Jordens kredsløbsændringer har påvirket klimaet, liv former sig i mindst 215 millioner år

Forskere, der borer dybt i gamle klipper i Arizona -ørkenen, siger, at de har dokumenteret et gradvist skift i Jordens bane, der gentages regelmæssigt hver 405, 000 år, spiller en rolle i naturlige klimasvingninger. Astrofysikere har længe antaget, at cyklussen eksisterer baseret på beregninger af himmelsk mekanik, men forfatterne til den nye forskning har fundet det første verificerbare fysiske bevis. De viste, at cyklussen har været stabil i hundreder af millioner af år, fra før dinosaurernes fremkomst, og er stadig aktiv i dag. Forskningen kan have konsekvenser ikke kun for klimastudier, men vores forståelse af livets udvikling på Jorden, og udviklingen af ​​solsystemet. Det vises i denne uge i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Forskere har i årtier antaget, at Jordens bane omkring solen går fra næsten cirkulær til omkring 5 procent elliptisk, og tilbage igen hver 405, 000 år. Skiftet menes at skyldes et komplekst samspil med tyngdekraften fra Venus og Jupiter, sammen med andre kroppe i solsystemet, mens de alle hvirvler rundt om solen som et sæt gyrating hula-bøjler, nogle gange tættere på hinanden, nogle gange længere. Astrofysikere mener, at den matematiske beregning af cyklussen er pålidelig tilbage til omkring 50 millioner år, men efter det, problemet bliver for komplekst, fordi for mange skiftende bevægelser er i spil.

"Der er andre, kortere, orbitale cyklusser, men når man ser ind i fortiden, det er meget svært at vide, hvilken du har at gøre med til enhver tid, fordi de ændrer sig over tid, "sagde hovedforfatter Dennis Kent, en ekspert i paleomagnetisme ved Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory og Rutgers University. "Det skønne ved denne er, at den står alene. Den ændrer sig ikke. Alle de andre bevæger sig over den."

Det nye bevis ligger inden for 1, 500 fod lange kerner af sten, som Kent og hans medforfattere borede fra en butte i Arizona's Petrified Forest National Park i 2013, plus tidligere dybe kerner fra forstæderne New York og New Jersey. Arizona -stenene i undersøgelsen dannet under slutningen af ​​Trias, mellem 209 millioner og 215 millioner år siden, da området var dækket af bugtende floder, der lagde sedimenter. Omkring denne tid, tidlige dinosaurer begyndte at udvikle sig.

Forskerne fastslog Arizona -stenens alder ved at analysere spredte vulkanske asketag indeholdende radioisotoper, der henfalder med en forudsigelig hastighed. Inden for sedimenterne, de opdagede også gentagne vendinger i polariteten af ​​planetens magnetfelt. Holdet sammenlignede derefter disse fund med New York-New Jersey-kernerne, som trængte ind i gamle søbede og jordbund, der holder udsøgte bevarede tegn på skiftevis våde og tørre perioder i løbet af det, der menes at være den samme tid.

Kent og Olsen har længe argumenteret for, at klimaændringerne i New York-New Jersey-klipperne blev kontrolleret af 405, 000-årig cyklus. Imidlertid, der er ingen vulkanske aske lag der til at give præcise datoer. Men disse kerner indeholder polaritetsomvendelser, der ligner dem, der er set i Arizona. Ved at kombinere de to datasæt, teamet viste, at begge websteder udviklede sig på samme tid, og at 405, 000-års interval udøver faktisk en slags mesterkontrol over klimasvingninger. Palæontolog Paul Olsen, en medforfatter af undersøgelsen, sagde, at cyklussen ikke direkte ændrer klimaet; det forstærker eller dæmper virkningerne af kortere cykler, som handler mere direkte.

De planetariske bevægelser, der ansporer klimasvingninger, er kendt som Milankovitch -cykler, opkaldt efter den serbiske matematiker, der udarbejdede dem i 1920'erne. Kogt ned på de enkleste vilkår, de består af en 100, 000-årig cyklus i excentriciteten af ​​Jordens bane, ligner den store 405, 000-årig swing; en 41, 000-årig cyklus i hældningen af ​​Jordens akse i forhold til dens bane omkring Solen; og en 21, 000-årig cyklus forårsaget af en svingning af planetens akse. Sammen, disse skift ændrer proportionerne af solenergi, der når den nordlige halvkugle, hvor det meste af planetens land er placeret, i forskellige dele af året. Dette påvirker igen klimaet.

