Fra sten i Colorado, tegn på et kaotisk solsystem

VVS en 90 millioner år gammel lagkage af sedimentær sten i Colorado, et team af forskere fra University of Wisconsin-Madison og Northwestern University har fundet beviser, der bekræfter en kritisk teori om, hvordan planeterne i vores solsystem opfører sig i deres kredsløb omkring solen.

Fundet, offentliggjort 23. februar 2017 i journalen Natur , er vigtigt, fordi det giver det første hårde bevis for, hvad forskere kalder "kaotisk solsystem, "en teori foreslået i 1989 for at redegøre for små variationer i de nuværende forhold i solsystemet. Variationerne, spiller ud over mange millioner år, producere store ændringer i vores planets klima - ændringer, der kan afspejles i klipperne, der registrerer Jordens historie.

Opdagelsen lover ikke kun en bedre forståelse af solsystemets mekanik, men også en mere præcis målepind til geologisk tid. I øvrigt, det giver en bedre forståelse af sammenhængen mellem orbitalvariationer og klimaændringer over geologiske tidsskalaer.

Ved hjælp af beviser fra skiftende lag af kalksten og skifer, der blev lagt ned over millioner af år på en lavvandet nordamerikansk søvej på det tidspunkt dinosaurerne holdt til på jorden, holdet ledet af UW-Madison professor i geovidenskab Stephen Meyers og Northwestern University professor i jord- og planetvidenskab Brad Sageman opdagede den 87 millioner år gamle signatur af en "resonansovergang" mellem Mars og Jorden. En resonansovergang er konsekvensen af ​​"sommerfugleeffekten" i kaosteorien. Det spiller ud fra tanken om, at små ændringer i de indledende forhold i et ikke -lineært system kan have store effekter over tid.

I forbindelse med solsystemet, fænomenet opstår, når to kredsende kroppe med jævne mellemrum trækker i hinanden, som det sker, når en planet i dens spor omkring solen passerer i relativ nærhed til en anden planet i sin egen bane. Disse små, men regelmæssige flåter i en planets kredsløb kan udøve store ændringer på en planets placering og orientering på dens akse i forhold til solen og, derfor, ændre mængden af ​​solstråling, en planet modtager over et givet område. Hvor og hvor meget solstråling en planet får, er en vigtig drivkraft for klimaet.

"Astronomiske cyklussers indvirkning på klimaet kan være ret stor, "forklarer Meyers, noterer som et eksempel pacingen af ​​Jordens istider, som pålideligt er blevet matchet med periodiske ændringer i formen på Jordens bane, og vores planets hældning på dens akse. "Astronomisk teori tillader en meget detaljeret evaluering af tidligere klimahændelser, der kan give en analog til fremtidens klima."

For at finde signaturen af ​​en resonansovergang, Meyers, Sageman og UW-Madison kandidatstuderende Chao Ma, hvis afhandlingsarbejde dette omfatter, kiggede på den geologiske rekord i det, der er kendt som Niobrara -formationen i Colorado. Formationen blev lagt lag for lag over titusinder af millioner år, da sediment blev deponeret på bunden af ​​en stor søvej kendt som Critaceous Western Interior Seaway. Det lave hav strakte sig fra det, der nu er Ishavet til Den Mexicanske Golf, adskiller de østlige og vestlige dele af Nordamerika.

"Niobrara -formationen udviser udtalt rytmisk klippelag på grund af ændringer i den relative mængde af ler og calciumcarbonat, "bemærker Meyers, en autoritet om astrokronologi, som udnytter astronomiske cyklusser til at måle geologisk tid. "Kilden til leret (nedlagt som skifer) er fra forvitring af landoverfladen og tilstrømning af ler til søvejen via floder. Kilden til calciumcarbonatet (kalksten) er organismernes skaller, for det meste mikroskopisk, der levede i vandsøjlen. "

Meyers forklarer, at selvom forbindelsen mellem klimaændringer og sedimentering kan være kompleks, den grundlæggende idé er enkel:"Klimaændringer påvirker den relative levering af ler kontra calciumcarbonat, optagelse af det astronomiske signal i processen. For eksempel, forestil dig en meget varm og våd klimatilstand, der pumper ler i søvejen via floder, fremstilling af en lerig sten eller skifer, skiftevis med en tørre og køligere klimatilstand, der pumper mindre ler i søvejen og producerer en calciumcarbonatrig sten eller kalksten. "

Den nye undersøgelse blev støttet af tilskud fra National Science Foundation. Det bygger på en omhyggelig stratigrafisk registrering og vigtige astrokronologiske undersøgelser af Niobrara -formationen, sidstnævnte udført i afhandlingsarbejdet af Robert Locklair, en tidligere elev af Sageman's i Northwestern.

Datering af Mars-Earth resonansovergangen fundet af Ma, Meyers og Sageman blev bekræftet af radioisotopisk dating, en metode til datering af stenens absolutte alder ved hjælp af kendte hastigheder for radioaktivt henfald af elementer i klipperne. I de seneste år, store fremskridt i nøjagtigheden og præcisionen ved radioisotopisk dating, udtænkt af UW-Madison geoscience professor Bradley Singer og andre, er blevet introduceret og bidrager til dateringen af ​​resonansovergangen.

Planeternes bevægelser omkring solen har været genstand for dyb videnskabelig interesse siden fremkomsten af ​​den heliocentriske teori - ideen om, at Jorden og planeterne kredser om solen - i 1500 -tallet. Fra 1700 -tallet, det dominerende syn på solsystemet var, at planeterne kredsede om solen som et urværk, have kvasiperiodiske og meget forudsigelige baner. I 1988, imidlertid, numeriske beregninger af de ydre planeter viste, at Plutos bane var "kaotisk", og ideen om et kaotisk solsystem blev foreslået i 1989 af astronomen Jacques Laskar, nu ved Paris Observatory.

Efter Laskars forslag om et kaotisk solsystem, forskere har seriøst ledt efter endelige beviser, der kunne understøtte ideen, siger Meyers.

"Andre undersøgelser har antydet tilstedeværelsen af ​​kaos baseret på geologiske data, "siger Meyers." Men dette er det første entydige bevis, muliggjort af tilgængeligheden af ​​høj kvalitet, radioisotopiske datoer og det stærke astronomiske signal, der er bevaret i klipperne. "