افزایش میزان دی‌اکسیدکربن (CO₂) در جو ممکن است مجموعه‌ای از فرایندهای زمین‌شناسی و زیستی را فعال کند که می‌توانند تضمین کنند عصر یخبندان بعدی زمین به‌موقع آغاز شود و دچار تأخیر نگردد.
پژوهشگران می‌گویند زمین ممکن است در واکنش به مقادیر عظیمی از دی‌اکسیدکربن که انسان‌ها به جو تزریق می‌کنند، با نوعی «اصلاح بیش‌ازحد» (overcorrection) عدم تعادل موجود را جبران کند. نتیجه‌ی این واکنش می‌تواند آن باشد که عصر یخبندان بعدی، برخلاف پیش‌بینی‌های گذشته که آن را ده‌ها هزار سال به تأخیر افتاده می‌دانستند، دقیقاً در زمان طبیعی خود آغاز شود.
این رفتار به وجود یک «ترموستات» تازه‌کشف‌شده مربوط می‌شود که می‌تواند کوه‌هایی از کربن را با کارایی بسیار بالا در زیر بستر دریا دفن کند — آن‌قدر مؤثر که در طول تنها ۱۰۰ هزار سال، کل کربن ناشی از فعالیت‌های انسانی را از چرخه خارج کند. این زمان چندین برابر سریع‌تر از «ترموستات کند» یا «تنبل»ی است که پیش‌تر دانشمندان توصیف کرده بودند و تصور می‌شد فرایند دفن کربن در آن بین ۵۰۰ هزار تا یک میلیون سال طول می‌کشد.
بر پایه‌ی پژوهشی که در ۲۵ سپتامبر در مجله‌ی Science منتشر شد، اگر هر دو ترموستات — کند و سریع — به‌صورت هم‌زمان عمل کنند، احتمال دارد عصر یخبندان بعدی دقیقاً سر موعد خود آغاز شود و تأثیرات گرمایش جهانی مانع از وقوع آن نگردد.
اندی ریجول (Andy Ridgwell)، زمین‌شناس دانشگاه کالیفرنیا در ریورساید و نویسنده‌ی همکار این مطالعه، به وب‌سایت Live Science گفت: «اگر هر دو ترموستات با هم کار کنند، عصر یخبندان بعدی احتمالاً طبق برنامه شروع می‌شود، نه با تأخیر ناشی از تغییرات اقلیمی.»
با این حال، دومینیک هولزه (Dominik Hülse)، ریاضی‌دان و مدل‌ساز زیست‌ژئوشیمی دانشگاه برمن آلمان، هشدار داد که این پدیده هیچ‌گونه محافظتی برای انسان‌های امروزی در برابر اثرات گرمایش جهانی ایجاد نمی‌کند:
او گفت: «این به آن معنا نیست که در ۱۰۰ یا حتی ۱۰۰۰ سال آینده از گرمایش جهانی در امان خواهیم بود.»
زمین و سازوکار خودتنظیم اقلیم
دانشمندان از مدت‌ها پیش معتقد بوده‌اند که زمین در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناسی، اقلیم خود را تنظیم می‌کند. از دهه‌ی ۱۹۸۰، پژوهشگران سازوکاری به نام بازخورد هوازدگی سیلیکات‌ها (silicate weathering feedback) را مطرح کرده‌اند. در این فرایند، باران CO₂ موجود در هوا را جذب کرده و آن را روی سنگ‌های سیلیکاتی (سنگ‌هایی متشکل از اکسیژن و سیلیکون که حدود ۹۰٪ پوسته زمین را تشکیل می‌دهند) می‌ریزد.
CO₂ با این سنگ‌ها واکنش داده و آن‌ها را در خود حل می‌کند؛ سپس ترکیباتی تشکیل می‌شود که به زمین نفوذ کرده و سرانجام وارد اقیانوس می‌شود. در آنجا، دی‌اکسیدکربن به شکل سنگ آهک و گچ درمی‌آید و برای میلیون‌ها سال در پوسته زمین قفل می‌شود.
