День - это время, когда Земля совершает один полный оборот вокруг своей оси, год - это время, когда Земля совершает один оборот вокруг Солнца - напоминание о том, что основные единицы времени и периоды на Земле тесно связаны с движение нашей планеты в пространстве относительно Солнца. На самом деле, мы в основном живем в ритме этих астрономических циклов.
То же самое касается климатических циклов. Циклы дневного и годового солнечного света вызывают знакомые резкие колебания температуры и смены времен года. В масштабах геологического времени (от тысяч до миллионов лет) колебания орбиты Земли являются определяющими факторами ледниковых периодов (так называемые циклы Миланковича). К изменениям параметров орбиты относится эксцентриситет (отклонение от идеальной круговой орбиты), который можно идентифицировать в геологических архивах, как отпечаток пальца.
Датировка геологических архивов была революционизирована благодаря развитию так называемой астрономической шкалы времени, «календаря» прошлого, определяющего возраст геологических периодов на основе астрономии. Например, циклы в минералогии или химии геологических архивов могут быть сопоставлены с циклами астрономического решения (рассчитанные астрономические параметры в прошлом путем вычисления орбит планет назад во времени). Астрономическое решение имеет встроенные часы и обеспечивает точную хронологию геологических данных.
Однако геологи и астрономы изо всех сил пытались расширить астрономическую шкалу времени дальше, чем примерно на пятьдесят миллионов лет, из-за серьезного препятствия: хаоса в Солнечной системе, который делает систему непредсказуемой после определенного момента.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, Ричард Зибе из Гавайского университета в Маноа и Лукас Лоуренс из Утрехтского университета предлагают способ преодоления препятствия. Команда использовала геологические записи из глубоководных буровых кернов, чтобы ограничить астрономическое решение, и, в свою очередь, использовала астрономическое решение, чтобы расширить астрономическую временную шкалу примерно на 8 миллионов лет. Дальнейшее применение их нового метода обещает еще больше углубиться во времени, шаг за шагом и геологическая запись за раз.
С одной стороны, Зеебе и Лоуренс проанализировали данные о наносах из буровых кернов в южной части Атлантического океана в позднем палеоцене и раннем эоцене, ок. 58-53 млн лет назад (млн лет назад). Циклы отложений показали замечательное выражение одного конкретного параметра Миланковича, эксцентриситета орбиты Земли. С другой стороны, Зеебе и Лоуренс вычислили новое астрономическое решение (получившее название ZB18a), которое продемонстрировало исключительное согласие с данными бурения в Южной Атлантике.
"Это было действительно ошеломляюще", сказал Зибе. «У нас была одна кривая, основанная на данных отложений возрастом более 50 миллионов лет, пробуренных со дна океана, а затем другая кривая, полностью основанная на физике и численном интегрировании Солнечной системы. Таким образом, две кривые были получены совершенно независимо друг от друга, но выглядели почти как однояйцевые близнецы».
Зибе и Лоуренс не первые, кто обнаружил такое совпадение - прорыв в том, что их временное окно старше 50 млн лет, когда астрономические решения расходятся. Они протестировали 18 различных опубликованных решений, но ZB18a дает наилучшее соответствие данным.
Смысл их работы простирается гораздо дальше. Используя свою новую хронологию, они дают новый возраст границы палеоцена и эоцена (56,01 млн лет) с небольшой погрешностью (0,1%). Они также показывают, что начало крупного древнего климатического события, палеоцен-эоценового теплового максимума (PETM), произошло вблизи максимума эксцентриситета, что предполагает орбитальный триггер события. PETM считается лучшим палеоаналогом настоящего и будущего антропогенного выброса углерода, однако триггер PETM широко обсуждается. Однако орбитальные конфигурации тогда и сейчас сильно различаются, что позволяет предположить, что воздействие параметров орбиты в будущем, вероятно, будет меньше, чем 56 миллионов лет назад.
Зибе предупредил, однако: «Ничто из этого не смягчит непосредственно будущее потепление, поэтому нет причин преуменьшать антропогенные выбросы углерода и изменение климата».
Что касается последствий для астрономии, новое исследование показывает безошибочные отпечатки пальцев Солнечной системы хаоса около 50 млн лет назад. Команда обнаружила изменение частот, связанных с орбитами Земли и Марса, влияющее на их амплитудную модуляцию (часто называемую «битом» в музыке).
«Вы можете услышать амплитудную модуляцию при настройке гитары. Когда две ноты почти одинаковы, вы, по сути, слышите одну частоту, но амплитуда меняется медленно - это бит», - объяснил Зибе. В нехаотических системах частоты и биения остаются постоянными во времени, но в хаотических системах они могут изменяться и переключаться (так называемый резонансный переход). Зеебе добавил: «Изменение битов - это явное выражение хаоса, что делает систему увлекательной, но также и более сложной. По иронии судьбы именно изменение биений помогает нам определить решение и расширить шкалу астрономического времени».