Báwo ni Ayé ṣe lè dúró aláwọ̀ ewé pẹ́ tó? Climate model kan fúnni ní ranges, kì í ṣe ọjọ́ ìparun

Báwo ni Ayé ṣe lè dúró aláwọ̀ ewé pẹ́ tó? Climate àwòṣe kan fúnni ní ààlà, kì í ṣe ọjọ́ ìparun

Ewé kan ń gbé láàárín ìwọ̀ntúnwọ̀nsì kékeré kan. Ó nílò ìmọ́lẹ̀, omi, kábọ́nù dioxide àti temperature tí chemistry rẹ̀ lè fara da. Láàárín ìgbésí-ayé ènìyàn, Oòrùn dà bí apá tí kò yí nínú ìwọ̀ntúnwọ̀nsì yẹn. Láàárín billion ọdún kan, kò rí bẹ́ẹ̀.

Bí Oòrùn ṣe ń dàgbà lórí pàtàkì sequence, ó ń mọ́lẹ̀ sí i díẹ̀díẹ̀. Sunlight púpọ̀ sí i ń mú Ayé gbóná, ṣùgbọ́n pílánẹ́ẹ̀tì náà ní long-term ìdáhùn kan: reactions láàárín rainwater, kábọ́nù dioxide àti silicate àpáta lè yọ kábọ́nù dioxide kúrò nínú atmosphere. Èyí dín greenhouse ipa kù, ó sì tako díẹ̀ lára warming náà. ìdáhùn kan náà tó ń tutu pílánẹ́ẹ̀tì lè nígbẹ̀yìn deprive photosynthetic organisms ti kábọ́nù tí wọ́n ń lò láti kọ living tissue.

ìwé ìwádìí tuntun kan nínú Journal of Geophysical Research: Atmospheres béèrè ààlà wo ni ó lè kọ́kọ́ dé: ooru tó pọ̀ jù, tàbí kábọ́nù dioxide tó kéré jù. Ìdáhùn rẹ̀ kì í ṣe ọjọ́ tí Ayé yóò kú. Kọjá future paths méjì tí a mọ̀ọ́mọ̀ simplified, adopted ààlà lórí photosynthetic life wà láàárín nǹkan bí 1.35 sí 1.87 billion ọdún láti ìsinsìnyí lọ.

Range yẹn jẹ́ nípa vegetative biosphere: apá ti living ètò Ayé tí photosynthetic organisms ń tọ́jú, pàápàá plants àti life mìíràn tí ń yí light àti kábọ́nù dioxide padà sí biological ohun èlò. Kì í ṣe forecast fún gbogbo microbe. Kì í ṣe lifetime ti ènìyàn civilization. Kì í ṣe lifetime ti pílánẹ́ẹ̀tì náà.

Planetary thermostat ní settings méjì tí kò dájú

Central uncertainty ni silicate weathering. Carbon dioxide tú sínú rainwater, ó react pẹ̀lú silicate àpáta, nígbẹ̀yìn a sì gbé e lọ sí oceans àti sediments. Volcanoes ń dá kábọ́nù dioxide padà lórí geologic àkókò. Ní àpapọ̀, àwọn ìlànà wọ̀nyí jẹ́ apá kan ti carbonate-silicate cycle, tí a sábà ń ṣàpèjúwe gẹ́gẹ́ bí planetary thermostat.

Nínú ayé tó gbóná tó sì tutu pẹ̀lú omi púpọ̀ sí i, weathering lè yára sí i, ó sì lè yọ kábọ́nù dioxide kúrò yára sí i. Ṣùgbọ́n scientists kò mọ bí ìdáhùn yẹn yóò ṣe lágbára tó ní ṣíṣe àkóso Ayé lábẹ́ Oòrùn ọjọ́ iwájú tó ń mọ́lẹ̀ sí i. Nítorí náà Jacob Haqq-Misra àti Eric Wolf kò yan path kan tí wọ́n pe ní ẹni tó “tọ́”. Wọ́n àwòṣe end members méjì: intentionally extreme ọ̀ràn tí a lò láti bracket uncertainty.

• Nínú weak-weathering end member, atmospheric kábọ́nù dioxide dúró ní 400 parts per million nígbà tí Oòrùn tó ń mọ́lẹ̀ sí i ń gbé temperature sókè.
• Nínú strong-weathering end member, global mean ojú temperature dúró ní 288 kelvin, nǹkan bí 15 degrees Celsius, nígbà tí kábọ́nù dioxide ń dín kù bí sunlight ṣe ń pọ̀ sí i.

