Egy olyan bolygón, mint a Föld, amikor a szikla és a víz ciklusokon és változásokon mennek keresztül, olvadva és lehűlve, errodálódva és akreditálódva, széles völgyekben eltávolítva és hegyes hegyekbe rakva, a múlt természeti jelenségei nyomot hagynak a kéregben a bolygó. Az ókori jég kiküszöbölésével például a tudósok megvizsgálhatják a csapdába ejtett részecskéket és megismerhetik a légköri körülményeket millió évvel ezelőtt. Az ősi kőzetbe ágyazott mágneses ásványok tanulmányozásával a geológusok megtanultak, hogy a bolygó mágneses tere megfordítja a pólusokat - átlagosan körülbelül 250 000 évben.
A tudósok sokat tanulhatnak a Földről a kéreg geológiai rétegeiből, de még több információ rejthető el a sziklarekordon belül. A Columbia Egyetem geológusa és paleontológusa, Paul Olsen szerint a lábunk alatt nemcsak bolygónk, hanem a Naprendszer és a galaxis történetének kulcsa is megtalálható.
A Nemzeti Tudományos Akadémia folyóiratában ma közzétett tanulmányban Olsen és munkatársai azzal érvelnek, hogy a bolygók csillagászati ciklusai földi sziklarétegekben mérhetők. A talajból kinyert kőzet hengeres magjai, amelyek néhány lábszáma húzódik meg és több millió éves múltra terjed ki, finom nyomokat tartalmazhatnak más bolygók gravitációjának befolyásolására, lehetővé téve a tudósoknak, hogy több millió millió évvel ezelõtt a bolygók történelmi helyzetére következtessenek. .
"Ez az empirikus adatok új világa, amely lehetővé teszi a nagyszabású Naprendszer-elméletek tesztelését" - mondja Olsen. Modelljét Geológiai Oregénak nevezi, amelyet a Naprendszer 18. századi mechanikus modelljeiről neveztek el. A munka nemcsak független adatállományt szolgáltathatott a bolygómozgás meglévő modelljeinek tesztelésére, hanem arra is felhasználták, hogy korábban még soha nem mérjék az orbitális ciklusokat. A geológiai rendezvényt új eszközként is felhasználhatnák a tudomány néhány legalapvetőbb elméletének, például Einstein általános relativitáselméletének, az esetleges további bolygók létezésének az ókori Naprendszerben, és még a sötét anyag gravitációs hatásainak tesztelésére. a Tejútban - mondja Olsen.
Geológus Paul Olsen az arizonai megkövesedett erdő nemzeti parkban, ahol 200 millió éves sziklák segítik a többi bolygó régóta elindult mozgásainak felfedését. (Kevin Krajick / Föld Intézet, Columbia University) "Ez a cikk egy nagyon nehéz és zavaró problémát próbál megoldani a csillagászok és geológusok számára, akiket érdekel a Naprendszer története és annak, hogy ez hogyan befolyásolta a Föld rendszerét - éghajlat, ülepedés, stb." - mondta Spencer Lucas, a geológus és paleontológus a New Mexico Természettudományi és Tudományos Múzeumban, akik nem vettek részt a vizsgálatban. "Ezek a csillagászati ciklusok évszázadokon át fejlődtek, és ebben a fejlődésben bizonyos mértékű káosz van, tehát a geológusok és a csillagászok mindig nagy kihívást jelentettek, hogy megértsék, mi történt ezekkel a ciklusokkal."
A földkéreg rétegei a múlt éghajlat rekordját képviselik, és ezeket az éghajlatokat a Milankovitch ciklusoknak nevezett égi mozgások befolyásolták. A szerb geofizikusnak és Milutin Milankovitch csillagásznak nevezték el ezeket a ciklusokat a Föld gravitációs kölcsönhatásainak eredményeként, amelyek befolyásolják a Föld napfutó pályáját, ideértve az elliptikus út alakját (excentricitás), valamint a dőlést (ferdén) és a hullámozást. (precesszió) a bolygó tengelye.
A Föld pályájának változásai befolyásolják a bolygó éghajlatát, és amint Olsen először egy 1986-os Science tudományos cikkben állította, a múltbeli éghajlati adatok ezért felhasználhatók más bolygók helyzetének és mozgásának következtetésére.
De miért kell átmenni a földek magjának feltárásával és annak költségeivel, hogy megbizonyosodjon más bolygók pályáról? Az orbitális mechanika törvényei alapján a tudósok matematikai modelleket hozhatnak létre az űrben lévő kis napenergia-szomszédságunk történetének tanulmányozására.
