Κρυφός, υπερφορτισμένος «θερμοστάτης» μπορεί να προκαλέσει υπερδιόρθωση της Γη για την κλιματική αλλαγή
Ο βασικός παράγοντας των νέων ευρημάτων είναι το πώς μετακινείται ο φώσφορος από τη γη στον ωκεανό, δήλωσαν οι ερευνητές.
Η Γη μπορεί να αντιδράσει στις τεράστιες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα (CO2) που εκλύουν οι άνθρωποι στην ατμόσφαιρα με το να «υπερδιορθώνει» την ασυμμετρία, κάτι που θα μπορούσε να έχει ως αποτέλεσμα την έλευση της επόμενης εποχής των παγετώδων σε κανονικό χρόνο, αντί να καθυστερήσει για δεκάδες χιλιάδες χρόνια, όπως είχε προβλεφθεί προηγουμένως.
Αυτό οφείλεται σε έναν νέο «θερμοστάτη» που ενταφιάζει τόνοι άνθρακα κάτω από τον πυθμένα των θαλασσών με τόση αποτελεσματικότητα, που θα μπορούσε να εξαλείψει τις ανθρωπογενείς εκπομπές άνθρακα εντός 100.000 ετών, ανακάλυψαν οι ερευνητές.
Αυτό είναι αρκετές φορές πιο γρήγορα από ό,τι οι επιστήμονες υπέθεταν ότι θα συμβεί με τον προηγουμένως περιγραφόμενο «τεμπέλη θερμοστάτη» που αποθηκεύει άνθρακα σε χρονικά διαστήματα από 500.000 έως 1 εκατομμύριο χρόνια, ανέφερε η ομάδα σε μελέτη που δημοσιεύθηκε στις 25 Σεπτεμβρίου στο περιοδικό Science.
Με τους δύο θερμοστάτες να λειτουργούν ταυτόχρονα, είναι πιθανό η επόμενη εποχή των παγετώδων να αρχίσει στην ώρα της, αντί να καθυστερήσει λόγω των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής, δήλωσε ο συν-συγγραφέας της μελέτης Andy Ridgwell, καθηγητής γεωλογίας στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στο Ρίβερσαϊντ, στο Live Science.
Ο νέος θερμοστάτης δεν προστατεύει τους ανθρώπους που ζουν τώρα από τις επιπτώσεις της παγκόσμιας θέρμανσης, δήλωσε ο Dominik Hülse, μαθηματικός και βιογεωχημικός μοντελιστής στο Πανεπιστήμιο του Βρέμης στη Γερμανία. «Δεν λέμε ότι θα είμαστε ασφαλείς από την παγκόσμια θέρμανση τα επόμενα 100 ή ακόμα και 1.000 χρόνια», του είπε το Live Science.
Οι επιστήμονες υποπτεύονται εδώ και καιρό ότι η Γη ρυθμίζει το κλίμα της σε γεωλογικούς χρόνους. Από τη δεκαετία του 1980, οι ερευνητές έχουν θεωρήσει έναν μηχανισμό που ονομάζεται ανατροφοδότηση της εκκαθάρισης του πυριτίου, ο οποίος συμβαίνει όταν η βροχή captures το CO2 από τον αέρα και το ψεκάζει σε πυριτικούς βράχους – βράχους με ανόργανα υλικά που περιέχουν οξυγόνο και πυρίτιο, τα οποία συνιστούν περίπου το 90% της φλοιού του πλανήτη. Το CO2 αντιδρά με αυτούς τους βράχους, διαλύοντας τους και σχηματίζοντας μόρια που διαρρέουν στο έδαφος και τελικά καταλήγουν στον ωκεανό. Μόλις φτάσουν εκεί, αυτό που κάποτε ήταν CO2 σχηματίζει ασβεστόλιθο και κιμωλία, που σημαίνει ότι είναι κλειδωμένο για εκατομμύρια χρόνια.
Η ανατροφοδότηση εκκαθάρισης πυριτίου λειτουργεί όπως ένας θερμοστάτης, καθώς όσο περισσότερο CO2 υπάρχει στην ατμόσφαιρα, τόσο θερμότερη γίνεται η Γη και τόσο επιταχυνόμενος είναι ο κύκλος του νερού. Καθώς η βροχόπτωση αυξάνεται, η εκκαθάριση πυριτίου επιταχύνεται, σημαίνοντας ότι περισσότερο CO2 μεταφέρεται στον ωκεανό και τα επίπεδα CO2 στην ατμόσφαιρα πέφτουν ξανά σε κανονικά επίπεδα.