Kò sí branch kankan tí a gbé kalẹ̀ gẹ́gẹ́ bí actual future Ayé. Àkọ́kọ́ béèrè ohun tí heat yóò ṣe bí kábọ́nù dioxide bá dúró ga. Èkejì béèrè ohun tí kábọ́nù starvation yóò ṣe bí weathering bá pa global temperature mọ́ lẹ́gbẹ̀ẹ́ mean ti òní.

àwòṣe worlds 29 tí wọ́n ti settled, kì í ṣe movie billion-ọdún méjì kan

Àwọn olùṣèwádìí lo ExoCAM, three-dimensional global climate àwòṣe, láti calculate 29 steady-state climates kọjá combinations ti sunlight tó lágbára sí i àti kábọ́nù dioxide tó kéré sí i. Case kọ̀ọ̀kan ni a run fún 70 àwòṣe years. Níhìn-ín, àwòṣe year kan jẹ́ simulated annual cycle kan lábẹ́ fixed conditions: runtime ni a lò láti jẹ́ kí artificial climate settle, kì í ṣe step kan nínú year-by-year forecast ti future Ayé. A average final 20 years lẹ́yìn tí simulated climate ní àkókò tó láti settle.

Àwọn ọ̀ràn 29 wọ̀nyí jẹ́ separate àwòṣe worlds. Run kọ̀ọ̀kan jẹ́ kókó kan nínú grid, tó ń dáhùn pé “settled climate wo ló bá pair sunlight àti kábọ́nù dioxide tí a yan yìí mu?” Computer kò bẹ̀rẹ̀ pẹ̀lú Ayé òní kí ó sì continuously evolve atmosphere, àpáta, oceans àti living things rẹ̀ fún billion ọdún méjì tó ń bọ̀. Dípò bẹ́ẹ̀, àwọn onkọ̀wé trace schematic weathering paths méjì náà kọjá precomputed kókó wọ̀nyí; path láàárín kókó fúnra rẹ̀ kò jẹ́ simulated.

Table náà reproduce combinations sunlight àti kábọ́nù dioxide nínú official model-data archive. Case IDs jẹ́ reading aids tí a fi kún un níhìn-ín ní archive order. S/S0 ni relative solar constant: incoming solar agbára tí àwòṣe lò divided by present-day value rẹ̀, S0. Iye 1.2 nítorí náà túmọ̀ sí 20 percent incoming solar agbára púpọ̀ sí i ju òní lọ. CO2 (ppm) ni atmospheric carbon-dioxide mixing ratio ní molíkúlù fún gbogbo million atmospheric molíkúlù.

àwòṣe Earth náà jẹ́ ohun tí a lè mọ̀, ṣùgbọ́n a mọ̀ọ́mọ̀ fi ààlà sí i. Ó ní ìwọ̀n Ayé, ó sì lo present-day geography. Ó ní simplified slab ocean dípò fully circulating ocean, atmospheric pressure tí a set sí nǹkan bí current value Ayé (ọ̀kan bar), àti fixed methane. Orbit rẹ̀ jẹ́ perfectly circular (zero eccentricity), rotation axis rẹ̀ kò sì ní tilt (zero obliquity). Kò ní explicit soils, vegetation tàbí feedback láti changing biosphere. Ohun tó ṣe pàtàkì jù lọ ni pé climate àwòṣe náà kò dynamically coupled sí rock-weathering àwòṣe. Ní ọ̀rọ̀ mìíràn, ExoCAM kò calculate weathering, lo o láti update kábọ́nù dioxide, kí ó sì run climate tó tẹ̀lé nínú feedback loop. Dípò bẹ́ẹ̀, àwọn olùṣèwádìí prescribe limiting paths méjì náà, wọ́n sì trace wọn kọjá 29-ọ̀ràn climate grid.

End member àkọ́kọ́: kábọ́nù dioxide tó, ooru pọ̀ jù

Nínú weak-weathering branch, kábọ́nù dioxide dúró ní 400 parts per million. Bí solar input ṣe ń pọ̀ sí i, heat di limiting factor.

ìwé ìwádìí náà lo global mean temperature thresholds méjì láti prior iṣẹ́:

• Ní 323 kelvin, nǹkan bí 50 degrees Celsius gẹ́gẹ́ bí global annual mean, a ka ayé náà sí ohun tó gbóná jù fún ọ̀pọ̀ land plants. àwòṣe náà dé threshold yẹn ní nǹkan bí 1.68 billion ọdún.
• Ní 338 kelvin, nǹkan bí 65 degrees Celsius gẹ́gẹ́ bí global annual mean, a ka ayé náà sí ohun tó gbóná jù fún gbogbo land plants. àwòṣe náà dé threshold yẹn ní nǹkan bí 1.87 billion ọdún.