Az ilyen modellek azonban csak egy ponton megbízhatók - mondja Olsen. Egyetlen egyszerű matematikai egyenlet sem írja le a kettőnél több mozgó test mozgását nagy biztonsággal. Nyolc bolygó és a nap mellett, nem is beszélve a Naprendszerben lévő kisebb testek millióiról, a csillagászok nem dolgozhatnak ki analitikai megoldásokat a bolygók pontos mozgásának a távoli múltban történő leírására. Ehelyett a kutatók egyenként egy kis lépéssel számolják a bolygók korábbi pályáit. Jacques Laskar, a Párizsi Megfigyelő Intézet kutatási igazgatója és az új cikk társszerzője munkája szerint a hibák minden időintervallumban felhalmozódnak, így az előrejelzések körülbelül 60 millió év után lényegében haszontalanná válnak - nem túl hosszú a 4, 5 milliárd évesnél. A Naprendszer története.
Laskar korábbi számítási modelljei szintén bizonyítékot szolgáltattak arra, hogy a belső bolygók (Merkúr, Vénusz, Föld és Mars) kaotikusan viselkedhetnek. Vagy más szavakkal: e négy bolygó helyzetét nagyrészt a kezdeti körülmények határozhatják meg, amelyek szinte lehetetlenné teszik a megjósolást kizárólag a ma látható helyzetek és irányok alapján.
"Ezek az éghajlatváltozás-rekordok kulcsfontosságúak annak kiderítésében, hogy a Naprendszer valójában mit csinál" - mondja Olsen.
A New Jersey-i medencéből kinyert tó üledékek kőzetmaga körülbelül 40 000 év. (Paul Olsen) Geológiai rendezvény életképességének bizonyítása Olsen iránti szeretet egész életen át tartó munkája. 1986-os tanulmányában elemezte a mezozói Newark szupercsoport magjait - egy kőzetcsoportot, amely körülbelül 200–227 millió évvel ezelőtt alakult ki - New Jersey központjában. A szikla rekordot tartalmazott a tavak emelkedéséről és eséséről, összhangban a trópusi monszun esőségek nagyságrendjével, amelyek ingadoznak a változó napfénymennyiség függvényében a trópusokon, amelyeket a Föld pályája és a spin tengely határoz meg.
"Amit a magokban látunk, a változó vízmélység fizikai megnyilvánulása" - mondja Olsen e-mailben. "Amikor a tó a legmélyebb volt, talán jóval több, mint 100 méter mélyen, finoman laminált fekete iszapok rakódtak le, és amikor nagyon sekély és még szezonálisan is száraz, vörös iszapokat bőséges kiszáradási repedésekkel fektettek le."
Olsen a Fourier-analízist alkalmazta - egy módszert az egyszerűbb szinuszos komponensek komplex hullámformáinak ábrázolására - annak bemutatására, hogy a Föld éghajlatának a geológiai nyilvántartásba vett ciklikus változásai megegyeznek a mennyei mechanika Milankovitch ciklusaival. De volt egy furcsa.
"Az egyik ciklust nem kötötte közvetlenül valami, az akkor körüli körpálya körzetében ismert anyaghoz" - mondja Olsen. "Körülbelül két millió év hosszú volt, és nem tudtam, mi az."
Miután az 1990-es években megkapta a Nemzeti Tudományos Alapítvány (NSF) támogatását, hogy közel 22 600 lábnyi folyamatos magot feltárjon és elemezhessen a Newark szupercsoport hét helyszínéről, Olsen és munkatársai felfedezték, hogy a titokzatos ciklus egy hosszú ideig tartó keringési ciklus, amelyet a Mars és a Föld közötti kölcsönhatások. A megállapítás „a belső bolygók kaotikus viselkedésének első geológiai bizonyítékait nyújtja”. Olsen és Dennis Kent, a Rutgers Egyetem geológiai professzora és az új kutatás társszerzője, a Királyi Társaság által kiadott 1999-es cikkben írták.
Ezen ciklusok további feltárása érdekében a rockrekordban Olsen és csapata egy újabb NSF támogatással 2013-ban elindította a Colorado Plateau Coring Projektjét. Több mint 1640 láb hosszú magot fúrtak át a Chinle-formáció triaszikus szakaszán az arizonai Petrified Forest Nemzeti Parkban. A Chinle mag vulkanikus hamu rétegeket tartalmaz cirkon ásványi anyagokkal, amelyek radiometrikusan keltezhetők.
Telepítés egy mag kinyerésére a chinle-formációból az arizonai megkövesedett erdő nemzeti parkban. (Paul Olsen) Összehangolva a Föld mágneses mezőjének visszafordulásait a Chinle-formáció mintamagjában a Newark-maggal, a kutatók képesek voltak bevezetni az éghajlati ciklusok pontos dátumait, amelyeket más bolygók gravitáció okozott. Elemzésük feltárta a Jupiter és a Vénusz által okozott 405 000 éves égi mechanikusi ciklust, amely 200 millió éve létezik, pontosan úgy, ahogy ma van.
Legutóbbi cikkükben Olsen és csapata további méréseket adott modelleikhez, stratigráfiai szín skálával a magminták tanulmányozására, valamint a magfurat geofizikai méréseivel (a természetes radioaktivitást, a kőzet-sűrűséget és a hangsebességet mind megmérték) ). A csoport a röntgensugár-fluoreszcencia adatait is átvizsgálta, hogy körültekintően elemezze a Newark formációban látható összes csillagászati ciklust.
