地球能够调控自己的温度吗？

地球的历史并非一帆风顺，比如，地球气候曾经历过一些巨大的变化，从全球火山活动，到全球降温的冰期，还有太阳辐射的明显波动。然而，在过去37亿年里，生命的故事却未曾终结。

问题是，地球是如何做到这一点的呢？如果有一颗星球，它的气候受到了如此多的外部剧烈变化。为什么生命还能在这么长的时间里得以生存？一种看法是，存在某种稳定机制来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。

现在，研究人员在《科学进展》上发表的一项研究证实，的确存在这样一种“稳定反馈”机制，让地球的温度波动在几十万年的时间尺度上被抑制了，使全球温度保持在一个稳定的、适合居住的范围内。

可能的机制

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）得以控制。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。

加速到停止

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。

他们利用其他科学家编制的一系列全球温度记录，从古代海洋化石和贝壳的化学成分，以及保存的南极冰芯。

针对这些数据，团队应用了随机微分方程的数学理论，这一理论通常被用来揭示广泛波动的数据集的模式，他们希望找到这些数据是否揭示了任何在地质学的时间尺度上能控制全球温度的稳定现象的特征。

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，观察在不同时间尺度上是否出现了期望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，你会滑行一段距离才停下来。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。

如果没有稳定的反馈，全球温度的波动应该随着时间尺度增长。但团队的分析展现了一种波动并没有增长的机制，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相吻合。

这些结果是第一次使用实际数据来证实稳定反馈的存在，而这种机制很可能就是硅酸盐风化作用。稳定反馈将可以解释地球如何在过去的地质历史中通过戏剧性的气候事件保持宜居。

更长的尺度

有趣的是，他们还发现，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，在超过一百万年的时间尺度上，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？

有一种观点认为，偶然性可能发挥了重要作用，让生命蓬勃发展。换句话说，随着地球温度在较长时间内的波动，这些波动在地质学意义上刚好足够小，仍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。

数据告诉我们，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持续宜居方面发挥了作用。

研究人员表示，一方面，这看上去很好，因为我们知道，如今的全球变暖终将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。它的速度远不够快，并不能解决我们今天的问题。

参考来源：

https://news.mit.edu/2022/earth-stabilizing-temperature-1116

封面图&首图：Christine Daniloff, MIT, NASA