Η ανατροφοδότηση λειτουργεί και αντίστροφα. «Αν κρυώνεις πολύ και το CO2 είναι πολύ χαμηλό, τότε ο θερμοστάτης καταναλώνει πολύ λίγο CO2 σε σύγκριση με ένα σταθερό υπόβαθρο απελευθέρωσης του CO2 από το μανδύα, από ηφαίστεια και άλλα μαγματικά χαρακτηριστικά», δήλωσε ο Ridgwell. Σε αυτό το σενάριο, λιγότερο CO2 καταλήγει στον ωκεανό και τα επίπεδα στην ατμόσφαιρα αυξάνονται αργά πάλι έως τα μέσο επίπεδα.
Ωστόσο, η ανατροφοδότηση εκκαθάρισης πυριτίου κινείται αργά. Μπορεί να χρειαστεί έως και 1 εκατομμύριο χρόνια μετά από μια διαταραχή για να επανισορροπήσει τα επίπεδα CO2. Ως αποτέλεσμα, υπάρχουν κλιματικά γεγονότα που δεν μπορεί να εξηγήσει, συμπεριλαμβανομένων των παγετώνων και των μεσοπαγετώνων κύκλων της Γης, που χαρακτηρίζονται από τεράστιες διακυμάνσεις στα επίπεδα CO2 και στη θερμοκρασία που συμβαίνουν περίπου κάθε 100.000 χρόνια, είπε ο Ridgwell.
Η εκκαθάριση πυριτίου δεν μπορεί επίσης να εξηγήσει τα γεγονότα της γης των χιονομπαλίων, που καλύπτουν εντελώς τον πλανήτη με πάγο, δήλωσε ο Hülse. Αν η εκκαθάριση πυριτίου ήταν ο μόνος θερμοστάτης που ρυθμίζει το κλίμα της Γης, η ομαλή ισορροπία του θα εμπόδιζε την υποχώρηση σε τόσο ακραίες συνθήκες, εξήγησε ο Hülse.
Ένας δεύτερος «θερμοστάτης»
Η νέα έρευνα εμπνεύστηκε από τη διδακτορική διατριβή του Hülse, στην οποία υπολόγισε πόσο οργανικός άνθρακας διατηρήθηκε σε θαλάσσιες καταθέσεις κατά τη διάρκεια προηγούμενων κλιματικών γεγονότων. Τα αποτελέσματά του έδειξαν ότι μετά από περιόδους έντονης ηφαιστειακής δραστηριότητας και θερμότητας, όγκοι οργανικού άνθρακα κατατέθηκαν στον θαλάσσιο πυθμένα. Αυτή η ανακάλυψη υποδείκνυε ότι μπορεί να υπάρχει σύνδεσμος μεταξύ των επιπέδων CO2 στην ατμόσφαιρα και της ταφής οργανικού άνθρακα στον ωκεανό.
«Υπάρχουν σίγουρα στιγμές στην ιστορία της Γης όταν κατατέθηκε πολύς οργανικός άνθρακας», είπε ο Ridgwell. «Ξέραμε ότι πρέπει να συμβαίνουν και άλλα πράγματα [εκτός από την εκκαθάριση πυριτίου], αλλά είναι πολύ πιο περίπλοκο να το εντάξουμε σε ένα μοντέλο».
Ωστόσο, οι Hülse και Ridgwell ανέλαβαν αυτή την πρόκληση στη νέα μελέτη τους συνδυάζοντας τα ατομικά τους έργα σε ένα παγκόσμιο μοντέλο κλιματικού κύκλου άνθρακα που λογιστούσε την ταφή οργανικού άνθρακα στον πυθμένα του ωκεανού. Τα αποτελέσματά τους αποκάλυψαν έναν δεύτερο «θερμοστάτη» που είναι ριζωμένος στον κύκλο του φωσφόρου της Γης, ο οποίος αρχίζει στη γη με βράχους που περιέχουν μεταλλεύματα όπως η απατίτη, δήλωσαν οι ερευνητές.
Η διάβρωση αυτών των βράχων λόγω της βροχής απελευθερώνει φώσφορο, ο οποίος διεισδύει στο έδαφος, εισέρχεται σε ροές και ποτάμια και τελικά καταλήγει στον ωκεανό. Εκεί, ο φώσφορος είναι ένα βασικό θρεπτικό συστατικό για μικρά φωτοσυνθετικά πλάσματα που ονομάζονται φυτοπλαγκτόν, τα οποία τον χρησιμοποιούν για να τροφοδοτούν τις κυτταρικές διαδικασίες τους. Όταν τα φυτοπλαγκτόν πεθαίνουν, βυθίζονται στο θαλάσσιο βυθό, όπου καταθέτουν οργανικό άνθρακα, φώσφορο και άλλα θρεπτικά συστατικά.
