Dybhavssedimenter afslører solsystemets kaos:Et fremskridt i dating geologiske arkiver

En dag er tiden for Jorden til at foretage en fuldstændig rotation om sin akse, et år er tiden for Jorden til at lave én omdrejning omkring Solen – påmindelser om, at grundlæggende tidsenheder og perioder på Jorden er tæt forbundet med vores planets bevægelse i rummet i forhold til Solen. Faktisk, vi lever for det meste vores liv til rytmen af ​​disse astronomiske cyklusser.

Det samme gælder klimacyklusser. Cyklerne i dagligt og årligt sollys forårsager de velkendte diel-svingninger i temperatur og årstiderne. På geologiske tidsskalaer (tusinder til millioner af år), variationer i Jordens kredsløb er istidernes pacemaker (såkaldte Milankovitch-cyklusser). Ændringer i orbitalparametre inkluderer excentricitet (afvigelsen fra en perfekt cirkulær bane), som kan identificeres i geologiske arkiver, ligesom et fingeraftryk.

Dateringen af ​​geologiske arkiver er blevet revolutioneret af udviklingen af ​​en såkaldt astronomisk tidsskala, en "kalender" for fortiden, der giver aldre for geologiske perioder baseret på astronomi. For eksempel, cyklusser i mineralogi eller kemi i geologiske arkiver kan matches til cyklusser af en astronomisk løsning (beregnet astronomiske parametre i fortiden fra beregning af planetbanerne bagud i tiden). Den astronomiske løsning har et indbygget ur og giver derfor en nøjagtig kronologi for den geologiske registrering.

Imidlertid, geologer og astronomer har kæmpet for at udvide den astronomiske tidsskala længere tilbage end omkring halvtreds millioner år på grund af en større vejspærring:solsystemkaos, hvilket gør systemet uforudsigeligt ud over et vist punkt.

I en ny undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Videnskab , Richard Zeebe fra University of Hawai'i i Manoa og Lucas Lourens fra Utrecht University tilbyder nu en måde at overvinde vejspærringen. Holdet brugte geologiske optegnelser fra dybhavsborekerner til at begrænse den astronomiske løsning og, på tur, brugte den astronomiske løsning til at forlænge den astronomiske tidsskala med omkring 8 millioner år. Yderligere anvendelse af deres nye metode lover at nå længere tilbage i tiden stadig, et trin og geologisk rekord ad gangen.

På den ene side, Zeebe og Lourens analyserede sedimentdata fra borekerner i det sydlige Atlanterhav på tværs af sen palæocæn og tidlig eocæn, ca. 58-53 millioner år siden (Ma). Sedimentcyklusserne viste et bemærkelsesværdigt udtryk for en bestemt Milankovitch-parameter, Jordens kredsløbsexcentricitet. På den anden side, Zeebe og Lourens beregnede en ny astronomisk løsning (kaldet ZB18a), som viste exceptionel overensstemmelse med dataene fra den sydatlantiske borekerne.

"Dette var virkelig fantastisk, " sagde Zeebe. "Vi havde denne ene kurve baseret på data fra over 50 millioner år gammelt sediment boret fra havbunden og derefter den anden kurve helt baseret på fysik og numerisk integration af solsystemet. Så de to kurver blev afledt helt uafhængigt, alligevel lignede de næsten enæggede tvillinger."

Zeebe og Lourens er ikke de første til at opdage en sådan enighed - gennembruddet er, at deres tidsvindue er ældre end 50 Ma, hvor astronomiske løsninger er uenige. De testede 18 forskellige offentliggjorte løsninger, men ZB18a giver det bedste match med dataene.

Implikationerne af deres arbejde rækker meget længere. Ved at bruge deres nye kronologi, de giver en ny tidsalder for paleocæn-eocæn-grænsen (56,01 Ma) med en lille fejlmargin (0,1%). De viser også, at begyndelsen af ​​en stor gammel klimabegivenhed, det paleocæn-eocæne termiske maksimum (PETM), fandt sted nær et excentricitetsmaksimum, hvilket foreslår en orbital trigger for hændelsen. PETM betragtes som den bedste palæo-analog til den nuværende og fremtidige menneskeskabte kulstoffrigivelse, alligevel er PETM's udløser blevet diskuteret bredt. Orbitalkonfigurationerne dengang og nu er dog meget forskellige, tyder på, at påvirkninger fra orbitalparametre i fremtiden sandsynligvis vil være mindre end for 56 millioner år siden.

Zeebe advarede, imidlertid, "Intet af dette vil direkte afbøde fremtidig opvarmning, så der er ingen grund til at bagatellisere menneskeskabte kulstofemissioner og klimaændringer."

Med hensyn til implikationer for astronomi, den nye undersøgelse viser umiskendelige fingeraftryk af kaos i solsystemet omkring 50 Ma. Holdet fandt en ændring i frekvenser relateret til Jordens og Mars' baner, påvirker deres amplitudemodulation (ofte kaldet et "beat" i musik).

"Du kan høre amplitudemodulation, når du stemmer en guitar. Når to toner er næsten ens, du hører i det væsentlige én frekvens, men amplituden varierer langsomt - det er et beat, " forklarede Zeebe. I ikke-kaotiske systemer, frekvenser og slag er konstante over tid, men de kan ændre og skifte i kaotiske systemer (kaldet resonansovergang). Zeebe tilføjede, "Ændringen i beats er et klart udtryk for kaos, hvilket gør systemet fascinerende, men også mere komplekst. Ironisk, ændringen i taktslag er også netop det, der hjælper os med at identificere løsningen og udvide den astronomiske tidsskala".