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Les scientifiques ont confirmé qu'une "rétroaction stabilisatrice" sur des échelles de temps de 100 000 ans maintient les températures mondiales sous contrôle

Le climat de la Terre a subi de grands changements, du volcanisme mondial aux périodes glaciaires refroidissant la planète et aux changements spectaculaires du rayonnement solaire. Et pourtant la vie, depuis 3,7 milliards d’années, n’a cessé de battre.

Maintenant, une étude menée par des chercheurs du MIT dans Science Improvements confirme que la planète abrite un mécanisme de “rétroaction stabilisatrice” qui agit sur des centaines de milliers d’années pour ramener le climat au bord du gouffre, en maintenant les températures mondiales dans une plage stable et habitable.

Comment accomplit-il cela? Un mécanisme probable est “l’altération des silicates” – un processus géologique par lequel l’altération lente et régulière des roches silicatées implique des réactions chimiques qui finissent par extraire le dioxyde de carbone de l’atmosphère et dans les sédiments océaniques, piégeant le gaz dans les roches.

Les scientifiques soupçonnent depuis longtemps que l’altération des silicates joue un rôle majeur dans la régulation du cycle du carbone de la Terre. Le mécanisme d’altération des silicates pourrait fournir une pressure géologiquement constante pour contrôler le dioxyde de carbone – et les températures mondiales. Mais il n’y a jamais eu de preuve directe du fonctionnement continu d’une telle rétroaction, jusqu’à présent.

Les nouvelles découvertes sont basées sur une étude des données paléoclimatiques qui enregistrent les changements des températures mondiales moyennes au cours des 66 derniers thousands and thousands d’années. L’équipe du MIT a appliqué une analyse mathématique pour voir si les données révélaient des schémas caractéristiques de phénomènes de stabilisation qui réduisaient les températures mondiales sur une échelle de temps géologique.

Ils ont constaté qu’en effet, il semble y avoir un schéma cohérent dans lequel les variations de température de la Terre sont amorties sur des échelles de temps de centaines de milliers d’années. La durée de cet effet est similaire aux échelles de temps sur lesquelles l’altération des silicates devrait agir.

Les résultats sont les premiers à utiliser des données réelles pour confirmer l’existence d’une rétroaction stabilisatrice, dont le mécanisme est probablement l’altération des silicates. Cette rétroaction stabilisatrice expliquerait comment la Terre est restée habitable à travers des événements climatiques dramatiques dans le passé géologique.

“D’une component, c’est bien parce que nous savons que le réchauffement climatique actuel sera finalement annulé grâce à cette rétroaction stabilisatrice”, déclare Constantin Arnscheidt, étudiant diplômé du Département des sciences de la Terre, de l’atmosphère et des planètes (EAPS) du MIT. “Mais d’un autre côté, cela prendra des centaines de milliers d’années, donc pas assez vite pour résoudre nos problèmes actuels.”

L’étude est co-écrite par Arnscheidt et Daniel Rothman, professeur de géophysique au MIT.

Stabilité des données

Les scientifiques ont déjà vu des indices d’un effet stabilisateur du climat dans le cycle du carbone de la Terre  : les analyses chimiques des roches anciennes ont montré que le flux de carbone entrant et sortant de l’environnement de area de la Terre est resté relativement équilibré, même en cas de variations spectaculaires de la température mondiale. De in addition, les modèles d’altération des silicates prédisent que le processus devrait avoir un effet stabilisateur sur le climat mondial. Et enfin, le fait de l’habitabilité sturdy de la Terre indique un contrôle géologique inhérent sur les variations de température extrêmes.

“Vous avez une planète dont le climat a été soumis à tant de changements externes dramatiques. Pourquoi la vie a-t-elle survécu tout ce temps ? Un argument est que nous avons besoin d’une sorte de mécanisme de stabilisation pour maintenir des températures adaptées à la vie”, explique Arnscheidt. “Mais il n’a jamais été démontré à partir de données qu’un tel mécanisme contrôle de manière cohérente le climat de la Terre.”