Σε έναν θερμότερο κόσμο, περισσότερος φώσφορος ξεπλένεται στον ωκεανό και το φυτοπλαγκτόν αναπαράγεται, πράγμα που σημαίνει ότι περισσότερος οργανικός άνθρακας και φώσφορος φτάνει στον θαλάσσιο πυθμένα. Ωστόσο, οι θερμότερες θάλασσες κρατούν λιγότερο οξυγόνο, καθώς το οξυγόνο γίνεται λιγότερο διαλυτό καθώς οι θερμοκρασίες αυξάνονται. Αυτή η αποοξυγόνωση απελευθερώνει τον αποθηκευμένο φώσφορο πίσω στη στήλη του νερού ενώ ενταφιάζει οργανικό άνθρακα στις καταθέσεις.
«Ακριβώς πώς συμβαίνει αυτό δεν είναι μηχανιστικά απολύτως γνωστό, αλλά ξέρουμε ότι συμβαίνει», δήλωσε ο Ridgwell. «Εκεί που είχαμε αυτές τις εκδηλώσεις στο παρελθόν, όπου βλέπουμε τεράστιες ποσότητες οργανικού άνθρακα να ενταφιάζονται μετά από μια θερμαντική εκδήλωση, υπάρχει πολύ, πολύ, πολύ λίγο φώσφορος σε εκείνο το υλικό σε σύγκριση με το κανονικό υλικό. Αν δεν ενταφιάζεται, πρέπει να έχει επιστραφεί στον ωκεανό».
Καθώς ο φώσφορος ανακυκλώνεται, επαναφέρεται στη τροφική αλυσίδα και το φυτοπλαγκτόν συνεχίζει να αναπαράγεται καθώς τρέφεται με φώσφορο τόσο από τη γη όσο και από τον ωκεανό. Αυτό οδηγεί σε μια έκρηξη του φυτοπλαγκτόν, που απορροφά ολοένα και περισσότερο CO2 από την ατμόσφαιρα και καταθέτει ολοένα και περισσότερο οργανικό άνθρακα στον θαλάσσιο πυθμένα, το οποίο μειώνει τις παγκόσμιες θερμοκρασίες.
Έτσι, όσο θερμότερος γίνεται ο κόσμος, τόσο πιο παραγωγικοί γίνονται οι ωκεανοί και τόσο περισσότερο άνθρακας αποθηκεύεται, που ψύχει το κλίμα. Αλλά η διαφορά μεταξύ φωσφόρου και εκκαθάρισης πυριτίου είναι ότι ο φώσφορος στον ωκεανό δεν μειώνεται μόλις η Γη ψυχθεί, καθώς συνεχίζει να απελευθερώνεται στον θαλάσσιο πυθμένα.
«Ο θερμοστάτης του οργανικού άνθρακα είναι λίγο σαν τον θερμοστάτη του πυριτίου, εκτός από ότι έχει αυτόν τον υπερφορτιστή», δήλωσε ο Ridgwell. «Καταλήγεις με τόσα πολλά θρεπτικά συστατικά στον ωκεανό — και ανακυκλώνονται πολύ αποτελεσματικά — που είναι πολύ δύσκολο να απαλλαγείς από αυτά ξανά».
Ο κύκλος του φωσφόρου τελικά επανακτά την ισορροπία του, αλλά ο πλανήτης μπορεί να «υπερδιορθώσει» στο μεταξύ, προκαλώντας γεγονότα όπως αυτά της γης των χιονομπαλίων, δήλωσαν οι ερευνητές. Δεν είναι σαφές πώς θα απαντήσει αυτός ο δεύτερος θερμοστάτης στην κλιματική αλλαγή τώρα, αλλά ο ωκεανός είναι τόσο πλούσιος σε οξυγόνο σε σύγκριση με το παρελθόν ώστε μια γη των χιονομπαλίων είναι απίθανη, είπαν.
Αντίθετα, είναι πιθανό ότι ο θερμοστάτης οργανικού άνθρακα θα αντισταθμίσει την καθυστέρηση που αναμένεται για την επόμενη εποχή των παγετώδων. Η κλιματική αλλαγή διαταράσσει τους φυσικούς κύκλους της Γης, και οι προηγούμενες έρευνες υποδεικνύουν ότι θα μπορούσε να καθυστερήσει την επόμενη παγετώδη περίοδο, που αναμένεται σε περίπου 11.000 χρόνια, κατά δεκάδες χιλιάδες χρόνια. Αλλά αν ο θερμοστάτης του οργανικού άνθρακα ενεργοποιηθεί, το CO2 στην ατμόσφαιρα θα μπορούσε να επιστρέψει σε κανονικά επίπεδα πολύ πιο γρήγορα, διασφαλίζοντας ότι η επόμενη εποχή των παγετώδων θα φτάσει στην ώρα της.
«Οποιαδήποτε καθυστέρηση θα έχουμε για την επόμενη εποχή των παγετώδων … σκέφτοντας αυτό το μηχανισμό μπορεί να την φέρει μπροστά πάλι», είπε ο Ridgwell. «Ένα θα αρχίσει σίγουρα σε κάποια στιγμή; όλα είναι θέμα πότε θα αρχίσει».