Függetlenül attól, hogy melyik mérést használták, ugyanazokat a bolygóbeli hatásokat azonosították a kőzetben. „Nagyon izgalmas látni, hogy ezek a dolgok működnek, amikor edznek. Értelmet ad a valóságnak ... amikor oly sok valószínűtlen dolog működik ki ”- mondja Olsen. "Ez tényleg nagyon elképesztő."
Noha a Földtájékoztató potenciálisan messzemenő kutatási következményekkel jár, Olsen merész ötlete némi szkepticizmussal szembesült. Modelljei megkísérelnek rendkívüli számú tényezőt beszámolni annak érdekében, hogy a sziklarekordot összekapcsolják más bolygók Föld éghajlati hatásaival (önmagában összetett rendszer).
Lucas a projektet „egy nagyon összetett kártyaháznak nevezi, amely nem szilárd tudományos alapon nyugszik.” Szerinte hiányosságok vannak a Newark-formációban, tehát nem a 25 millió éves időszak teljes kronológiája az, hogy Olsen csoport tanulmányozta. (Olsen és Kent azonban egy uránium-ólom randevút használtak egy tavalyi tanulmányban, és úgy találták, hogy a Newark-szekvencia geológiai nyilvántartása teljes az adott időtartamra.) A Chinle-rekord szintén hiányos, állítja Lucas, mert A folyók és az ülepedési sebesség két szakasz között „rendkívül eltérő”, ami megnehezíti a Chinle használatát a dátumok megbízható kalibrálásához a Newark-kőzetben.
Még Charles Darwin is sajnálta, hogy a földtani rekord hiányos, és a geológusok széles körben elfogadják, hogy a nyilvántartás hiányosságokat tartalmaz, vagy tudományos értelemben véve „egyenetlenségeket” tartalmaz. Alapvető kérdés az, hogy mennyi információ megbízhatóan nyerhető ki egy hiányos geológiai nyilvántartásból.
„Sok geológus abból a szempontból indul, hogy mindent meg kell látnia, mielőtt bármit megértne” - mondja Olsen. "A működési módom az, hogy a rock és a paleontológiai nyilvántartásban hasznos eszközöket toljam el, amennyire csak tudod, hogy kitörölje azokat a dolgokat a történelemből, amelyeket más módon nem tud megszerezni."
Paul Olsen festménye a Föld képzeletbeli kilátásáról az űrről, New York felett keletre nézve, éjjel, a Földtani Olajgyárban használt fő bolygókkal. Alulról felfelé: Jupiter, Mars (vöröses), Vénusz és a Hold együttesen. (Paul Olsen) Néhány tudós úgy gondolja, hogy még a rockrekord hiányosságai is vannak Olsenben. "Ezek az adatok, amelyekre Paul Olsen évek óta dolgozik, a legjobb adatok egyike, amelyeket valaha gyűjtöttek" - mondja Linda Hinnov, a Virginia-i George Mason Egyetem geológusa, aki nem vett részt a vizsgálatban.
Hinnov elmondja, hogy most a kihívás az, hogy kitöltsék a kb. 50 és 200 millió évvel ezelőtti rést. Jelenleg a geológiai adatokat és a csillagászati modelleket 0 és körülbelül 50 millió évvel ezelőtt, valamint körülbelül 200 és 225 millió évvel ezelőtt illesztették össze. A földtani rendezés kiterjesztése érdekében a két időszak közötti rést „olyan adatokkal kell kitölteni, amelyek legalább annyira jók, mint az itt bemutatott adatok” - mondja Hinnov.
Annak ellenére, hogy szkeptikusan néz ki Olsen-csoport egyes konkrét megállapításaival kapcsolatban, Lucas egyetért azzal, hogy az ilyen típusú munka, amely összekapcsolja a sziklarekordot az égi testekkel, kritikus jelentőségűvé válik a mai egyik legnagyobb tudományos probléma megoldásában: megérteni, hogy mi irányítja A Föld éghajlata. "Nem értjük eléggé a csillagászati ciklusok, a korábbi éghajlati viszonyok és az, hogy a ciklusok hogyan változtak az idő során, " - mondja. "Bármi ilyesmi, amely hozzájárul a Föld éghajlati rendszerének megértéséhez, potenciálisan segíthet nekünk a jövőbeli éghajlat jobb megértésében, amelyről valójában az előrejelzésről beszélünk."
A geológiai rendezés lehet hiányos, és a bolygórendszerek számítási modelljeihez hasonlóan csak egy pontosságú lehet. De a kozmosz csodáiban elkezdjük tanulni, hogy a millió mérföld távolságban lévő és millió millió évvel ezelőtti égitestek mozgásai alakították azt a világot, amelyen járunk.
