Долгое время учёные считали, что постепенное разрушение силикатных пород играет ведущую роль в регулировании климата Земли. В ходе этого естественного процесса дождь поглощает углекислый газ (CO2) из атмосферы и попадает на открытые поверхности горных пород, где медленно растворяет минералы. В результате химических реакций углерод и кальций попадают в океаны, где они служат строительными блоками для ракушек и коралловых рифов. На протяжении миллионов лет эти вещества накапливаются на морском дне, удерживая углерод глубоко в недрах Земли.

Когда планета нагревается, горные породы быстрее изнашиваются и поглощают больше CO2, позволяя Земле снова остыть. Однако на протяжении всей истории Земли были времена, когда вся планета была покрыта снегом и льдом. Исследователи отмечают, что эти экстремальные оледенения нельзя объяснить только выветриванием горных пород, а это означает, что глубокому замерзанию планеты должны были способствовать и другие механизмы.

Одним из ключевых факторов, по-видимому, является то, как углерод накапливается на дне океана. По мере повышения уровня CO2 в атмосфере и потепления на планете в океаны поступает всё больше питательных веществ, особенно фосфора. Эти питательные вещества способствуют росту водорослей, которые улавливают углерод посредством фотосинтеза. Когда водоросли погибают, они опускаются на морское дно, унося с собой захваченный углерод.

Однако в более тёплом мире с усиленным ростом водорослей океаны также теряют кислород, что приводит к вторичной переработке фосфора, а не к его длительному хранению в донных отложениях. Это создает обратную связь: наличие большего количества питательных веществ в воде приводит к увеличению количества водорослей, при разложении которых, в свою очередь, расходуется больше кислорода, что приводит к переработке ещё большего количества питательных веществ. В то же время в донных отложениях накапливается большое количество углерода, что приводит к охлаждению Земли.

В течение нескольких лет учёные совершенствовали компьютерную модель Земной системы, включив в нее большее количество этих процессов. Эта более полная модель земной системы не всегда позволяет постепенно стабилизировать климат после фазы потепления, скорее, она может привести к чрезмерной компенсации и охлаждению Земли намного ниже её начальной температуры – процесс, который может занять сотни тысяч лет. В компьютерной модели исследования это может спровоцировать ледниковый период.

Исследование показывает, что более низкие концентрации кислорода в атмосфере, имевшие место в геологическом прошлом, могли вызвать более сильную обратную связь с питательными веществами и, таким образом, вызвать экстремальные ледниковые периоды ранней истории Земли.

Поскольку сегодня люди выбрасывают в атмосферу все больше CO2, планета будет продолжать нагреваться. Но, согласно представленной учёными модели, в долгосрочной перспективе это может снова привести к резкому похолоданию. Однако следующее событие, скорее всего, будет более мягким, поскольку сегодняшняя атмосфера содержит больше кислорода, чем в далёком прошлом, что ослабляет обратную связь с питательными веществами.

По мнению исследователей, не столь важно наступит ли следующий ледниковый период через 50, 100 или 200 тысяч лет, важнее сейчас сосредоточиться на ограничении продолжающегося потепления. Когда-то Земля естественным образом снова остынет, однако это может произойти недостаточно быстро, чтобы помочь человечеству.