地球历史中雪球事件概率的简单随机建模

在数十亿年的历史中，地球呈现出广泛的气候类型。其历史涵盖了地表大部分或完全被冰覆盖的雪球期，也包括了比今日温暖得多、冰冻圈几乎消失的时期。我们对这一漫长历史中温室气体（特别是二氧化碳）演化的理解主要来自于确定性模型。然而，碳循环的复杂性及其随时间的不确定性促使人们研究非确定性模型，其中循环的关键要素由固有的随机过程表示。通过这样做，我们可以了解何种变率模型与地球气候记录相容，而非这种变率究竟是如何产生的。在本研究中，我们通过讨论两个简单的长期碳循环变率随机模型，探讨为何元古宙有雪球事件而显生宙没有。第一个模型最为简单，直接将CO2浓度表示为随机过程，具有启发性和直观性，但与显生宙无雪球事件不相容。第二个模型将碳源与碳汇分离，并将CO2脱气而非浓度表示为随机过程，具有更大的灵活性。当脱气在较长时段内波动，而非偏离均值态的短暂快速偏移时，该模型与雪球记录更相容，显示出地球历史中雪球事件概率仅有适度增加。这些模型之间的对比说明了长期碳循环可能具有的变率特征。