Саморегуляция температуры Земли

За геологическую историю человечества климат Земли не раз менялся самым радикальным образом. Однако жизнь на ней сохраняется миллиарды лет. Это давно наводило исследователей на мысль, что существует механизм с отрицательной обратной связью, который стабилизирует планетные параметры. В частности, он сохраняет температуру Земли в приемлемом для ее обитателей диапазоне. Об этом шла дискуссия во второй половине прошлого века после опубликования английским климатологом Джеймсом Лавлоком так называемой гипотезы Геи.

Профессор Массачусетского технологического университета Дэниэл Ротман (Daniel H. Rothman) и его студент Константин Арншайт (Constantin W. Arnscheidt) подвели математическую базу под эти рассуждения. Их работа появилась в журнале Science Advances в ноябре. Они проанализировали график средней температуры планеты за последние 66 миллионов лет. Палеоклиматологи получили его на основе данных о наслоениях антарктических льдов и о химическом составе донных осадков из останков обитателей моря. Сегодня датировка такова, что температура известна с шагом не более тысячи лет.

Математический критерий стабильности дает теория стохастических дифференциальных уравнений, которую применяют для поиска закономерностей в данных о величинах с сильными отклонениями от среднего. Без обратной связи они растут со временем, при стабилизации остаются постоянными. Вычисления с временным шагом от сотен лет до десятков миллионов лет показали наличие стабилизации температуры на временном интервале от 4 до 400 тысяч лет. Это первое подтверждение явления отрицательной обратной связи.

Авторы предполагают, что температуру стабилизирует силикатное выветривание, так как его характерная длительность совпадает с временами стабилизации, найденными при анализе. Силикаты горных пород химически связывают атмосферный углекислый газ и захоранивают его в осадочных породах океана, поддерживая постоянство концентрации парниковых газов, а значит, и температуры планеты.

Студент Арншайт сказал журналистам, что хотя «глобальное потепление будет аннулировано стабилизирующей обратной связью», но ждать этого придется сотни тысяч лет. По его мнению, это слишком долго, чтобы решить сегодняшние проблемы. Заметим, величиной в полградуса за столетие.

Анализ показал, что на интервалах в миллионы лет отклонения температуры растут, на них метод авторов ее стабилизации не находит. Некоторые ученые считают, что надо искать другие ее механизмы явления. Однако профессор Ротман предполагает, что температуру на больших временах определяет вероятность, то есть быть обитаемой планету заставляет чистая случайность.(Science Advances 8,46,2022)