I 1970'erne, forskere viste, at Milankovitch -cyklusser har drevet gentagen opvarmning og afkøling af planeten, og dermed vokser og aftager istiden i løbet af de sidste par millioner år. Men de argumenterer stadig over uoverensstemmelser i data i den periode, og cyklussernes forhold til stigende og faldende niveauer af kuldioxid, den anden tilsyneladende mesterklimakontrol. At forstå, hvordan alt dette fungerede i den fjernere fortid, er endnu sværere. For en, frekvenserne for de kortere cyklusser har næsten helt sikkert ændret sig over tid, men ingen kan sige præcist med hvor meget. For en anden, cyklerne foregår alle konstant mod hinanden. Nogle gange er nogle ude af fase med andre, og de har en tendens til at annullere hinanden; hos andre, flere kan stille op med hinanden for at starte pludseligt, drastiske ændringer. At beregne, hvordan de alle kan passe sammen, bliver sværere, jo længere tilbage du kommer.

Kent og Olsen siger, at hver 405, 000 år, når orbital excentricitet er på sit højeste, sæsonmæssige forskelle forårsaget af kortere cyklusser bliver mere intense; somre er varmere og vintre koldere; tørre tider tørre, våde gange vådere. Det modsatte vil være sandt 202, 500 år senere, når kredsløbet er mest cirkulært. I slutningen af ​​Trias, af dårligt forståede grunde, Jorden var meget varmere, end den er nu gennem mange cyklusser, og der var lidt eller ingen istid. Derefter, 405, 000-års cyklus viste sig i stærkt skiftende våde og tørre perioder. Nedbøren toppede, da kredsløbet var på sit mest excentriske, producerer dybe søer, der efterlod lag af sort skifer i det østlige Nordamerika. Når kredsløbet var mest cirkulært, ting tørrede op, efterlader lettere jordlag udsat for luften.

Jupiter og Venus udøver så stærke påvirkninger på grund af størrelse og nærhed. Venus er den nærmeste planet til os - længst, kun omkring 162 millioner miles - og nogenlunde ens i masse. Jupiter er meget længere væk, men er solsystemets største planet, 2,5 gange større end alle andre tilsammen.

Linda Hinnov, en professor ved George Mason University, der studerer den dybe fortid, sagde, at den nye undersøgelse giver støtte til tidligere undersøgelser af andre, der hævder at have observeret tegn på 405, 000-årig cyklus endnu længere tilbage, før 250 millioner år siden. Blandt andet, hun sagde, det "kunne føre til ny indsigt i den tidlige dinosaurevolution." Hun kaldte resultaterne "et betydeligt nyt bidrag til geologi, og til astronomi. "

Kent og Olsen siger, at på grund af alle de konkurrerende faktorer på arbejdet, der er stadig meget at lære. "Dette er virkelig komplicerede ting, "sagde Olsen." Vi bruger stort set de samme slags matematik til at sende rumskibe til Mars, og helt sikkert, det virker. Men når du først begynder at forlænge interplanetariske bevægelser tilbage i tiden og binder det til årsag og virkning i klimaet, vi kan ikke påstå, at vi forstår, hvordan det hele fungerer. "Det metronomiske slag på 405, 000-årig cyklus kan i sidste ende hjælpe forskere med at løsne noget af dette, han sagde.

Hvis du undrede dig over, Jorden er i øjeblikket i den næsten cirkulære del af 405, 000-årig periode. Hvad betyder det for os? "Sandsynligvis ikke noget meget synligt, "siger Kent." Det er temmelig langt nede på listen over så mange andre ting, der kan påvirke klimaet på tidsskalaer, der betyder noget for os. "Kent påpeger, at ifølge Milankovitch -teorien, vi burde være på toppen af ​​en 20, 000-nogle års opvarmningstendens, der sluttede den sidste istid; Jorden kan til sidst begynde at afkøle igen i tusinder af år, og muligvis leder til en anden istid. "Det kunne ske. Gæt vi kunne vente og se, "sagde Kent." På den anden side, al den CO2, vi hælder i luften lige nu, er den åbenlyse store enchilada. Det har en effekt, vi kan måle lige nu. Planetcyklussen er lidt mere subtil. "