این بازخورد همانند ترموستاتی طبیعی عمل می‌کند: هرچه CO₂ در جو بیشتر باشد، دمای زمین بالاتر می‌رود و چرخه آب تشدید می‌شود. در نتیجه بارش بیشتر می‌شود و هوازدگی سنگ‌های سیلیکاتی سرعت می‌گیرد، که به انتقال بیشتر CO₂ به اقیانوس و کاهش تدریجی آن در جو منجر می‌شود.
در جهت مخالف نیز همین اتفاق می‌افتد. ریجول می‌گوید: «اگر زمین بیش از حد سرد شود و میزان CO₂ کاهش یابد، ترموستات، CO₂ کمتری را نسبت به مقدار ثابت انتشار از درون زمین (مانند آتشفشان‌ها) مصرف می‌کند. در نتیجه CO₂ جو به‌تدریج افزایش می‌یابد تا به سطح تعادل بازگردد.»
اما این بازخورد بسیار کند است و ممکن است تا یک میلیون سال طول بکشد تا پس از یک آشفتگی اقلیمی، دوباره تعادل برقرار شود. به همین دلیل، نمی‌تواند پدیده‌هایی مانند چرخه‌های یخچالی و بین‌یخچالی زمین — که تقریباً هر ۱۰۰ هزار سال یک بار رخ می‌دهند — را توضیح دهد.
همچنین این سازوکار نمی‌تواند پدیده‌های افراطی مانند «زمین گلوله‌برفی» (Snowball Earth) را توضیح دهد، یعنی زمانی که کل سیاره پوشیده از یخ می‌شود. هولزه توضیح می‌دهد: «اگر تنها همین ترموستات سیلیکاتی کنترل اقلیم زمین را بر عهده داشت، تعادل نرم و پیوسته‌ی آن اجازه نمی‌داد زمین به چنین وضعیت‌های شدید و یخ‌زده‌ای سقوط کند.»
ترموستات دوم: چرخه فسفر و کربن آلی
پژوهش جدید از رساله دکتری دومینیک هولزه الهام گرفته است، جایی که او میزان کربن آلی ذخیره‌شده در رسوبات اقیانوسی در دوران‌های گذشته را محاسبه کرد. یافته‌های او نشان داد که پس از دوره‌هایی از فعالیت شدید آتشفشانی و گرمایش، حجم عظیمی از کربن آلی در کف دریا انباشته شده است. این مسئله نشان می‌داد که ارتباطی میان سطح CO₂ جو و دفن کربن آلی در اقیانوس وجود دارد.
ریجول می‌گوید: «در تاریخ زمین، زمان‌هایی وجود داشته که مقادیر زیادی کربن آلی در رسوبات ته‌نشین شده است. ما همیشه حدس می‌زدیم که باید سازوکارهای دیگری غیر از هوازدگی سیلیکاتی در کار باشد، اما مدل‌سازی آن بسیار پیچیده بود.»
هولزه و ریجول در این پژوهش با ترکیب مدل‌های خود، یک مدل جهانی چرخه‌ی کربن و اقلیم ارائه کردند که در آن دفن کربن آلی در بستر دریا نیز لحاظ شده بود. نتایج آنان وجود یک «ترموستات دوم» را آشکار کرد که در چرخه فسفر زمین ریشه دارد. این چرخه از خشکی و از سنگ‌هایی آغاز می‌شود که دارای کانی‌هایی مانند آپاتیت هستند.
(اعتبار تصویر: Roland Birke / Getty Images)
هوازدگی این سنگ‌ها در اثر بارش، فسفر را آزاد می‌کند. فسفر وارد خاک، سپس رودخانه‌ها و در نهایت اقیانوس می‌شود. در آنجا، فسفر به‌عنوان ماده مغذی اصلی برای فیتوپلانکتون‌ها (ریزجانداران فتوسنتزی) عمل می‌کند که از آن برای انجام فرایندهای سلولی استفاده می‌کنند. با مرگ فیتوپلانکتون‌ها، بدنشان به بستر دریا فرو می‌افتد و کربن آلی، فسفر و دیگر مواد مغذی را در رسوبات دفن می‌کند.
