Mặc dù khí hậu Trái đất đã trải qua một số thay đổi lớn, từ hoạt động núi lửa toàn cầu đến kỷ băng hà vô cùng lạnh lẽo và những biến đổi mạnh mẽ trong bức xạ mặt trời nhưng sự sống, suốt 3,7 tỷ năm qua, vẫn tiếp diễn theo nhịp điệu của nó.

 

Mới đây, nghiên cứu công bố trên tạp chí Science Advances của nhóm các nhà khoa học MIT đã xác nhận rằng trái đất chứa đựng một cơ chế “hiệu ứng phản hồi ổn định cân bằng” hoạt động trong hàng thiên kỷ để kéo khí hậu ra khỏi bờ vực, giữ nhiệt độ toàn cầu trong phạm vi ổn định, các loài sinh vật có thể sinh sống được.

Làm sao nó có thể thực hiện được điều này? Cơ chế khả dĩ là "phong hóa silicat" - một quá trình địa chất mà theo đó sự phong hóa chậm và ổn định của đá silicat có liên quan đến các phản ứng hóa học hút carbon dioxide ra khỏi khí quyển và thâm nhập vào trầm tích đại dương, giữ lại các chất 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.

Các nhà khoa học từ lâu đã nghi ngờ quá trình phong hóa silicat đóng vai trò chính trong việc điều chỉnh chu trình carbon của Trái đất. Cơ chế phong hóa silicat có thể cung cấp một lực không đổi về mặt địa chất trong việc giữ cho lượng khí carbon dioxide-và nhiệt độ toàn cầu-trong tầm kiểm soá nhưng chưa bao giờ có bằng chứng trực tiếp của hoạt động không ngừng của hiệu ứng phản hồi này cho đến nay.

Những phát hiện mới này dựa trên một nghiên cứu về dữ liệu cổ khí hậu ghi lại những thay đổi về nhiệt độ trung bình toàn cầu trong 66 triệu năm qua. Nhóm MIT đã áp dụng một phép phân tích toán học để xem xét dữ liệu có tiết lộ bất kỳ mô hình đặc trưng nào của các hiện tượng cân bằng để kiềm chế nhiệt độ toàn cầu theo thang thời gian địa chất hay không.

Họ phát hiện ra rằng thực sự dường như có một mô hình nhất quán trong đó nhiệt độ của Trái đất thay đổi xảy ra thất thường trong khoảng thời gian hàng trăm nghìn năm. Khoảng thời gian xảy ra của hiệu ứng này giống với khoảng thời gian mà quá trình phong hóa silicat được dự đoán sẽ diễn ra.

Kết quả này lần đầu tiên sử dụng dữ liệu thực tế để xác nhận sự tồn tại của hiệu ứng phản hồi ổn định cân bằng, cơ chế của nó có khả năng là phong hóa silicat. Hiệu ứng phản hồi này sẽ giải thích làm thế nào Trái đất vẫn có thể sinh sống được thông qua các sự kiện khí hậu kịch tính trong quá khứ địa chất.

Constantin Arnscheidt, sinh viên tốt nghiệp ngành Khoa học Trái đất, Khí quyển và Hành tinh (EAPS) của MIT cho biết: “Một mặt, thật vui vì chúng ta biết rằng sự nóng lên toàn cầu ngày nay cuối cùng sẽ bị triệt tiêu thông qua hiệu ứng phản hồi ổn định cân bằng này. Nhưng mặt khác, quá trình này sẽ phải mất đến hàng trăm nghìn năm để xảy ra, vì vậy không thể giải quyết được các vấn đề ngày nay của chúng ta”.

Đồng tác giả của nghiên cứu là Arnscheidt và Daniel Rothman, giáo sư địa vật lý tại MIT. Để xác nhận xem cơ chế hồi tiếp cân bằng có thực sự diễn ra hay không, Arnscheidt và Daniel Rothman đã xem xét các dữ liệu về quá trình dao động nhiệt độ toàn cầu trong suốt quá trình lịch sử địa chất. Họ phân tích một loạt các 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 suốt 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 lúc này xuất hiện một cơ chế gổn định cân bằng tác động đến khí hậu trước khi các dao động nhiệt chuyển sang trạng thái cực đoan. Chu kỳ của cơ chế ổn định cân bằng này là hàng trăm ngàn năm - trùng khớp với điều mà các nhà khoa học dự đoán về quá trình phong hóa silicat.