Trái đất có cơ chế tự điều chỉnh nhiệt độ - để sự sống luôn được tồn tại, phát hiện mới của Viện MIT

Bình luận Ánh Dương • 21:32, 20/11/22

Giúp NTDVN sửa lỗi

Các nhà khoa học đã xác nhận rằng, Trái đất có chế độ tự ‘phản hồi ổn định’, trong chu kỳ khoảng 100.000 năm, giữ cho nhiệt độ toàn cầu luôn trong tầm kiểm soát - để sự sống có thể tồn tại được.

Trái đất đã trải qua một số thay đổi lớn về khí hậu, từ việc núi lửa phun khắp nơi trên thế giới, hoặc các dòng sông băng trải suốt trên bề mặt; cho đến sự thay đổi mạnh mẽ về bức xạ Mặt trời. Tuy nhiên, trong suốt 3,7 tỷ năm qua, sự sống vẫn luôn tồn tại trên Trái đất.

Trái đất có một cơ chế tự 'phản hồi để ổn định'

Gần đây, một nghiên cứu của các nhà nghiên cứu Viện Massachuset (MIT), Hoa Kỳ đăng trên tạp chí Science Advances xác nhận rằng, Trái đất có một cơ chế tự “phản hồi ổn định”, hoạt động theo chu kỳ hàng trăm nghìn năm, để giữ cho nhiệt độ toàn cầu trong phạm vi ổn định, có thể sinh sống được.

Làm thế nào để Trái đất có thể thực hiện được điều này? Một cơ chế có thể xảy ra là “phong hóa silicat”. Là một quá trình địa chất, 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 trong đá - một quá trình phong hóa chậm và ổn định.

Từ lâu, các nhà khoa học đã biết rằng quá trình phong hóa silicat đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh chu trình carbon của Trái đất. Cơ chế của quá trình phong hóa silicat có thể cung cấp một lực lượng không đổi về mặt địa chất trong việc giữ cho carbon dioxide - và nhiệt độ toàn cầu - trong tầm kiểm soát. Nhưng chưa bao giờ có bằng chứng trực tiếp cho thấy sự hoạt động liên tục của phản hồi ổn định như vậy, cho đến nay.

Nghiên cứu dữ liệu nhiệt độ Trái đất trong 66 triệu năm

Phát hiện mới dựa trên một nghiên cứu về dữ liệu cổ sinh ghi lại những thay đổi về nhiệt độ trung bình toàn cầu trong 66 triệu năm qua. Nhóm nghiên cứu của MIT đã áp dụng phân tích toán học để xem dữ liệu có tiết lộ bất kỳ mô hình nào, đặc trưng cho thời kỳ ổn định về nhiệt độ toàn cầu trong một khoảng thời gian địa chất hay không.

Họ phát hiện rằng dường như có một mô hình nhất quán, trong đó sự thay đổi nhiệt độ của Trái đất được ổn định dần theo các khoảng thời gian trong hàng trăm nghìn năm. Khoảng thời gian của hiệu ứng này tương tự như khoảng thời gian mà quá trình phong hóa silicat có tác động.

Kết quả là lần đầu tiên sử dụng dữ liệu thực tế để xác nhận sự tồn tại của cơ chế tự ‘phản hồi ổn định’, có khả năng là do phong hóa silicat. Phản hồi tự ổn định này sẽ giải thích tại sao Trái đất vẫn có thể sinh sống được, mặc dù các sự kiện khí hậu khắc nghiệt vẫn luôn xảy ra trong quá khứ địa chất.

Constantin Arnscheidt, một nghiên cứu sinh tại Khoa Khoa học Trái đất, Khí quyển và Hành tinh (EAPS) của MIT cho biết: “Một mặt, thật tốt vì chúng ta biết rằng hiện tượng ấm lên toàn cầu ngày nay cuối cùng sẽ bị loại bỏ thông qua quá trình tự ‘phản hồi ổn định’ này. Nhưng mặt khác, nó sẽ cần hàng trăm nghìn năm để ổn định nhiệt độ; vì vậy Trái đất sẽ không phản ứng nhanh đủ để giải quyết các vấn đề ngày nay của chúng ta".

Nghiên cứu được công bố bởi các đồng tác giả Arnscheidt và Daniel Rothman, giáo sư địa vật lý tại MIT.

