Earth can regulate its own temperature over millennia, new study finds | MIT News | Massachusetts Institute of Technology
地球は数千年にわたって自らの気温を調節していることが、新しい研究で明らかになった
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科学者たちは、10万年のタイムスケールで「安定化フィードバック」が地球の気温を抑制していることを確認しました。
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ジェニファー・チュー|MITニュースオフィス
2022年11月16日

地球の気候は、地球規模の火山活動、地球を冷却する氷河期、太陽放射の劇的な変化など、大きな変化を遂げてきました。しかし、この37億年の間、生命は脈々と生き続けてきたのです。

現在までに、地球には「安定化フィードバック」メカニズムが存在し、それが何十万年にもわたって作用して気候を危機から救い、地球の気温を安定した居住可能な範囲に保っていることが、『Science Advances』に掲載されたMIT研究者の研究で確認されています。

では、どのようなメカニズムでこのような現象が起こるのでしょうか？そのメカニズムと考えられるのは、「ケイ酸塩風化作用」です。ケイ酸塩岩石がゆっくりと着実に風化していく過程で化学反応が起こり、最終的に大気中の二酸化炭素が海洋堆積物に取り込まれ、岩石の中に閉じ込められるという地質学的プロセスです。

科学者たちは、長い間、ケイ酸塩風化が地球の炭素循環の調節に大きな役割を果たしているのではないかと考えてきました。ケイ酸塩風化のメカニズムは、二酸化炭素と地球の気温を抑制する地質学的に一定の力を提供する可能性があります。しかし、現在までに、このようなフィードバックが継続的に働いていることを示す直接的な証拠は得られていませんでした。

今回の発見は、過去6600万年間の地球の平均気温の変化を記録した古気候データの研究に基づいています。MITの研究チームは、このデータから、地質学的な時間スケールで地球の気温を抑制する安定化現象に特徴的なパターンが見られるかどうかを数学的に解析しました。

その結果、数十万年のタイムスケールで地球の温度変動が抑制されるパターンが、確かに存在することが判明しました。この効果の持続期間は、ケイ酸塩風化が作用すると予測されるタイムスケールに類似しています。

この結果は、実際のデータを用いて、安定化フィードバックの存在を確認した最初のものであり、そのメカニズムはケイ酸塩風化の可能性が高いと考えられます。この安定化フィードバックは、地球が地質学的に過去に起こった劇的な気候変動にもかかわらず、居住可能な状態を維持してきたことを説明するものです。

「一方では、今日の地球温暖化が、この安定化フィードバックによって、最終的に相殺されることが分かったので、それは良いことです」と、MITの地球・大気・惑星科学科（EAPS）の大学院生であるコンスタンティン・アルンシャイトは言っています。「しかし、一方で、それが起こるには、数十万年かかるので、現在の問題を解決するのに、十分な速さではありません。」

この研究は、アルンシャイトとMITのダニエル・ロスマン教授（地球物理学）によって共同執筆さ れました。

データの安定性

これまでにも科学者たちは、地球の炭素循環に気候安定化の効果があることを見いだしてきました。古代の岩石を化学的に分析した結果、地球の表面環境における炭素の出入りは、地球の気温が大きく変動しても、比較的均衡を保っていることがわかりました。さらに、ケイ酸塩風化のモデルから、このプロセスは地球気候を安定させる効果があることが予想されます。そして最後に、地球が永続的に居住可能であるという事実は、極端な温度変動に対して地質学的なチェック機能が備わっていることを示唆しています。

「この惑星は、外部からの劇的な変化にさらされ続けてきました。なぜ、生命は生き延びてきたのでしょうか？アルンシャイトは言います。「生命に適した気温を維持するためには、ある種の安定化メカニズムが必要だというのが一つの主張です。「しかし、そのようなメカニズムが地球の気候を一貫して制御してきたということは、データからは証明されていません。」

アルンシャイトとロスマンは、地質学的歴史を通じての地球の気温変動のデータを調べることで、安定化フィードバックが実際に働いているかどうかを確認しようとしました。彼らは、古代の海洋化石や貝殻の化学組成、保存されている南極の氷床コアなど、他の科学者によって編集されたさまざまな地球の気温記録を用いて研究を行いました。

「この研究は、深海の温度記録の解像度が大幅に向上したことによって初めて可能になった」と、アルンシャイトは指摘しています。「現在、6600万年前にさかのぼるデータがあり、データポイントの間隔は、せいぜい数千年程度です。」

停止へのスピード調整

このデータに対して、研究チームは確率微分方程式の数学的理論を適用しました。この理論は、大きく変動するデータセットのパターンを明らかにするのによく使われます。

「この理論は、もしあるタイムスケールでフィードバックが働いていたとしたら、地球の気温の歴史はどのようになるかを予測するものであると、私たちは気づきました。」とアルンシャイトは説明します。

研究チームはこの方法を用いて、過去6600万年間の地球の平均気温の歴史を分析し、全期間を数万年と数十万年といった異なるタイムスケールで考察し、それぞれのタイムスケールの中で安定化フィードバックのパターンが現れるかどうかを調べました。

ロスマンは、「ある程度、車が道を走っていて、ブレーキをかけると、止まるまで長い間滑っているようなものです」と言います。「摩擦抵抗や安定化フィードバックが働くには、システムが定常状態に戻るまでのタイムスケールがあります。」

安定化フィードバックがなければ、地球気温の変動は、タイムスケールとともに大きくなるはずです。しかし、研究チームは、変動が大きくならない領域を発見しました。これは、変動が極端に大きくなる前に、気候を安定化させるメカニズムが働いていることを示唆しています。この安定化効果のタイムスケール（数十万年）は、科学者が予測するケイ酸塩風化作用のタイムスケールと一致します。

興味深いことに、アルンシャイトとロスマンは、より長いタイムスケールでは、データから安定化フィードバックが得られないことを発見しました。つまり、100万年以上のタイムスケールでは、地球の気温が繰り返し引き戻されるようなことはないことが確認されました。では、このような長いタイムスケールでは、何が地球の気温を抑えてきたのでしょうか？

ロスマンは、「30億年以上たった今でも生命が存在する理由を決定する上で、偶然性が大きな役割を果しているのではないかという考え方があります。」と提案します。

言い換えれば、地球の気温は長期にわたって変動していますが、その変動は地質学的に見れば十分に小さく、ケイ酸塩の風化などの安定化フィードバックによって、定期的に気候が抑制され、さらに言えば、居住可能な範囲に収まっている可能性があります。

「2つの考え方があります。偶然で十分説明できると言う人と、安定化フィードバックが必要だと言う人です」とアルンシャイトは言います。「私たちは、データから直接、その答えはおそらくその中間にあることを示すことができます。言い換えれば、ある程度の安定化はありましたが、純粋な運もまた、地球が継続的に居住可能な状態を維持する上で役割を果たした可能性が高いのです」

この研究は、MathWorksのフェローシップと国立科学財団によって部分的に支援されました。


※はい、地球温暖化説は終了でーす。
所詮は、地球の気温は何十億年の歴史の中で上がったり下がったりの繰り返しでしょ？
ところで最近はタクシーやバスのフリーズ運転手が記憶を無くして事故を起こしますなぁ....