Los científicos han postulado durante mucho tiempo que los cambios periódicos en el clima de la Tierra son impulsados ​​por cambios cíclicos en la distribución de la luz solar que llega a nuestra superficie. Esto se debe a cambios cíclicos en la forma en que nuestro planeta gira sobre su eje, la elipticidad de su órbita, y su orientación hacia el sol:ciclos superpuestos causados ​​por sutiles interacciones gravitacionales con otros planetas, mientras los cuerpos giran alrededor del sol y unos junto a otros como hula-hoops girando.

Pero los caminos planetarios cambian con el tiempo, y eso puede cambiar la duración de los ciclos. Esto ha hecho que sea un desafío para los científicos desenredar lo que impulsó muchos cambios climáticos antiguos. Y el problema se vuelve cada vez más difícil cuanto más retrocede en el tiempo; pequeños cambios en el movimiento de un planeta pueden torcer el de otros, al principio un poco, pero a medida que pasan los eones, estos cambios resuenan unos contra otros, y el sistema se transforma de formas imposibles de predecir utilizando incluso las matemáticas más avanzadas. En otras palabras, es un caos ahí fuera. Hasta ahora, los investigadores son capaces de calcular los movimientos relativos de los planetas y sus posibles efectos en nuestro clima con una fiabilidad razonable sólo unos 60 millones de años atrás, un parpadeo relativo en los más de 4.500 millones de vidas de la Tierra.

Esta semana, en un nuevo documento en el procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias , un equipo de investigadores ha hecho retroceder el récord, identificando aspectos clave de los movimientos de los planetas de un período de hace unos 200 millones de años. El equipo está dirigido por el geólogo y paleontólogo Paul Olsen del Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia. El año pasado, al comparar los cambios periódicos en los sedimentos antiguos extraídos de Arizona y Nueva Jersey, Olsen y sus colegas identificaron un 405, Ciclo de 000 años en la órbita de la Tierra que aparentemente no ha cambiado en absoluto durante al menos los últimos 200 millones de años, una especie de metrónomo con el que se pueden medir todos los demás ciclos. Usando esos mismos sedimentos en el nuevo documento, ahora han identificado un ciclo que comenzó con una duración de 1,75 millones de años, pero ahora está operando cada 2.4 millones de años. Esta, ellos dicen, les permite extrapolar cambios a largo plazo en las trayectorias de Júpiter y los planetas interiores (Mercurio, Venus y Marte), los cuerpos con mayor probabilidad de afectar nuestra propia órbita.

El objetivo final de Olsen:utilizar las rocas de la Tierra para crear lo que él llama un "Orrery geológico", un registro de los cambios climáticos en la Tierra que puede extrapolarse a un mapa más grande de los movimientos del sistema solar durante cientos de millones de años. Dice que abriría una ventana no solo a nuestro propio clima, pero la evolución del propio sistema solar, incluyendo la posible existencia de planetas pasados, y sus posibles interacciones con la materia oscura invisible.

Hablamos con Olsen sobre el Orrery geológico, su trabajo, y el nuevo papel.

La mayoría de la gente probablemente nunca haya escuchado la palabra "orrery". Qué es, y ¿cómo encaja con nuestra comprensión en evolución de la mecánica celeste?

A principios del siglo XIX, El matemático Pierre-Simon de Laplace tomó las leyes de la gravitación y el movimiento planetario de Newton y publicó su idea de que debería ser posible desarrollar una única gran ecuación que permitiera modelar todo el universo. Con solo conocimiento del presente, se podía conocer todo el pasado y el futuro. Esta idea se materializa en el planetario, un modelo mecánico del sistema solar. Mecanismos de relojería como este para predecir eclipses y similares se remontan a los antiguos griegos, pero ahora está claro que el problema es mucho más complicado, e interesante. Desde entonces hemos descubierto que el sistema solar no es un mecanismo de relojería. De hecho, es caótico en escalas de tiempo prolongadas, de modo que la gran ecuación de Laplace fue un espejismo. Esto significa que no puede descomprimir su historial a partir de cálculos o modelos, no importa lo preciso que sea, porque los movimientos del sistema solar real son increíblemente sensibles. Variar cualquier factor, aunque sea un poquito, da como resultado un resultado diferente después de millones de años, incluso lo que los asteroides principales, o planetas menores, como Ceres y Vesta, estás haciendo. Uno de mis coautores, Jacques Laskar, ha demostrado que los cálculos pueden proyectarse hacia adelante o hacia atrás solo 60 millones de años. Después, las predicciones se vuelven completamente poco fiables. Dado que la Tierra tiene unos 4.600 millones de años, esto significa que solo se puede predecir alrededor del 1,6 por ciento de su órbita pasada o futura. Durante miles de millones de años los mejores cálculos revelan muchos posibles eventos fabulosos, como que uno de los planetas interiores caiga al sol o sea expulsado del sistema solar. Quizás incluso que la Tierra y Venus puedan colisionar algún día. No podemos decir si algo de esto sucedió realmente, o podría suceder en el futuro. Entonces necesitamos algún otro método para limitar las posibilidades.