Arnscheidt et Rothman ont cherché à confirmer si une rétroaction stabilisatrice a effectivement été à l’œuvre, en examinant les données sur les fluctuations de la température mondiale à travers l’histoire géologique. Ils ont travaillé avec une gamme d’enregistrements de température mondiale compilés par d’autres scientifiques, à partir de la composition chimique d’anciens fossiles et coquillages marins, ainsi que de carottes de glace antarctiques préservées.

“Toute cette étude n’est doable que parce qu’il y a eu de grands progrès dans l’amélioration de la résolution de ces enregistrements de température en haute mer”, take note Arnscheidt. “Maintenant, nous avons des données remontant à 66 millions d’années, avec des points de données distants d’au additionally des milliers d’années.”

Accélérer jusqu’à l’arrêt

Aux données, l’équipe a appliqué la théorie mathématique des équations différentielles stochastiques, qui est couramment utilisée pour révéler des modèles dans des ensembles de données très fluctuants.

“Nous avons réalisé que cette théorie fait des prédictions sur ce à quoi vous vous attendriez que l’histoire de la température de la Terre ressemble s’il y avait eu des rétroactions agissant sur certaines échelles de temps”, explique Arnscheidt.

En utilisant cette approche, l’équipe a analysé l’historique des températures mondiales moyennes au cours des 66 derniers thousands and thousands d’années, en tenant compte de la période entière sur différentes échelles de temps, telles que des dizaines de milliers d’années par rapport à des centaines de milliers, pour voir si des modèles de rétroaction stabilisatrice ont émergé dans chaque échelle de temps.

“Dans une certaine mesure, c’est comme si votre voiture roulait à toute vitesse dans la rue, et lorsque vous freinez, vous glissez longtemps avant de vous arrêter”, explique Rothman. “Il y a une échelle de temps sur laquelle la résistance de frottement, ou une rétroaction stabilisatrice, entre en jeu, lorsque le système revient à un état stable.”

Sans rétroactions stabilisatrices, les fluctuations de la température globale devraient croître avec l’échelle de temps. Mais l’analyse de l’équipe a révélé un régime dans lequel les fluctuations n’augmentaient pas, ce qui implique qu’un mécanisme de stabilisation régnait dans le climat avant que les fluctuations ne deviennent trop extrêmes. L’échelle de temps de cet effet stabilisateur – des centaines de milliers d’années – coïncide avec ce que les scientifiques prédisent pour l’altération des silicates.

Fait intéressant, Arnscheidt et Rothman ont constaté que sur des échelles de temps in addition longues, les données ne révélaient aucune rétroaction stabilisatrice. Autrement dit, il ne semble pas y avoir de recul récurrent des températures mondiales sur des échelles de temps supérieures à un million d’années. Sur ces échelles de temps plus longues, qu’est-ce qui a permis de contrôler les températures mondiales ?

“Il y a une idée que le hasard a peut-être joué un rôle majeur pour déterminer pourquoi, après as well as de 3 milliards d’années, la vie existe toujours”, suggest Rothman.

En d’autres termes, comme les températures de la Terre fluctuent sur de plus longues périodes, ces fluctuations peuvent être suffisamment faibles au sens géologique, pour se situer dans une plage dans laquelle une rétroaction stabilisatrice, telle que l’altération des silicates, pourrait périodiquement contrôler le climat. et as well as précisément, dans une zone habitable.

“Il y a deux camps  : certains disent que le hasard est une explication suffisante, et d’autres disent qu’il doit y avoir une rétroaction stabilisatrice”, déclare Arnscheidt. “Nous sommes en mesure de montrer, directement à partir des données, que la réponse se situe probablement quelque element entre les deux. En d’autres termes, il y a eu une certaine stabilisation, mais la pure chance a probablement également joué un rôle dans le maintien de la Terre en permanence habitable.”

Cette recherche a été soutenue en partie par une bourse MathWorks et la Countrywide Science Foundation.