Wọ̀nyí jẹ́ adopted biological ààlà, kì í ṣe universal temperatures níbi tí gbogbo photosynthetic organism gbọ́dọ̀ kuna. Global mean tún ń fi large regional differences pamọ́. Ìwádìí náà ṣe àyẹ̀wò lọ́tọ̀ ibi tí combinations ti temperature àti water lè ṣì dára, ṣùgbọ́n label kan lórí climate map kò lè catalogue gbogbo future refuge tàbí adaptation.

End member kejì: temperature tó ṣeé fara da, kábọ́nù dioxide kéré jù

Nínú strong-weathering branch, global mean temperature di mọ́ 288 kelvin, nǹkan bí 15 degrees Celsius, nígbà tí atmospheric kábọ́nù dioxide ń ṣubú. Níhìn-ín, answer da lori iye kábọ́nù tó kéré jù tí oríṣìíríṣìí photosynthetic pathways lè lò.

• Ní traditional 10 parts per million threshold—10 carbon-dioxide molíkúlù fún gbogbo million atmospheric molíkúlù—ààlà fún C4 photosynthesis dé ní nǹkan bí 1.35 billion ọdún. C4 photosynthesis ni plants bí maize àti sugar cane ń lò, ó sì concentrate kábọ́nù dioxide yí enzyme tí ń fix rẹ̀ ká.
• Lílo alternative 2.9 parts per million C4 threshold tí prior iṣẹ́ jíròrò mú un lọ sí nǹkan bí 1.64 billion ọdún.
• Tentative 1 part per million threshold, tí a so mọ́ ṣeé ṣe persistence ti díẹ̀ ninu CAM plants—plants tí ń lo crassulacean acid metabolism, tí ń ya carbon-dioxide uptake ní alẹ́ sọ́tọ̀ sí lílo rẹ̀ ní ọ̀sán—tàbí aquatic plants tí ó lè lo dissolved bicarbonate, mú un lọ sí nǹkan bí 1.84 billion ọdún.

Nọ́mbà tó kẹ́yìn náà ní biological caveat tó tóbi jù. Àwọn onkọ̀wé sọ kedere pé one-part-per-million ààlà náà jẹ́ tentative. Kì í ṣe experimentally established survival threshold fún gbogbo CAM plants tàbí aquatic vegetation lábẹ́ future-Earth conditions.

Kí ló dé tí 1.86 billion ọdún kì í ṣe expiry date

àkọlé ìṣírò àfojúsùn ìwé ìwádìí náà ti nǹkan bí 1.86 billion ọdún jẹ́ average ti optimistic upper endpoints méjì: 1.84 billion ọdún nínú carbon-dioxide-limited branch àti 1.87 billion ọdún nínú heat-limited branch. Ó jẹ́ compact summary ti scenarios méjì tó yàtọ̀. Kì í ṣe third àwòṣe èsì pẹ̀lú precision tó ga sí i, kò sì jẹ́ best-estimate date.

Paapaa broader 1.35-to-1.87-billion-year span kò ní probability kan ṣoṣo. Lower àti upper values rẹ̀ da lori weathering assumptions tó yàtọ̀, biological thresholds tó yàtọ̀ àti climate-model configuration kan. Range náà ń wọn choices nínú ìdánwò náà tó bẹ́ẹ̀ gẹ́gẹ́ bí ó ṣe ń wọn àkókò.

Àwọn ààlà mìíràn lè dé kọ́kọ́

Longest vegetative-biosphere ìṣírò àfojúsùn sún mọ́ separate àti uncertain ààlà kan: moist tàbí runaway greenhouse tí ó lè fa major ocean loss. Climate àwòṣe kò fohùn ṣọkan rárá lórí ìgbà tí ipò wọ̀nyí bẹ̀rẹ̀ lábẹ́ increasing sunlight, pàápàá jìn sí present conditions. Díẹ̀ lára ìṣírò àfojúsùn fi wọn sí ṣáájú optimistic photosynthesis ààlà jù lọ.

