_ O privire holistică asupra ciclului chimic al Pământului pune în lumină modul în care planeta rămâne locuibilă

Știm cu toții că Pământul este special, dar este posibil să nu apreciem pe deplin cât de bine îl avem pe această planetă. Spre deosebire de vecinii săi planetari, Pământul a rămas locuibil de miliarde de ani datorită unui dans al elementelor complicat și în continuă schimbare.

Un studiu realizat de cercetătorii de la Universitatea din Chicago, Universitatea Rice și Institutul din California. Tehnologia aruncă o lumină nouă asupra echilibrului delicat al ciclurilor biogeochimice care mențin Pământul temperat, hidratat și înfloritor.

Circările elementelor între oceane, atmosferă și pământ joacă un rol în menținerea stabilă a climei, dar este atât de complex încât oamenii de știință izolează de obicei bucăți din întreg pentru a încerca să înțeleagă mai bine modul în care funcționează. Cu toate acestea, un nou studiu, publicat în Proceedings of the National Academy of Sciences pe 13 martie, oferă o abordare diferită.

Cercetătorii oferă în schimb un punct de vedere larg, simplificat, folosind un nou set de calcule matematice. instrumente pentru a ilumina relațiile dintre diferitele cicluri chimice care anterior erau greu de identificat.

„Abordarea noastră oferă o nouă modalitate de a identifica elementele fundamentale ale stabilității componentelor chimice ale climei Pământului – modalitățile de bază în care climatul poate fi stabilizat în timp geologic datorită mișcării elementelor de-a lungul oceanului, atmosferei și rezervoarelor de roci”, a spus Preston Cosslett Kemeny, cercetător postdoctoral UChicago TC Chamberlain și primul autor al lucrării.

„Acesta este un mod elegant, simplificat de a gândi o problemă enormă, care organizează o mulțime de cercetări anterioare asupra ciclurilor elementare în pachete de reacții chimice care pot fi echilibrate și înțelese”, a spus UChicago Asst. Prof. Clara Blättler, autor principal al lucrării.

De multe ori considerăm de la sine înțeles că planeta Pământ a susținut viață complexă de sute de milioane de ani. Dar, cu siguranță, această stabilitate nu a fost garantată – trebuie doar să ne uităm alături la Marte și Venus, care s-au format din aproximativ aceleași materiale ca Pământul, dar în prezent nici măcar nu suportă apă lichidă. Care este secretul Pământului?

Un aspect cheie este ciclul chimic. Elemente precum carbonul, sulful și calciul se mișcă între pământ, ocean și atmosferă în moduri care au menținut condițiile de la suprafața Pământului relativ stabile pe parcursul a sute de milioane de ani.

De exemplu, oamenii de știință cred că temperaturile planetei. sunt parțial menținute prin deplasarea carbonului treptat înainte și înapoi între ocean, atmosferă și pământ. Atunci când dioxidul de carbon se acumulează în atmosferă și încălzește suprafața, face ca rocile să se descompună mai repede - mișcând carbonul în ocean și ulterior în roci de pe fundul mării. De-a lungul a milioane de ani, planeta se răcește treptat din nou pe măsură ce carbonul este aspirat din atmosferă.

Descurcarea acestor cicluri a fost munca de zeci de ani. Este o provocare pentru că ciclurile durează milioane de ani, se schimbă la nesfârșit, au loc pe întreg globul și interacționează între ele în mod constant. Este atât de complex încât oamenii de știință examinează adesea doar bucăți din întreaga imagine, luând în considerare de obicei un număr limitat de cicluri de elemente sau un mic subset al interacțiunilor lor. Dar când piese din puzzle lipsesc, cercetătorii trebuie să facă presupuneri pentru a completa golurile.

Kemeny s-a întrebat dacă lucrul în acest fel ar putea tinde să întunece imaginea de ansamblu a modului în care interacțiunile biogeochimice dau naștere stabilității planetare.

El, împreună cu Blättler, Mark Torres de la Universitatea Rice și Woodward Fischer de la Caltech, au făcut un pas înapoi. Ei au efectuat o analiză matematică în care au luat în considerare o gamă largă de reacții chimice cuprinzând cicluri chimice majore, dar nu au specificat cum sau cât de mult au interacționat ciclurile între ele.

Rezultatul este un cadru care identifică toate combinațiile majore și minore de reacții care echilibrează ciclul carbonului Pământului și relațiile lor între ele - ceva care lipsea din câmp. Privit astfel, clima Pământului poate fi reprezentată printr-un set de ecuații chimice interconectate care trebuie să se echilibreze în anumite perioade de timp.

Autorii au spus că munca lor este utilă, deoarece oamenii de știință continuă să studieze istoria Pământului și modul în care clima s-a schimbat de-a lungul timpului.

„De exemplu, să spunem că luați în considerare o ipoteză pentru ce s-a schimbat clima în trecut, cum ar fi răcirea majoră din ultimii 65 de milioane de ani”, a spus Kemeny. „Puteți lua acest cadru și îl folosiți pentru a spune, ei bine, dacă procesul X a crescut sau a scăzut, atunci ar fi trebuit să determine și Y să se întâmple sau ar fi trebuit să fie echilibrat de Z și că trebuie să luați în considerare acele rezultate... deci, cu această predicție, putem căuta dovezi pentru funcționarea comună a întregului sistem geochimic.”

Alte relații dintre ciclurile chimice pot deveni vizibile atunci când sunt privite din punct de vedere al unei păsări. „De exemplu, această analiză a identificat o nouă modalitate de a echilibra fluxurile de carbon în sistemul ocean-atmosferă în timp ce se acumulează oxigen în atmosferă”, a spus Kemeny.

Luat în ansamblu, „Sperăm că este o modalitate frumoasă de a ajuta înțelegeți toate chimiile care sunt implicate în transformarea Pământului într-un loc sigur pentru ca viața să evolueze”, a spus Blättler.

(Fluierul)