atmosferici ai silicati svolgano 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 non c’è mai stata alcuna prova diretta del continuo funzionamento di un tale feedback, fino ad ora.
Le nuove scoperte si basano su uno studio dei dati paleoclimatici che registrano i cambiamenti delle temperature medie globali negli ultimi 66 milioni di anni. Il team del MIT ha applicato un’analisi matematica per vedere se i dati hanno rivelato modelli caratteristici dei 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 sono smorzate su scale temporali di centinaia di migliaia di anni. La durata di questo effetto è simile alle scale temporali 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. Questo feedback stabilizzante spiegherebbe come la Terra sia rimasta abitabile attraverso drammatici eventi climatici nel passato geologico.
“Da un lato, è positivo perché sappiamo che il riscaldamento globale di oggi alla fine sarà annullato attraverso questo feedback stabilizzante”, afferma Constantin Arnscheidt, uno studente laureato presso il Dipartimento di Scienze della Terra, Atmosferiche e Planetarie (EAPS) del MIT.
Lo studio è co-autore di Arnscheidt e Daniel Rothman, professore di geofisica al MIT.
Stabilità dei dati
Gli scienziati hanno già visto indizi di un effetto stabilizzante del clima nel ciclo del carbonio della Terra: analisi chimiche di rocce antiche hanno dimostrato che il flusso di carbonio dentro e fuori l’ambiente superficiale terrestre è rimasto relativamente equilibrato, anche attraverso drammatiche oscillazioni della temperatura globale. Inoltre, i modelli di invecchiamento dei silicati prevedono che il processo dovrebbe avere un effetto stabilizzante sul clima globale. E infine, il fatto della duratura abitabilità della Terra indica un controllo geologico intrinseco sulle oscillazioni estreme della temperatura.
“Avete un pianeta il cui clima è stato sottoposto 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 “, dice 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 è stato effettivamente al lavoro, osservando i dati delle fluttuazioni della temperatura globale attraverso la storia geologica. Hanno lavorato con una serie di registrazioni di temperatura globale compilate da altri scienziati, dalla composizione chimica di antichi fossili marini e conchiglie, nonché carote di ghiaccio antartico conservate.
“L’intero studio è possibile solo perché ci sono stati grandi progressi nel migliorare la risoluzione di questi record di temperatura in acque profonde”, osserva Arnscheidt. “Ora abbiamo dati che risalgono a 66 milioni di anni fa, con punti dati al massimo a migliaia di anni di distanza”.
Accelerazione 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 la storia della temperatura terrestre fosse se ci fossero stati feedback che agiscono su determinate scale temporali”, spiega Arnscheidt.
Utilizzando questo approccio, il team ha analizzato la storia delle temperature medie globali 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 sono emersi modelli di feedback stabilizzante all’interno di ogni scala temporale.
“In una certa misura, è come se la tua auto stesse accelerando lungo la strada, e quando metti i freni, scivoli a lungo prima di fermarti”, dice Rothman. “C’è una scala temporale in cui la resistenza all’attrito, o un feedback stabilizzante, entra in gioco, quando il sistema ritorna a uno stato stazionario”.
Senza feedback stabilizzanti, le fluttuazioni della temperatura globale dovrebbero crescere con la scala temporale. 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’invecchiamento 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 ritiro 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 oltre 3 miliardi di anni, la vita esiste ancora”, afferma Rothman.
In altre parole, poiché le temperature della Terra fluttuano su tratti più lunghi, queste fluttuazioni possono essere abbastanza piccole in senso geologico, da essere all’interno di un intervallo che un feedback stabilizzante, come l’invecchiamento dei silicati, potrebbe periodicamente tenere sotto controllo il clima e, più precisamente, all’interno di una zona abitabile.
“Ci sono due campi: alcuni dicono che il caso casuale è una spiegazione abbastanza buona, e altri dicono che ci deve essere un feedback stabilizzante”, dice 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 anche la pura fortuna probabilmente ha giocato un ruolo nel mantenere la Terra continuamente abitabile”.
Questa ricerca è stata sostenuta, in parte, da una borsa di studio MathWorks e dalla National Science Foundation.
Fonte : MIT News