Èyí túmọ̀ sí pé a kò lè ka upper branch náà gẹ́gẹ́ bí ìlérí pé Ayé yóò pa oceans rẹ̀, familiar continents tàbí habitable ojú conditions mọ́ títí dé 1.87 billion ọdún láti ìsinsìnyí. àwòṣe náà kò tún ní future plate tectonics, changes nínú land area, evolving ecosystems tàbí fully dynamic ocean. Calculations rẹ̀ ti bí atmosphere ṣe ń absorb àti emit agbára ni a tún ń gbé wọ regimes ti intense sunlight àti extremely low kábọ́nù dioxide níbi tí yàtọ̀ àwòṣe ti diverge.

Evolutionary adaptation àti technological intervention farahàn nínú discussion ìwé ìwádìí náà gẹ́gẹ́ bí possibilities. Wọ́n kì í ṣe outputs ti 29 climate simulations. àwòṣe náà kò fi future organisms hàn bí wọ́n ṣe ń evolve one-part-per-million photosynthetic pathway, kò sì fi civilization kan hàn bí ó ṣe ń manage atmosphere fún billion ọdún kan.

Èyí kì í ṣe èsì nípa climate crisis ti òní

Solar brightening ń ṣiṣẹ́ kọjá hundreds of millions sí billions of years. Modern human-driven warming wá láti rapidly increasing greenhouse gases kọjá decades àti centuries. Wọ́n jẹ́ forcings tó yàtọ̀, lórí timescales tó yàtọ̀ gidigidi, tí wọ́n ń dáhùn ìbéèrè tó yàtọ̀.

Kò sí ohunkóhun nínú ìwádìí yìí tó dín ẹ̀rí fún present climate change kù tàbí tó sọ pé a yẹ kí a fa action sẹ́yìn. Biosphere tí ó lè pa díẹ̀ ninu photosynthetic life mọ́ lábẹ́ distant àwòṣe scenario kan kì í ṣe climate kan níbi tí societies àti ecosystems ti òní wà ní ààbò.

ìwé ìwádìí náà wúlò nítorí ó mú remote ìbéèrè kan disciplined sí i. Ó fi hàn pé earlier, simpler àwòṣe lè ti warm ju bó ṣe yẹ lọ nígbà tí sunlight pọ̀ sí i nígbà tí kábọ́nù dioxide dúró fixed, àti pé photosynthetic life lè ní routes sí persistence púpọ̀ sí i ju canonical kábọ́nù threshold kan lọ. Ó tún fi hàn ìdí tí every extra fraction ti billion ọdún fi ní chain of assumptions tí ó tẹ̀lé e.

Oòrùn tó ń bọ ewé jẹ ń yí padà díẹ̀díẹ̀. Bóyá Ayé yóò dúró aláwọ̀ ewé fún 1.35, 1.87 tàbí nọ́mbà billion ọdún mìíràn yóò da lori àpáta, water, atmosphere àti life bí wọ́n ṣe ń respond pọ̀. Honest èsì kì í ṣe date kan. Ó jẹ́ wider view ti ìwọ̀ntúnwọ̀nsì náà.

Àkótán tó mọ́

Ìwádìí climate oní-mẹ́ta-dimension kan béèrè bí vegetative—photosynthetic—biosphere Ayé ṣe lè pẹ́ tó bí Oòrùn ṣe ń mọ́lẹ̀ sí i díẹ̀díẹ̀. Àwọn olùṣèwádìí calculate separate steady-state climates 29, wọ́n sì trace illustrative end members méjì kọjá wọn. Pẹ̀lú weak weathering àti kábọ́nù dioxide fixed ní 400 parts per million, adopted heat ààlà fún land plants dé ní nǹkan bí 1.68 àti 1.87 billion ọdún láti ìsinsìnyí. Pẹ̀lú lágbára weathering àti global mean temperature fixed ní 288 kelvin, nǹkan bí 15 degrees Celsius, adopted carbon-dioxide ààlà fún photosynthesis dé ní nǹkan bí 1.35, 1.64 àti, ní lílo tentative threshold, 1.84 billion ọdún. 1.86 billion ọdún tí a sábà n fa yọ jẹ́ rounded average ti optimistic upper endpoints méjì nìkan. Wọ̀nyí jẹ́ scenario-dependent àwòṣe ààlà, kì í ṣe ọjọ́ tí Ayé, humanity tàbí gbogbo life yóò parí. àwòṣe náà lo prescribed paths, present geography, slab ocean àti kò ní explicit soil–vegetation tàbí climate–weathering coupling, longest ìṣírò àfojúsùn náà sì sún mọ́ uncertain greenhouse àti ocean-loss ààlà.