Ziemia nadawała się do zamieszkania przez miliardy lat - dokładnie, jakie szczęście nam się poszczęściło? xtock / Shutterstock

Wymagało to ewolucji 3 lub 4 miliardy lat produkować Homo sapiens. Gdyby klimat zawiódł całkowicie tylko raz w tym czasie, ewolucja zatrzymałaby się gwałtownie i nie byłoby nas tutaj teraz. Aby więc zrozumieć, w jaki sposób powstaliśmy na Ziemi, musimy wiedzieć, w jaki sposób Ziemia zdołała pozostać w formie do życia przez miliardy lat.

To nie jest trywialny problem. Obecne globalne ocieplenie pokazuje nam, że klimat może ulec znacznej zmianie w ciągu nawet kilku stuleci. W geologicznych skalach czasowych zmiana klimatu jest jeszcze łatwiejsza. Obliczenia pokazują, że istnieje możliwość pogorszenia się klimatu na Ziemi do temperatur poniżej zera lub powyżej wrzenia w ciągu zaledwie kilku milionów lat.

Wiemy również, że Słońce stało się o 30% jaśniejsze od czasu ewolucji życia. Teoretycznie powinno to już spowodować wygotowanie oceanów, biorąc pod uwagę, że tak się nie stało ogólnie zamrożone na wczesnej Ziemi - jest to znane jako „słaby paradoks młodego Słońca”. Jednak w jakiś sposób ta zagadka dotycząca siedlisk została rozwiązana.

Naukowcy przedstawili dwie główne teorie. Po pierwsze, Ziemia może być wyposażona w coś w rodzaju termostatu - mechanizm (lub mechanizmy) sprzężenia zwrotnego, który zapobiega przechodzeniu klimatu do śmiertelnych temperatur.

Po drugie, z dużej liczby planet, być może niektórym udaje się po prostu przez szczęście, a Ziemia jest jedną z nich. Ten drugi scenariusz jest bardziej wiarygodny dzięki odkryciom w ostatnich dziesięcioleciach wielu planet poza naszym Układem Słonecznym - tzw. egzoplanety. Astronomiczne obserwacje odległych gwiazd mówią nam, że wiele planet je orbituje, a niektóre mają taką wielkość, gęstość i odległość orbitalną, że teoretycznie możliwe są temperatury odpowiednie dla życia. Szacuje się, że jest ich przynajmniej 2 miliardy takich kandydujących planet tylko w naszej galaktyce.


wewnętrzna grafika subskrypcji


Ziemia nadawała się do zamieszkania przez miliardy lat - dokładnie, jakie szczęście nam się poszczęściło? Jest wiele egzoplanet… ale ile z nich ma stabilny klimat? Jurik Peter / Shutterstock

Naukowcy chcieliby udać się na te egzoplanety, aby zbadać, czy którakolwiek z nich dorównała miliardom lat stabilności klimatu na Ziemi. Ale nawet najbliższe egzoplanety, te krążące wokół gwiazdy Następny Centaurisą oddalone o więcej niż cztery lata świetlne. Trudno jest zdobyć dowody obserwacyjne lub eksperymentalne.

Zamiast tego zbadałem to samo pytanie poprzez modelowanie. Używając programu komputerowego zaprojektowanego do symulacji ewolucji klimatu na planetach w ogóle (nie tylko na Ziemi), zacząłem wygenerował 100,000 XNUMX planet, każdy z losowo innym zestawem sprzężeń zwrotnych dotyczących klimatu. Klimatyczne sprzężenia zwrotne to procesy, które mogą wzmacniać lub zmniejszać zmiany klimatyczne - pomyślmy na przykład o topnieniu lodu morskiego w Arktyce, który zastępuje odbijający światło słoneczne lód otwartym morzem pochłaniającym światło słoneczne, co z kolei powoduje większe ocieplenie i topnienie.

Aby zbadać, jak prawdopodobne jest, że każda z tych różnorodnych planet pozostanie zamieszkana w olbrzymich (geologicznych) skalach czasowych, przeprowadziłem symulację co 100 razy. Za każdym razem planeta startowała z innej temperatury początkowej i była wystawiona na losowo inny zestaw zdarzeń klimatycznych. Zdarzenia te reprezentują czynniki zmieniające klimat, takie jak erupcje superwulkanów (np Góra Pinatubo ale znacznie większe) i uderzenia asteroid (takie jak ten, który zabił dinozaury). Podczas każdego ze 100 przebiegów śledzono temperaturę planety, aż stała się zbyt gorąca lub zbyt zimna, albo też przetrwała 3 miliardy lat, kiedy to uznano, że jest to potencjalny tygiel dla inteligentnego życia.