Các nhà nghiên cứu MIT xác nhận rằng Trái đất có một cơ chế tự "phản hồi ổn định", hoạt động trong chu kỳ hàng trăm nghìn năm, giữ cho nhiệt độ toàn cầu trong phạm vi ổn định, có thể sinh sống được.
Các nhà nghiên cứu MIT xác nhận rằng Trái đất có một cơ chế tự "phản hồi ổn định", hoạt động trong chu kỳ hàng trăm nghìn năm, giữ cho nhiệt độ toàn cầu trong phạm vi ổn định, có thể sinh sống được. Hình ảnh: Christine Daniloff, MIT; NASA

Có thể phong hoá Silicat tạo ra cơ chế 'phản hồi ổn định'

Trước đây, các nhà khoa học đã nhận thức được những dấu hiệu về tính ổn định khí hậu trong chu trình carbon của Trái đất: Các phân tích hóa học về đá cổ đã chỉ ra rằng dòng carbon trong và ngoài môi trường bề mặt Trái đất vẫn tương đối cân bằng, ngay cả khi nhiệt độ toàn cầu thay đổi đáng kể.

Hơn nữa, các mô hình phong hóa silicat cho thấy rằng quá trình này có một số tác động làm cho khí hậu toàn cầu ổn định. Và cuối cùng, thực tế là Trái đất luôn cung cấp môi trường cho sự sống, cho thấy rằng nó biết tự điều chỉnh trước bất cứ sự thay đổi nhiệt độ khắc nghiệt nào.

“Chúng ta có một hành tinh mà khí hậu của nó đã phải chịu quá nhiều thay đổi mạnh mẽ do tác động từ bên ngoài. Tại sao cuộc sống lại có thể vẫn cứ tồn tại suốt thời gian qua? Một lập luận đơn giản là có một số loại cơ chế tự ổn định để giữ nhiệt độ của Trái đất thích hợp cho sự sống”, Arnscheidt nói. "Nhưng điều đó chưa bao giờ được chứng minh từ dữ liệu rằng một cơ chế như vậy đã kiểm soát khí hậu Trái đất một cách nhất quán và thông suốt".

Arnscheidt và Rothman đã tìm cách xác nhận liệu sự tự phản hồi ổn định có thực sự hoạt động hay không, bằng cách xem xét dữ liệu về biến động nhiệt độ toàn cầu thông qua lịch sử địa chất. Họ đã làm việc với một loạt hồ sơ nhiệt độ toàn cầu do các nhà khoa học khác biên soạn, từ thành phần hóa học của vỏ Trái đất đến các hóa thạch biển cổ đại, cũng như các lõi băng ở Nam Cực vẫn còn được bảo quản.

Arnscheidt lưu ý: “Toàn bộ nghiên cứu này chỉ có thể thực hiện được vì đã có những tiến bộ lớn trong việc cải thiện độ phân giải của các hồ sơ nhiệt độ biển sâu này. Bây giờ chúng ta có dữ liệu khá đầy đủ của 66 triệu năm qua, với các điểm dữ liệu cách nhau nhiều nhất hàng nghìn năm".

Khi nhiệt độ Trái đất tăng đến mức nào đó, thì cơ chế tự phản hồi ổn định sẽ xuất hiện

Đối với dữ liệu, nhóm nghiên cứu đã áp dụng lý thuyết toán học về phương trình vi phân ngẫu nhiên, thường được sử dụng để đánh giá sự dao động của các tệp dữ liệu.

Trái đất không chỉ là một ngôi nhà, nó là một cơ thể sống, và chúng ta là một phần của nó.
Trái đất không chỉ là một ngôi nhà, nó là một cơ thể sống, và chúng ta là một phần của nó. (Ảnh minh họa: Jasmin777/Pixabay)

Arnscheidt giải thích: “Chúng tôi nhận ra rằng lý thuyết này đưa ra kết quả về lịch sử nhiệt độ của Trái đất, trong một khoảng thời gian nhất định, mà chúng ta cần nghiên cứu”.

Sử dụng cách tiếp cận này, nhóm nghiên cứu đã phân tích lịch sử nhiệt độ trung bình toàn cầu trong 66 triệu năm qua; xem xét toàn bộ giai đoạn trong các khoảng thời gian khác nhau, chẳng hạn như hàng chục nghìn năm so với hàng trăm nghìn năm; để xem liệu có bất kỳ mô hình tự phản hồi ổn định nào xuất hiện trong mỗi khoảng thời gian không.

“Ở một mức độ nào đó, nó giống như ô tô của bạn đang chạy trên đường cao tốc và khi bạn đạp phanh, bạn sẽ bị trượt một đoạn dài trước khi dừng lại”, Rothman nói. “Có một khoảng thời gian mà lực cản ma sát hoặc lực phản hồi ổn định sẽ hoạt động để toàn bộ hệ thống trở lại trạng thái ổn định”.

