В мозге, когда пожар невронов с электрические сигналы своим соседям, это происходит через “все или ничего” в ответ. Сигнала произойдет только после того, как условия в клетке, нарушение определенного порога.
Теперь исследователь из MIT уже наблюдали подобное явление в совершенно другой системе: углеродного цикла Земли.
Даниэль Ротман, профессор геофизики и со-директор Лоренц центр в Массачусетском технологическом институте отделения земных, атмосферных и Планетарных Наук, обнаружил, что, когда курс, по которому углекислый газ поступает в океаны оттолкнув определенного порога — то ли в результате внезапного или медленный, устойчивый приток — Земля может реагировать с безудержным каскадом химических обратных связей, ведущих к экстремальным подкисления океана, что резко усиливает воздействие на оригинальный УСМ.
Этот глобальный рефлекс вызывает огромные изменения количества углерода, содержащегося в земных океанах, и геологи могли увидеть доказательства этих изменений в слоях отложений сохранились за сотни миллионов лет.
Ротман посмотрел через эти геологические отчеты и отметил, что за последние 540 миллионов лет, Магазин Океан, углерода резко изменилась, затем восстановлен, в десятки раз подобно резкий характер нейроном Спайка. Это “возбуждение” углеродного цикла произошел наиболее резко ближайшем времени четыре из пяти великих массовых вымираний в истории Земли.
Ученые приписывают различные триггеры на эти события, и они предположили, что изменения в океане углерода, которые затем были пропорционально первоначальному триггер — например, чем меньше крючок, тем меньше экологических последствий.
Но Ротман говорит, что это не так. Неважно, что первоначально вызвали события; примерно половина сбоев в его базе, как только они были приведены в движение, ставка в которой углерода увеличивается примерно такую же. Их характеристика, скорее всего, свойство самого углеродного цикла — не срабатывает, потому что разные триггеры будут работать с разной скоростью.
Какое отношение это все имеет отношение к нашей современной климата? Сегодня океаны поглощают углерод на порядок быстрее, чем в худшем случае в геологической летописи — в конце пермского вымирания. Но люди только качали углекислого газа в атмосфере в течение сотен лет, против десятков тысяч лет или более, чтобы его приняли за вулканических извержений или других помех, чтобы вызвать большие экологические нарушения в прошлом. Может ли современный рост углерода будет слишком кратким, чтобы возбудить срыва?
По словам Ротмана, сегодня мы “на грани возбуждения”, и если это происходит, приводя к Спайк — О чем свидетельствует подкисления океана, вымирание видов, и более того — скорее всего, будет похож на прошлые глобальные катастрофы.
“Как только мы за порог, как мы туда попали, может, не важно”, — говорит Ротман, который публикует его результаты на этой неделе в Трудах Национальной академии наук. “Как только вы смиритесь с этим, Вы имеете дело с тем, как на Земле работает, и он идет на его собственное приключение”.
Обратная связь углерод
В 2017 году Ротман сделал ужасающие прогнозы к концу этого столетия, на нашей планете, вероятно, достигнет критического порога, с учетом стремительных темпов в которой люди добавляют углекислый газ в атмосферу. Когда мы переступаем этот порог, мы, вероятно, приводится в движение грузовой поезд последствий, потенциально кульминацией шестого массового вымирания на Земле.
Ротман, так как стремился лучше понять это предсказание, и в целом, как цикл углерода реагирует когда он оттолкнул критического порога. В новой статье, он разработал простой математической модели для представления круговорота углерода в верхней части земной океан и как он может вести себя, когда этот порог перейден.
Ученые знают, что когда углекислый газ из атмосферы растворяется в морской воде, это не только делает океан более кислотным, но это также уменьшает концентрацию карбонатных ионов. Когда карбонатных концентрация ионов падает ниже порогового значения, оболочек из карбоната кальция растворяются. Организмы, которые делают им плохо живется в таких суровых условиях.
Снарядов, в дополнение к защите морской жизни, обеспечивают “эффект” балластом», » взвешивание организмов и позволяет им погружаться на дно океана вместе с обломочными органического углерода, эффективно удаляя диоксид углерода из верхних слоев океана. Но в мире увеличение объема углекислого газа, меньше кальцифицирующие организмы должны означать меньше удаляется углекислый газ.
“Это положительные отзывы”, — говорит Ротман. “Больше углекислого газа приводит к более углекислым газом. Вопрос с математической точки зрения, это такая достаточно обратной связи, чтобы сделать систему нестабильной?”
“Мощный рост”
Ротман запечатлел этот положительный отзыв в своей новой модели, которая состоит из двух дифференциальных уравнений, которые описывают взаимодействие между различными химических элементов в верхнем слое океана. Затем он наблюдал, как модель отреагировала, как он закачивается дополнительный углекислый газ в системе, по разным ставкам и суммы.
Он обнаружил, что независимо от скорости, при которой он добавил углекислого газа в уже стабильная система, круговорот углерода в верхнем слое океана оставался стабильным. В ответ на скромные шевеления, углеродный цикл бы пойти временно в порядке, и опыт короткого периода слабого подкисления океана, но это будет всегда возвращаться в исходное состояние, а не колеблющийся в новое равновесие.
Когда он вводится углекислый газ по большей цене, он обнаружил, что после того, как уровни пересекли критический порог, углеродный цикл отнеслись с каскадом положительные отзывы увеличенный оригинальный курок, в результате чего вся система шип, в виде сильного подкисления океана. Система, в конце концов, вернуться в состояние равновесия, после того, как десятки тысяч лет в современных океанов — свидетельствует, что, несмотря на бурную реакцию, углеродный цикл возобновит свое устойчивое состояние.
Этот шаблон соответствует геологической летописи, Ротман нашел. Характерная частота выставлена на половину его поисковой базе от возбуждения выше, но рядом, на пороге. Экологических нарушений, связанных с массового вымирания являются выбросы — они представляют возбуждений за порог. По крайней мере, в трех случаях это может быть связано с перенесенной массивной вулканизм.
“Когда вы идете мимо порога, вы получаете свободный удар из системы отвечает сам”, — объясняет хозяин. “Система неуклонно расти. Это возбудимость и как нейрон работает”.
Хотя углерод вступает сегодня в океаны с небывалой скоростью, это происходит в течение геологически короткого времени. Модель Ротмана предсказывает, что эти два эффекта отмены: более быстрыми темпами приближают нас к порогу, но в более короткие сроки перенести нас подальше. Что касается порога, современный мир примерно в том же месте он был в течение длительных периодов массивного вулканизма.
Другими словами, если сегодня антропогенных выбросов переступить порог и дальше за его пределы, как Ротман предсказывает, что в ближайшее время, последствия могут быть столь же серьезными, как то, что Земля пережила во время предыдущих массовых вымираний.
“Трудно понять, как все будет в конечном итоге, учитывая то, что происходит сегодня”, — говорит Ротман. “Но мы, вероятно, близки к критическому порогу. Любой цветонос достигает максимума примерно через 10 000 лет. Надеюсь, это даст нам время, чтобы найти решение”.
“Мы уже знаем, что наш выбросов CO2 действия будут иметь последствия в течение многих тысячелетий”, — говорит Тимоти Лентон, профессор изменения климата и систем науки о земле в Университете Эксетера. “Это исследование показывает, эти последствия могут быть гораздо более резким, чем ожидалось ранее. Если мы давим слишком далеко системы Земли, затем он берет на себя и определяет свой собственный ответ — прошлые ссылки будет мало, мы можем с этим поделать”.
Это исследование было поддержано, в части, НАСА и Национального научного фонда.