در جهانی گرم‌تر، مقدار بیشتری فسفر وارد اقیانوس می‌شود و در نتیجه فیتوپلانکتون‌ها رشد بیشتری می‌کنند و کربن آلی بیشتری به کف دریا می‌رسد. اما اقیانوس گرم‌تر اکسیژن کمتری در خود نگه می‌دارد، چون اکسیژن در دمای بالا کمتر محلول است. این کمبود اکسیژن باعث می‌شود فسفر رسوب‌کرده دوباره به آب بازگردد، در حالی که کربن آلی در رسوبات دفن می‌شود.
ریجول می‌گوید: «دقیقاً مکانیزم این فرایند به‌طور کامل شناخته‌شده نیست، اما می‌دانیم رخ می‌دهد. در رویدادهای گرمایشی گذشته، حجم عظیمی از کربن آلی در رسوبات دفن شده، در حالی که مقدار فسفر آن مواد بسیار اندک است — اگر دفن نشده، پس باید به اقیانوس بازگشته باشد.»
با بازیافت فسفر، این عنصر دوباره وارد زنجیره غذایی می‌شود و فیتوپلانکتون‌ها همچنان به رشد خود ادامه می‌دهند. این رشد منجر به جذب CO₂ بیشتر از جو و دفن مقادیر بیشتری از کربن آلی در کف دریا می‌شود که در نهایت موجب سرد شدن اقلیم می‌گردد.
بنابراین، هرچه زمین گرم‌تر شود، اقیانوس‌ها پربارتر و فعال‌تر می‌شوند و کربن بیشتری را در خود ذخیره می‌کنند؛ نتیجه، خنک شدن دوباره‌ی زمین است. تفاوت چرخه فسفر با هوازدگی سیلیکات‌ها این است که فسفر در اقیانوس بلافاصله با خنک شدن زمین کاهش نمی‌یابد، زیرا در بستر دریا همچنان آزاد می‌شود.
ریجول می‌گوید: «ترموستات کربن آلی شبیه ترموستات سیلیکاتی است، اما یک نوع توربوشارژر یا تقویت‌کننده دارد. آن‌قدر مواد مغذی در اقیانوس جمع می‌شود و بازیافتشان چنان کارآمد است که دیگر به‌سختی می‌توان از شرشان خلاص شد.»
در نهایت، چرخه فسفر دوباره به تعادل می‌رسد، اما در این فاصله ممکن است سیاره دچار «اصلاح بیش‌ازحد» شود و رویدادهایی مانند «زمین گلوله‌برفی» را رقم بزند. با این حال، پژوهشگران می‌گویند مشخص نیست این ترموستات دوم در برابر تغییرات اقلیمی کنونی چگونه واکنش نشان خواهد داد، زیرا میزان اکسیژن اقیانوس‌های امروزی بسیار بیشتر از دوران‌های گذشته است و در نتیجه احتمال وقوع یک زمین گلوله‌برفی بسیار اندک است.
در عوض، ممکن است همین ترموستات کربن آلی، تأخیر مورد انتظار در وقوع عصر یخبندان بعدی را جبران کند. تغییرات اقلیمی چرخه‌های طبیعی زمین را مختل کرده‌اند، و پژوهش‌های پیشین نشان می‌دهند عصر یخبندان بعدی که حدود ۱۱ هزار سال دیگر باید آغاز شود، ممکن است ده‌ها هزار سال به تعویق بیفتد. اما اگر ترموستات کربن آلی فعال شود، سطح CO₂ جو می‌تواند بسیار سریع‌تر به مقدار طبیعی بازگردد و عصر یخبندان بعدی به موقع از راه برسد.
ریجول در پایان می‌گوید:
«هرچقدر هم که این تأخیر طول بکشد، این سازوکار می‌تواند آن را جبران کند. دیر یا زود عصر یخبندان جدیدی آغاز خواهد شد — تنها مسئله، زمان وقوع آن است.»