Nếu không có phản hồi ổn định, sự dao động của nhiệt độ toàn cầu sẽ tăng lên theo thời gian. Nhưng phân tích của nhóm nghiên cứu đã tiết lộ rằng, sự biến động không khi nào phát triển quá mức, tức là có một cơ chế nào đó giữ cho nhiệt độ luôn ở mức ổn định, trước khi biến động tăng quá mức. Khoảng thời gian cho hiệu ứng ổn định này - hàng trăm nghìn năm - trùng với những gì các nhà khoa học dự đoán về quá trình phong hóa silicat.

Không có sự bất ổn nhiệt độ nào trong khoảng thời gian một triệu năm

Điều thú vị là Arnscheidt và Rothman nhận thấy rằng trên các thang thời gian dài hơn, dữ liệu không tiết lộ bất kỳ lần phản hồi ổn định nào. Có nghĩa là, dường như không có bất kỳ sự thay đổi quá mức nào của nhiệt độ toàn cầu, trong khoảng thời gian dài hơn một triệu năm. Vậy thì, trong khoảng thời gian dài hơn này, điều gì đã giữ cho nhiệt độ toàn cầu luôn nằm trong tầm kiểm soát?

“Có ý kiến cho rằng ‘sự tình cờ’ có thể đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định lý do tại sao sau hơn 3 tỷ năm, sự sống vẫn tồn tại”, Rothman đưa ra.

Nói cách khác, khi nhiệt độ của Trái đất dao động trong những khoảng thời gian dài hơn, những dao động này có thể chỉ xảy ra ở mức đủ nhỏ với phản ứng địa chất, nằm trong phạm vi mà phản hồi ổn định hoạt động, chẳng hạn như do ảnh hưởng của sự phong hóa silicat, có thể giữ cho khí hậu được kiểm soát một cách định kỳ, và hơn thế nữa, làm cho khí hậu luôn ở trong mức độ để sự sống có thể tồn tại.

Arnscheidt nói: “Có hai luồng ý kiến: Một số người nói rằng ‘sự tình cờ ngẫu nhiên’ là một lời giải thích đủ tốt; và những người khác nói rằng Trái đất có một cơ chế tự phản hồi để ổn định. Chúng tôi có thể cho thấy, trực tiếp từ dữ liệu, rằng câu trả lời có thể nằm ở đâu đó. Nói cách khác, thực sự là có tồn tại một cơ chế tự phản hồi để ổn định, nhưng may mắn thuần túy cũng có thể cũng đóng một vai trò nào đó trong việc giữ cho Trái đất liên tục có thể sinh sống được".

Nghiên cứu này một phần được hỗ trợ bởi học bổng của MathWorks và Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ.

Trái đất có phải là một sinh vật sống?

Nhà khoa học người Anh James Lovelock, người làm việc tại NASA vào đầu những năm 1960, đã đưa ra Giả thuyết Gaia, cho rằng Trái đất thực sự là một sinh vật sống.

Dựa trên thực tế là bầu khí quyển của Trái đất khác biệt đáng kể so với khí quyển của các hành tinh không có sự sống, Lovelock lập luận rằng hành tinh của chúng ta và sinh quyển của nó là một loại sinh vật sống. Ông nói: "Trái đất không chỉ là một ngôi nhà, nó là một cơ thể sống, và chúng ta là một phần của nó".

Nghiên cứu của các nhà khoa học Viện MIT có thể mở đầu cho các nghiên cứu tiếp theo và làm sáng tỏ một phần nào cho giả thuyết Gaia.

Những người ủng hộ giả thuyết Gaia đã lưu ý về sự gia tăng hàm lượng carbon dioxide trong khí quyển dẫn đến sự tăng trưởng của thực vật, do đó làm giảm mức độ carbon dioxide và nhiều các dẫn chứng về sự tự hồi sinh khác của hành tinh.

Sự phát triển của khoa học Trái đất trong những thập kỷ cuối của thế kỷ 20 được kích thích bởi sự hiểu biết rằng các phần khác nhau của hành tinh - ví dụ, đất liền, đại dương và bầu khí quyển - không thể được nghiên cứu tách biệt với nhau. Chúng là một chỉnh thể và ảnh hưởng lẫn nhau để duy trì sự cân bằng.

Theo MIT News

Bạn bình luận gì về tin này?



BÀI CHỌN LỌC

Trái đất có cơ chế tự điều chỉnh nhiệt độ - để sự sống luôn được tồn tại, phát hiện mới của Viện MIT