Stensolide arkiver registrerer variationer i Jordens kredsløb

Formen af ​​Jordens kredsløb omkring solen og orienteringen af ​​dens akse undergår regelmæssige variationer over perioder på tusinder til millioner af år. Disse variationer - kendt som Milankovitch-cyklusser efter den serbiske geofysiker Milutin Milankovitch - påvirker mængden af ​​sollys, der når planetens overflade.

Milankovitch-cyklusser er en af ​​de vigtigste drivkræfter bag vores klima. Vi ved ret meget om disse variationer i dag, fordi vi kan måle dem præcist. Beviser for klimaændringer på grund af ændringer i jordens kredsløb er til stede i de geologiske optegnelser over de sidste par hundrede millioner år. Beviserne fremstår som variationer i tykkelsen og sammensætningen af ​​sedimentære lag af sten.

Imidlertid, næppe noget vides om disse klimaændringer længere tilbage i tiden, med tanke på, at Jorden er 4,5 milliarder år gammel. Vi har ikke tidligere været i stand til at lære meget om, hvordan disse Milankovitch-cyklusser har varieret gennem jordens historie – indtil nu.

Vi er en del af et lille internationalt team af forskere fra Utrecht University, Universitetet i Genève og Université du Québec à Montréal, der udfører omhyggelig undersøgelse af rytmiske lagmønstre i klipper. Vi kombinerer derefter disse med præcise aldersbestemmelser for at beregne den hastighed, som sedimenterne aflejres. Dette gør os i stand til at afsløre Jordens klimahemmeligheder for milliarder af år siden.

Dyb historie

På ét sted, de typer af sediment, der afsættes på et bestemt tidspunkt, varierer som funktion af klimaet. Forskere har studeret disse variationer i den sedimentære registrering i detaljer, gør det muligt at identificere tidligere klimaændringer præcist. Typisk, metoden, der bruges til at studere disse variationer, er spektralanalyse, hvor statistiske værktøjer afgør, om der er cykliske variationer i klippelagene.

Et simpelt tankeeksperiment kan være nyttigt til at forstå, hvordan ændringer i klimaet kan påvirke stenrekorden.

For eksempel, hvis du står på en strand, havets placering er forbundet med mængden af ​​sollys, der når jordens overflade. Hvis Jorden var lidt længere væk fra solen, eller Jordens akse pegede lidt længere væk, klimaet ville være koldere. Noget af vandet i havene ville blive lagret i gletsjere på landet, og dette ville forårsage et fald i havniveauet. Du ville så være mere inde i landet, og sedimentet aflejret under dine fødder ville være fundamentalt anderledes end strandsand. Det modsatte ville ske, hvis Jorden var lidt tættere på solen, du ville ikke stå på en strand, men et sted på bunden af ​​havet, da de smeltende gletsjere får havniveauet til at stige.

For milliarder af år siden, forholdene på Jorden var fundamentalt forskellige fra de nuværende:der var ingen fri ilt i atmosfæren, vulkansk aktivitet var mere voldsom, og ingen vegetation eller flercellet liv havde udviklet sig. Alligevel, der må have været udsving i jordens kredsløb og akse, der påvirkede klimaet på det tidspunkt, og muligvis endda påvirket tidligt liv og havenes kemi.

Båndede jernformationer

Vores forskerhold har søgt efter beviser for cykliske klimatiske variationer i 2,5 milliarder år gamle båndede jernformationer (BIF'er). BIF'er er jernrige, karakteristiske lagdelte bjergarter, der var udbredt aflejret på havbunden og nu findes på de ældste eksisterende dele af jordskorpen. Disse stentyper findes ikke i dag, og videnskabsmænd har kæmpet for at forstå både deres dannelse og deres båndede udseende.

Indtil nu, videnskabsmænd har forklaret aflejringen af ​​disse jernformationer og deres regelmæssige lagdeling hovedsageligt som værende på grund af undersøisk vulkansk aktivitet, jernets hydrotermiske kilde. Ud over, udviklingen af ​​fotosyntese på dette tidspunkt kan have produceret ilt i de laveste dele af havet. Dette ville have fået det reducerede jern opløst i vandet til at blive oxideret og uopløseligt, og det ville da falde til havbunden.

Vores undersøgelse er den første, der endegyldigt forbinder de regelmæssige veksler i BIF'erne til cykliske ændringer i Jordens kredsløb omkring solen, med perioder på 405, 000 år og 1,4 til 1,6 millioner år. Vi opnåede dette ved at kombinere spektral analyse af sedimentære lag i Sydafrika med meget præcis uran-bly-datering for at beregne den hastighed, som sedimenterne blev aflejret. Vores forskning viser, at Milankovitch-cyklusser for 2,5 milliarder år siden havde stor effekt på både klodens klima og på jernaflejringen i havene.

Vi fandt ud af, at den nuværende 405, 000 års cyklus fandt sted for 2,5 milliarder år siden. Vi fandt også en cyklus, der tager 1,4 til 1,6 millioner år. Denne cyklus kan være en moderne Milankovitch-cyklus, den nærmeste nuværende cyklus tager ~2,4 millioner år. Vi fortolker forskellen i timing som værende på grund af kaotisk opførsel af planeterne i vores solsystem, hvilket påvirker længden af ​​nogle af Milankovitch-cyklerne.

Arkiver i høj opløsning

Denne spændende opdagelse indikerer, at BIF'er kan betragtes som et højopløsningsarkiv over astronomisk klima for 2,5 milliarder år siden. Denne information vil have fundamentale implikationer for vores forståelse af, hvordan solsystemet udviklede sig over tid. Indtil nu, astrofysiske modeller viser, hvordan solsystemet kan være dannet, og moderne teleskoper har gjort os i stand til at forstå, hvordan solsystemet ser ud i øjeblikket. Oplysninger om, hvordan vi kom fra start til nutidens konfiguration mangler i øjeblikket.

Yderligere forskning i den cykliske lagdeling i BIF'er vil være nøglen til at forstå præcis, hvordan jordens tidlige klimasystem reagerede på de astronomiske variationer.

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.