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O clima da Terra passou por grandes mudanças, desde o vulcanismo global até as eras glaciais que esfriam o planeta e mudanças dramáticas na radiação solar. E, no entanto, a vida, nos últimos 3,7 bilhões de anos, continuou batendo.
Agora, um estudo realizado por pesquisadores do MIT em Avanços da ciência confirma que o planeta abriga um mecanismo de “feedback estabilizador” que atua ao longo de centenas de milhares de anos para tirar o clima do limite, mantendo as temperaturas globais dentro de uma faixa estável e habitável.
Como isso é feito? Um mecanismo provável é o “intemperismo do silicato” – um processo geológico pelo qual o intemperismo lento e constante das rochas de silicato envolve reações químicas que, em última análise, retiram o dióxido de carbono da atmosfera e os depositam nos sedimentos oceânicos, prendendo o gás nas rochas.
Os cientistas há muito suspeitam que o desgaste do silicato desempenha um papel importante na regulação do ciclo do carbono da Terra. O mecanismo de intemperismo do silicato pode fornecer uma força geologicamente constante para manter o dióxido de carbono – e as temperaturas globais – sob controle. Mas nunca houve evidência direta da operação contínua de tal feedback, até agora.
As novas descobertas são baseadas em um estudo de dados paleoclimáticos que registram mudanças nas temperaturas globais médias nos últimos 66 milhões de anos. A equipe do MIT aplicou uma análise matemática para ver se os dados revelavam quaisquer padrões característicos de fenômenos estabilizadores que controlavam as temperaturas globais em uma escala de tempo geológica.
Eles descobriram que, de fato, parece haver um padrão consistente no qual as oscilações de temperatura da Terra são amortecidas em escalas de tempo de centenas de milhares de anos. A duração desse efeito é semelhante às escalas de tempo nas quais se prevê que o intemperismo do silicato atue.
Os resultados são os primeiros a usar dados reais para confirmar a existência de um feedback estabilizador, cujo mecanismo é provavelmente o intemperismo do silicato. Esse feedback estabilizador explicaria como a Terra permaneceu habitável durante eventos climáticos dramáticos no passado geológico.
“Por um lado, é bom porque sabemos que o aquecimento global de hoje será eventualmente cancelado por meio desse feedback estabilizador”, diz Constantin Arnscheidt, aluno de pós-graduação do Departamento de Ciências da Terra, Atmosféricas e Planetárias (EAPS) do MIT. “Mas, por outro lado, levará centenas de milhares de anos para acontecer, portanto, não será rápido o suficiente para resolver nossos problemas atuais.”
O estudo é co-autoria de Arnscheidt e Daniel Rothman, professor de geofísica no MIT.
Estabilidade nos dados
Os cientistas já haviam visto indícios de um efeito estabilizador do clima no ciclo do carbono da Terra: análises químicas de rochas antigas mostraram que o fluxo de carbono para dentro e para fora do ambiente da superfície da Terra permaneceu relativamente equilibrado, mesmo com oscilações dramáticas na temperatura global. Além disso, modelos de intemperismo de silicato preveem que o processo deve ter algum efeito estabilizador no clima global. E, finalmente, o fato da habitabilidade duradoura da Terra aponta para alguma verificação geológica inerente nas oscilações extremas de temperatura.
“Você tem um planeta cujo clima foi submetido a tantas mudanças externas dramáticas. Por que a vida sobreviveu todo esse tempo? Um argumento é que precisamos de algum tipo de mecanismo de estabilização para manter as temperaturas adequadas à vida”, diz Arnscheidt. “Mas nunca foi demonstrado a partir de dados que tal mecanismo tenha controlado consistentemente o clima da Terra”.
Arnscheidt e Rothman procuraram confirmar se um feedback estabilizador realmente estava em ação, observando dados de flutuações de temperatura global ao longo da história geológica. Eles trabalharam com uma série de registros de temperatura global compilados por outros cientistas, desde a composição química de fósseis e conchas marinhas antigas, bem como núcleos de gelo preservados da Antártica.
“Todo esse estudo só é possível porque houve grandes avanços na melhoria da resolução desses registros de temperatura do fundo do mar”, observa Arnscheidt. “Agora temos dados que remontam a 66 milhões de anos, com pontos de dados com, no máximo, milhares de anos de diferença.”
Acelerando até parar
Aos dados, a equipe aplicou a teoria matemática das equações diferenciais estocásticas, que é comumente usada para revelar padrões em conjuntos de dados amplamente flutuantes.
“Percebemos que essa teoria faz previsões de como você esperaria que a história da temperatura da Terra parecesse se houvesse feedbacks atuando em determinadas escalas de tempo”, explica Arnscheidt.
Usando essa abordagem, a equipe analisou a história das temperaturas globais médias nos últimos 66 milhões de anos, considerando todo o período em diferentes escalas de tempo, como dezenas de milhares de anos versus centenas de milhares, para ver se algum padrão de feedback estabilizador surgiu dentro cada escala de tempo.
“Até certo ponto, é como se seu carro estivesse acelerando na rua e, quando você pisa no freio, desliza por um longo tempo antes de parar”, diz Rothman. “Há uma escala de tempo em que a resistência ao atrito, ou um feedback estabilizador, entra em ação quando o sistema retorna a um estado estacionário.”
Sem feedbacks estabilizadores, as flutuações da temperatura global devem crescer com a escala de tempo. Mas a análise da equipe revelou um regime em que as flutuações não cresceram, o que implica que um mecanismo de estabilização reinou no clima antes que as flutuações se tornassem muito extremas. A escala de tempo para esse efeito estabilizador – centenas de milhares de anos – coincide com o que os cientistas preveem para o intemperismo do silicato.
Curiosamente, Arnscheidt e Rothman descobriram que em escalas de tempo mais longas, os dados não revelaram nenhum feedback estabilizador. Ou seja, não parece haver nenhum retrocesso recorrente nas temperaturas globais em escalas de tempo superiores a um milhão de anos. Ao longo dessas escalas de tempo mais longas, então, o que manteve as temperaturas globais sob controle?
“Há uma ideia de que o acaso pode ter desempenhado um papel importante na determinação de por que, depois de mais de 3 bilhões de anos, a vida ainda existe”, afirma Rothman.
Em outras palavras, como as temperaturas da Terra flutuam em períodos mais longos, essas flutuações podem ser pequenas o suficiente no sentido geológico, para estar dentro de uma faixa que um feedback estabilizador, como intemperismo de silicato, poderia periodicamente manter o clima sob controle, e mais ao ponto, dentro de uma zona habitável.
“Existem dois campos: alguns dizem que o acaso é uma explicação boa o suficiente e outros dizem que deve haver um feedback estabilizador”, diz Arnscheidt. “Podemos mostrar, diretamente dos dados, que a resposta provavelmente está em algum lugar no meio. Em outras palavras, houve alguma estabilização, mas a pura sorte provavelmente também desempenhou um papel em manter a Terra continuamente habitável.”
Esta pesquisa foi apoiada em parte por uma bolsa da MathWorks e pela National Science Foundation.
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