Ziemia nadawała się do zamieszkania przez miliardy lat - dokładnie, jakie szczęście nam się poszczęściło? Zmiana klimatu: erupcja góry Pinatubo na Filipinach w 1991 r. wyrzuciła do atmosfery tyle pyłu, że globalna temperatura chwilowo spadła o 0.6°C. SRA Błażej Lipowski / pikryl

Wyniki symulacji dają jednoznaczną odpowiedź na ten problem związany z zamieszkaniem, przynajmniej pod względem znaczenia sprzężeń zwrotnych i szczęścia. Bardzo rzadko (w rzeczywistości tylko jeden raz na 100,000 100) planeta miała tak silne stabilizujące sprzężenie zwrotne, że nadawała się do zamieszkania przez całe 100 razy, niezależnie od przypadkowych zdarzeń klimatycznych. W rzeczywistości większość planet, które przynajmniej raz nadawały się do zamieszkania, robiła to mniej niż dziesięć razy na 3. Prawie za każdym razem w symulacji, kiedy planeta nadawała się do zamieszkania przez XNUMX miliardy lat, było to częściowo spowodowane szczęściem. Jednocześnie okazało się, że szczęście samo w sobie jest niewystarczające. Planety, które zostały specjalnie zaprojektowane tak, aby w ogóle nie miały sprzężenia zwrotnego, nigdy nie nadawały się do zamieszkania; przypadkowe spacery, nawiedzane przez wydarzenia klimatyczne, nigdy nie trwały.

Ziemia nadawała się do zamieszkania przez miliardy lat - dokładnie, jakie szczęście nam się poszczęściło? Powtarzane przebiegi w symulacji nie były identyczne: 1,000 różnych planet zostało wygenerowanych losowo, a każda uruchomiona dwukrotnie. (a) wyniki z pierwszej serii, (b) wyniki z drugiej serii. Zielone kręgi wskazują na sukces (żył przez 3 miliardy lat) i czarną porażkę. Toby'ego Tyrrella, Autor pod warunkiem

Ten ogólny wynik, w którym wyniki zależą częściowo od informacji zwrotnych, a częściowo od szczęścia, jest solidny. Wszelkiego rodzaju zmiany w modelowaniu nie miały na to wpływu. W związku z tym Ziemia musi mieć pewne stabilizujące klimat sprzężenia zwrotne, ale jednocześnie szczęście musiał być również zaangażowany w pozostawanie w mieszkaniu. Gdyby na przykład asteroida lub rozbłysk słoneczny był nieco większy niż był lub wystąpił w nieco innym (bardziej krytycznym) czasie, prawdopodobnie nie byłoby nas dzisiaj na Ziemi. Daje inną perspektywę na to, dlaczego jesteśmy w stanie spojrzeć wstecz na niezwykłą, ogromnie rozszerzoną historię życia na Ziemi, która ewoluuje i różnicuje się i staje się coraz bardziej złożona do tego stopnia, że ​​dała nam początek.Konwersacje

Profesor Toby Tyrrell omawia swoje badania.

{vembed Y=K7hCh6v7HNs}

O autorze

Toby Tyrrell, profesor nauk o Ziemi, University of Southampton

Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.

złamać

Powiązane książki:

Przyszłość, którą wybieramy: przetrwanie kryzysu klimatycznego

autorstwa Christiany Figueres i Toma Rivetta-Carnaca

Autorzy, którzy odegrali kluczową rolę w porozumieniu paryskim w sprawie zmian klimatu, przedstawiają spostrzeżenia i strategie radzenia sobie z kryzysem klimatycznym, w tym działania indywidualne i zbiorowe.

Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić

Ziemia niezamieszkana: życie po ociepleniu

David Wallace-Wells

Ta książka bada potencjalne konsekwencje niekontrolowanych zmian klimatu, w tym masowe wymieranie, niedobór żywności i wody oraz niestabilność polityczną.

Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić

Ministerstwo dla przyszłości: powieść

autorstwa Kima Stanleya Robinsona

Ta powieść przedstawia świat niedalekiej przyszłości zmagający się ze skutkami zmian klimatu i oferuje wizję tego, jak społeczeństwo może się zmienić, aby stawić czoła kryzysowi.

Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić

Pod białym niebem: natura przyszłości

Elżbieta Kolbert

Autor bada wpływ człowieka na świat przyrody, w tym zmiany klimatyczne, oraz potencjał rozwiązań technologicznych w odpowiedzi na wyzwania środowiskowe.

Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić

Awaria: najbardziej kompleksowy plan, jaki kiedykolwiek zaproponowano, aby odwrócić globalne ocieplenie

pod redakcją Paula Hawkena

Ta książka przedstawia kompleksowy plan przeciwdziałania zmianom klimatycznym, w tym rozwiązania z różnych sektorów, takich jak energetyka, rolnictwo i transport.

Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić