Trái đất có cơ chế ổn định nhiệt độ

Khí hậu Trái đất đã trải qua một số thay đổi lớn, từ hoạt động của núi lửa trên toàn cầu cho tới các thời kỳ băng hà lạnh lẽo và những biến đổi mạnh mẽ trong bức xạ mặt trời. Tuy thế, trong 3,7 tỷ năm qua, sự sống vẫn tiếp diễn.

Mới đây, nhóm các nhà khoa học ở MIT đã công bố trên tạp chí Science Advances một nghiên cứu xác nhận Trái đất có cơ chế “hồi tiếp ổn định” để giữ cho nhiệt độ toàn cầu trong phạm vi ổn định, phù hợp để con người sinh sống.

Điều này xảy ra có thể là nhờ cơ chế “phong hóa silicat” - một quá trình địa chất chậm và ổn định, mà trong đó đá silicat có các phản ứng hóa học hút carbon dioxide ra khỏi khí quyển và đưa vào trầm tích đại dương, giữ khí này trong đá.

Các nhà khoa học từ lâu đã ngờ rằng phong hóa silicat có vai trò chính trong việc giữ carbon dioxide và nhiệt độ toàn cầu trong tầm kiểm soát. Nhưng chưa từng có bằng chứng trực tiếp về việc cơ chế này hoạt động liên tục cho tới bây giờ.

Thật mừng khi biết rằng tình trạng trái đất ấm lên ngày nay cuối cùng sẽ bị triệt tiêu bởi cơ chế hồi tiếp ổn định; nhưng quá trình này phải mất hàng trăm ngàn năm, vì thế nó không đủ nhanh để giải quyết những vấn đề hiện tại của chúng ta, theo Constantin Arnscheidt - nghiên cứu sinh và tác giả của nghiên cứutại Khoa Khoa học Trái đất, Khí quyển và Hành tinh (EAPS) thuộc MIT.

Những phát hiện mới dựa trên một nghiên cứu về dữ liệu cổ khí hậu, ghi lại những thay đổi về nhiệt độ trung bình của toàn cầu trong 66 triệu năm qua. Nhóm MIT đã áp dụng một phân tích toán học để xem dữ liệu này có hé lộ những mô hình đặc trưng cho những hiện tượng kiểm soát nhiệt độ toàn cầu trong một chu kỳ địa chất hay không.

Trước đây, các nhà khoa học đã nhìn thấy dấu hiệu của hiện tượng ổn định khí hậu trong chu trình carbon của Trái đất: Phân tích hóa học các tảng đá cổ chỉ ra thông lượng carbon trong và ngoài môi trường bề mặt của Trái đất tương đối cân bằng, dẫu trải qua các dao động mạnh về nhiệt độ trên toàn cầu. Hơn thế, các mô hình phong hóa silicat cho biết trước rằng quá trình này chắc chắn có tác động nào đó đến việc ổn định khí hậu toàn cầu. Và cuối cùng, thực tế khả năng sinh tồn lâu dài của Trái đất chỉ ra rằng, có một cơ chế địa chất cố hữu nào đó kìm hãm các dao động nhiệt độ cực đoan.

Để xác nhận xem cơ chế hồi tiếp ổn định có thực sự diễn ra hay không, Arnscheidt và đồng tác giả Daniel Rothman đã xem xét dữ liệu về sự dao động nhiệt độ toàn cầu trong suốt lịch sử địa chất. Họ làm việc với một loạt ghi chép nhiệt độ toàn cầu do các nhà khoa học khác thu thập từ thành phần hóa học của các hóa thạch và vỏ sò đại dương cổ đại đến các lõi băng Nam Cực được bảo tồn.

Toàn bộ nghiên cứu này chỉ có thể thực hiện được nhờ những tiến bộ trong việc phân tích nhiệt độ dưới biển sâu, Arnscheidt lưu ý.

Nhóm đã phân tích lịch sử nhiệt độ trung bình toàn cầu trong 66 triệu năm qua, xem xét toàn bộ khoảng thời gian thuộc các chu kỳ khác nhau, chẳng hạn như hàng chục ngàn năm so với hàng trăm ngàn năm, để biết liệu các mô hình hồi tiếp ổn định có xuất hiện trong mỗi chu kỳ hay không.

Phân tích của nhóm cho thấy có một giai đoạn các dao động nhiệt không tiến triển, tức là có một cơ chế ổn định tác động đến khí hậu trước khi các dao động nhiệt đi đến chỗ quá cực đoan. Chu kỳ của cơ chế ổn định này là hàng trăm ngàn năm – trùng khớp với điều mà các nhà khoa học dự đoán về quá trình phong hóa silicat.

Thú vị là, Arnscheidt và Rothman phát hiện trong các chu kỳ dài hơn, dữ liệu không cho thấy tác động của cơ chế hồi tiếp ổn định nào. Vậy, ở những chu kỳ dài hơn, cái gì đã giữ cho nhiệt độ toàn cầu trong vòng kiểm soát?

“Có người cho rằng sự tình cờ đóng vai trò chính trong việc định đoạt vì sao sau hơn 3 tỷ năm, sự sống vẫn tồn tại," Rothman đề xuất.

Nói cách khác, khi nhiệt độ Trái đất dao động trong những quãng thời gian dài hơn, những dao động này tình cờ đủ nhỏ về mặt địa chất để ở trong phạm vi mà cơ chế hồi tiếp ổn định, chẳng hạn như quá trình phong hóa silicat, có thể kiểm soát khí hậu, và quan trọng hơn là trong phạm vi phù hợp cho con người sinh sống.

“Có hai phe: một cho rằng sự tình cờ ngẫu nhiên là đủ để giải thích, phe còn lại cho rằng phải có cơ chế hồi tiếp ổn định. Trực tiếp từ dữ liệu, chúng tôi có thể chỉ ra rằng kết quả nằm đâu đó ở giữa. Nói cách khác, có một quá trình ổn định nào đó thật, nhưng vận may nhiều khả năng cũng đóng vai trò trong việc giữ cho Trái đất tiếp tục là một nơi phù hợp để sống.”

Bạch Vân