Entonces, ¿Qué es el "Planetario geológico"? ¿Estás intentando volver a resumir todo en una sola ecuación? o es esto algo diferente?

El Orrery geológico es lo opuesto a una ecuación o modelo. Está diseñado para proporcionar un historial preciso y exacto del sistema solar. Tenemos esa historia aquí en la Tierra, de la historia de nuestros climas, que se registra en el registro geológico, especialmente en grande, lagos de larga vida. La órbita de la Tierra y la orientación del eje cambian constantemente porque se están deformando por las atracciones gravitacionales de otros cuerpos. Estos cambios afectan la distribución de la luz solar que llega a nuestra superficie, que a su vez afecta al clima, y los tipos de sedimentos que se depositan. Eso nos da el registro geológico del comportamiento del sistema solar. Muchos científicos han utilizado sedimentos para determinar los efectos de las deformaciones orbitales. Así es como sabemos que las edades de hielo de los últimos millones de años fueron marcadas por ellos. Algunos investigadores han intentado retroceder mucho más en el tiempo. Lo nuevo aquí es el enfoque sistemático de tomar núcleos de rocas que abarcan decenas de millones de años, observar el registro sedimentario cíclico del clima y fechar con precisión esos cambios en múltiples sitios. Eso nos permite capturar la gama completa de deformaciones de nuestra órbita y eje impulsadas por el sistema solar durante largos períodos de tiempo.

¿Qué te dicen las rocas sobre cómo estos cambios cíclicos afectan nuestro clima?

Con dos importantes experimentos de extracción de núcleos hasta la fecha, hemos aprendido que los cambios en los climas tropicales de húmedo a seco durante la época de los primeros dinosaurios, desde hace unos 252 a 199 millones de años, fueron marcados por ciclos orbitales que duraron alrededor de 20, 000, 100, 000 y 400, 000 años. Además de eso, hay un ciclo mucho más largo de aproximadamente 1,75 millones de años. Los ciclos más cortos son aproximadamente los mismos hoy, pero el ciclo de 1,75 millones de años está muy lejos, son 2,4 millones de años hoy. Creemos que la diferencia se debe a una danza gravitacional entre la Tierra y Marte. Esta diferencia es la huella digital del caos del sistema solar. Ningún conjunto existente de modelos o cálculos duplica con precisión estos datos.

¿Hasta dónde cree que llegaremos con este problema durante su vida?

El siguiente paso es combinar nuestros dos experimentos de extracción de testigos terminados con núcleos tomados en latitudes altas. Si bien nuestros datos centrales hacen un muy buen trabajo al mapear algunos aspectos de las órbitas planetarias, no nos dicen nada de los demás. Para esos, necesitamos un núcleo de un lago antiguo sobre los círculos paleoártico o antártico. Tales depósitos existen en lo que ahora son China y Australia. También nos gustaría incluir depósitos que extienden el récord hasta 20 millones de años más o menos hacia el presente, y otro núcleo de baja latitud que podemos fechar con precisión. Con ésos, seríamos capaces de determinar si se ha producido algún cambio en esa danza gravitacional Marte-Tierra. Esa sería una prueba completa del concepto de Orrery geológico. Ciertamente planeo estar cerca para eso.

Su artículo menciona que este trabajo podría ofrecer información sobre la evolución del sistema solar, tal vez el universo aún más amplio.

Si todo esto funciona, podríamos planificar la gran misión para utilizar el Planetario Geológico durante al menos el resto del tiempo entre 60 y 190 millones de años. Esta misión sería cara según los estándares de geología, porque la extracción de muestras de roca es cara. Pero los resultados tendrían implicaciones de gran alcance. Seguro que tendríamos datos para producir modelos climáticos de alta calidad para la Tierra. Y no hay duda de que tendríamos los parámetros para climas pasados ​​en Marte u otros planetas rocosos. Pero más emocionante y especulativa es la posibilidad de explorar cómo podríamos necesitar modificar la teoría de la gravedad, o probar algunas teorías controvertidas, como la posible existencia de un plano de materia oscura en nuestra galaxia por el que nuestro sistema solar pasa periódicamente.

Estamos hablando de tiempo profundo aquí. ¿Tiene esto alguna aplicación a las preguntas sobre el cambio climático actual?

Tiene relevancia para el presente. además de la forma en que el clima se ajusta a nuestra órbita, también se ve afectado por la cantidad de dióxido de carbono en el aire. Ahora nos dirigimos a un momento en el que los niveles de CO2 pueden ser tan altos como hace 200 millones de años. los primeros tiempos de los dinosaurios. Esto nos da una forma potencial de ver cómo interactúan todos los factores. También tiene resonancia con nuestra búsqueda de vida en Marte, o para exoplanetas habitables.