Открытие, опубликованное 23 февраля 2017 года в журнале Nature, важно, потому что оно дает первое твердое доказательство того, что ученые называют «хаотической солнечной системой», теории, предложенной в 1989 году для объяснения небольших изменений в нынешних условиях солнечной системы. Солнечная система. Изменения, происходящие в течение многих миллионов лет, вызывают большие изменения в климате нашей планеты — изменения, которые могут быть отражены в горных породах, записывающих историю Земли.Открытие обещает не только лучшее понимание механики Солнечной системы, но и более точную измерительную линейку геологического времени.
Более того, он предлагает лучшее понимание связи между колебаниями орбиты и изменением климата в геологических временных масштабах.Используя данные из чередующихся слоев известняка и сланца, отложившихся в течение миллионов лет на мелководном североамериканском морском пути в то время, когда на Земле господствовали динозавры, команда во главе с профессором геолого-геофизических исследований в Мэдисоне Стивеном Мейерсом и профессором Северо-Западного университета Земли и планет. Науки Брэд Сейджман обнаружил 87-миллионную подпись "резонансного перехода" между Марсом и Землей. Резонансный переход является следствием «эффекта бабочки» в теории хаоса.
Он основан на идее о том, что небольшие изменения начальных условий нелинейной системы могут иметь большие последствия с течением времени.В контексте Солнечной системы это явление происходит, когда два вращающихся тела периодически притягиваются друг к другу, как это происходит, когда планета на своем пути вокруг Солнца проходит в относительной близости к другой планете на своей собственной орбите. Эти маленькие, но регулярные отметки на орбите планеты могут вызывать большие изменения в положении и ориентации планеты по ее оси относительно Солнца и, соответственно, изменять количество солнечной радиации, которую планета получает в данной области.
Где и сколько солнечной радиации получает планета, является ключевым фактором климата.«Влияние астрономических циклов на климат может быть довольно большим», — объясняет Мейерс, приводя в качестве примера скорость ледниковых периодов Земли, которые были надежно сопоставлены с периодическими изменениями формы орбиты Земли, и наклоном нашей планеты на его ось. «Астрономическая теория позволяет очень детально оценить прошлые климатические явления, которые могут служить аналогом будущего климата».Чтобы найти признаки резонансного перехода, Мейерс, Сейджман и аспирант UW-Madison Чао Ма, чья диссертационная работа включает в себя эту работу, обратились к геологической летописи в так называемой формации Ниобрара в Колорадо.
Образование откладывалось слой за слоем в течение десятков миллионов лет, когда на дне обширного морского пути, известного как Западный внутренний морской путь мелового периода, откладывались отложения. Мелкий океан простирался от того, что сейчас является Северным Ледовитым океаном, до Мексиканского залива, разделяя восточную и западную части Северной Америки.«Формация Ниобрара демонстрирует ярко выраженное ритмическое наслоение горных пород из-за изменений относительного содержания глины и карбоната кальция», — отмечает Мейерс, специалист по астрохронологии, который использует астрономические циклы для измерения геологического времени. "Источником глины (отложенной в виде сланца) является выветривание поверхности суши и приток глины в морской путь через реки. Источником карбоната кальция (известняка) являются оболочки организмов, в основном микроскопических, которые жили в толще воды ".
Мейерс объясняет, что, хотя связь между изменением климата и седиментацией может быть сложной, основная идея проста: «Изменение климата влияет на относительную доставку глины по сравнению с карбонатом кальция, регистрируя при этом астрономический сигнал. Например, представьте себе очень теплую и Состояние влажного климата, при котором глина перекачивается в морской путь через реки, образуя богатую глиной породу или сланец, чередуясь с более сухим и прохладным климатом, при котором меньше глины перекачивается в морской путь и образуется порода или известняк, богатая карбонатом кальция ».
Новое исследование было поддержано грантами Национального научного фонда. Он основан на тщательной стратиграфической записи и важных астрохронологических исследованиях формации Ниобрара, последнее проведено в диссертационной работе Роберта Локлера, бывшего ученика Сэджмана на Северо-Западе.Датирование резонансного перехода Марс-Земля, обнаруженное Ма, Мейерсом и Сейджманом, было подтверждено радиоизотопным датированием — методом определения абсолютного возраста горных пород с использованием известных скоростей радиоактивного распада элементов в горных породах. В последние годы были внесены значительные улучшения в точность и точность радиоизотопного датирования, разработанные профессором геолого-геофизических исследований в Мэдисоне Брэдли Сингером и другими, которые внесли свой вклад в датирование резонансного перехода.
Движение планет вокруг Солнца было предметом глубокого научного интереса с момента появления гелиоцентрической теории — идеи о том, что Земля и планеты вращаются вокруг Солнца — в 16 веке. С 18 века преобладающим представлением о Солнечной системе было то, что планеты вращаются вокруг Солнца, как часы, имея квазипериодические и очень предсказуемые орбиты. Однако в 1988 году численные расчеты внешних планет показали, что орбита Плутона «хаотична», а идея хаотической солнечной системы была предложена в 1989 году астрономом Жаком Ласкаром, который сейчас работает в Парижской обсерватории.Следуя предложению Ласкара о хаотической солнечной системе, ученые всерьез искали окончательные доказательства, которые поддержали бы эту идею, говорит Мейерс.
«Другие исследования предполагают наличие хаоса на основе геологических данных», — говорит Мейерс. «Но это первое недвусмысленное свидетельство, ставшее возможным благодаря доступности высококачественных радиоизотопных дат и сильному астрономическому сигналу, сохранившемуся в скалах».