День – это время, за которое Земля совершает один полный оборот вокруг своей оси, год – это время, за которое Земля совершает один оборот вокруг Солнца. Все это напоминает о том, что основные единицы времени и периоды на Земле тесно связаны с движением нашей планеты в космосе относительно Солнца. И люди также живут в ритме этих астрономических циклов.
То же самое касается климатических циклов. Циклы дневного и годового солнечного света вызывают перепады температуры и времени года. В геологических масштабах времени (от тысяч до миллионов лет) изменения траектории орбиты Земли являются причинами ледниковых периодов (так называемые циклы Миланковича). Изменения параметров орбиты включают эксцентриситет (отклонение от идеальной круговой орбиты), который можно идентифицировать в геологических архивах, как отпечаток пальца.
Как передает сайт Phys.org, датировка геологических архивов была коренным образом изменена благодаря развитию так называемой астрономической шкалы времени, «календаря» прошлого, в котором указаны геологические периоды, основанные на астрономии. Например, циклы в минералогии или химии геологических архивов могут быть сопоставлены с циклами астрономического расчета (вычисленные астрономические параметры исходя из траектории орбит планет в прошлом). Астрономические данные имеют встроенные часы и обеспечивают точную хронологию для геологической записи.
Тем не менее, геологи и астрономы изо всех сил пытались расширить астрономическую временную шкалу более чем на пятьдесят миллионов лет из-за серьезного препятствия: хаоса в солнечной системе, который делает систему непредсказуемой за пределами определенной точки.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, Ричард Зибе из Гавайского университета в Маноа и Лукас Лоуренс из Утрехтского университета теперь предлагают способ преодоления таких препятствий.
Команда использовала геологические данные из глубоководных буровых кернов, чтобы создать рамки астрономических расчетов, и, в свою очередь, использовала астрономические расчеты, чтобы увеличить астрономическую шкалу времени примерно на 8 миллионов лет. Дальнейшее применение их нового метода обещает достичь еще более отдаленного времени.
С одной стороны, Зиб и Лоуренс проанализировали данные об осадках от буровых кернов в Южной Атлантике через поздний палеоцен и ранний эоцен, около 58-53 миллиона лет назад (Ма). Циклы отложений показали замечательное выражение одного конкретного параметра Миланковича, эксцентриситета Земли. С другой стороны, Зиб и Лоуренс вычислили новое астрономическое решение (получившее название ZB18a), которое продемонстрировало исключительное согласие с данными из южноатлантического бурового керна.
«Это было действительно потрясающе», – сказал Зибе. «У нас была одна кривая, основанная на данных осадочных отложений возрастом более 50 миллионов лет, выбуренных со дна океана, а затем другая кривая, полностью основанная на физике и численном интегрировании солнечной системы. Таким образом, эти две кривые были получены совершенно независимо, однако они выглядели почти как идентичные».
Зиб и Лоуренс не первые, кто обнаружил такое согласие – прорыв заключается в том, что их временное окно старше 50 млн. лет, где алгоритмы астрономических расчетов расходятся. Они протестировали 18 различных опубликованных решений, но ZB18a дает лучшее сходство с данными.
Последствия их работы достигают гораздо большего. Они уточнили временные границы между палеоценом и эоценом (56,01 млн. лет) с небольшим пределом погрешности (0,1%). Они также показывают, что начало большого древнего климатического события, палеоцен-эоценового теплового максимума (PETM), произошло вблизи максимума эксцентриситета, что предполагает орбитальный триггер для этого события. PETM считается лучшим палео-аналогом для настоящего и будущего антропогенного выброса углерода, однако триггер PETM широко обсуждается. Орбитальные конфигурации тогда и сейчас сильно различаются, что позволяет предположить, что воздействия от орбитальных параметров в будущем, вероятно, будут меньше, чем 56 миллионов лет назад.
Зибе предупредил, однако: «Ничто из этого не будет напрямую смягчать будущее потепление, поэтому нет никаких оснований для занижения антропогенных выбросов углерода и изменения климата».
Что касается последствий для астрономии, новое исследование показывает безошибочные отпечатки хаоса Солнечной системы около 50 млн лет назад. Команда обнаружила изменение в частотах, связанных с орбитами Земли и Марса, которые влияют на их амплитудную модуляцию (часто называемую «ритмом» в музыке).
«При настройке гитары можно услышать амплитудную модуляцию. Когда две ноты практически одинаковы, мы слышим одну частоту, но амплитуда меняется медленно – это удар», – пояснил Зибе. В не хаотических системах частоты и биения постоянны во времени, но они могут изменяться и переключаться в хаотических системах (так называемый резонансный переход). Зибе добавил: «Изменение ударов является четким выражением хаоса, что делает систему увлекательной, но и более сложной. По иронии судьбы, изменение ударов также помогает нам определить алгоритм расчета и расширить астрономическую шкалу времени».
