Buque de perforación científica JOIDES Resolution. Los archivos de sedimentos obtenidos durante los programas de perforación oceánica dan a los científicos un vistazo a la historia climática de la Tierra y revelan el caos en el Sistema Solar. Recuadro:núcleos de sedimentos de aguas profundas a lo largo del límite Paleoceno-Eoceno. Las secciones de color marrón claro consisten principalmente en carbonato de calcio, mientras que la sección de color rojo oscuro / marrón es una capa de arcilla, que representa el inicio de un intervalo de intenso calentamiento global y acidificación de los océanos hace 56 millones de años, conocido como Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno. Crédito:Programa Integrado de Perforación Oceánica
Un día es el momento para que la Tierra haga una rotación completa sobre su eje, un año es el momento para que la Tierra haga una revolución alrededor del Sol, recordatorios de que las unidades básicas de tiempo y los períodos en la Tierra están íntimamente vinculados al movimiento de nuestro planeta en el espacio en relación con el Sol. De hecho, la mayoría de las veces vivimos nuestras vidas al ritmo de estos ciclos astronómicos.
Lo mismo ocurre con los ciclos climáticos. Los ciclos de la luz solar diaria y anual provocan los cambios diarios familiares en la temperatura y las estaciones. En escalas de tiempo geológico (miles a millones de años), las variaciones en la órbita de la Tierra son el marcapasos de las edades de hielo (los llamados ciclos de Milankovitch). Los cambios en los parámetros orbitales incluyen excentricidad (la desviación de una órbita circular perfecta), que se pueden identificar en archivos geológicos, como una huella digital.
La datación de los archivos geológicos se ha visto revolucionada por el desarrollo de la llamada escala de tiempo astronómica, un "calendario" del pasado que proporciona edades de períodos geológicos basados en la astronomía. Por ejemplo, Los ciclos en mineralogía o química de archivos geológicos se pueden combinar con ciclos de una solución astronómica (parámetros astronómicos calculados en el pasado a partir del cálculo de las órbitas planetarias hacia atrás en el tiempo). La solución astronómica tiene un reloj incorporado y, por lo tanto, proporciona una cronología precisa para el registro geológico.
Sin embargo, Los geólogos y astrónomos han luchado para extender la escala de tiempo astronómico más atrás de unos cincuenta millones de años debido a un obstáculo importante:el caos del sistema solar, lo que hace que el sistema sea impredecible más allá de cierto punto.
En un nuevo estudio publicado en la revista Ciencias , Richard Zeebe de la Universidad de Hawai'i en Manoa y Lucas Lourens de la Universidad de Utrecht ofrecen ahora una forma de superar el obstáculo. El equipo utilizó registros geológicos de núcleos de perforación de aguas profundas para restringir la solución astronómica y, Sucesivamente, usó la solución astronómica para extender la escala de tiempo astronómico en aproximadamente 8 millones de años. La aplicación adicional de su nuevo método promete llegar aún más atrás en el tiempo, un paso y registro geológico a la vez.
Por un lado, Zeebe y Lourens analizaron datos de sedimentos de núcleos de perforación en el Océano Atlántico Sur durante el Paleoceno tardío y el Eoceno temprano, California. Hace 58-53 millones de años (Ma). Los ciclos de sedimentos mostraron una expresión notable de un parámetro particular de Milankovitch, Excentricidad orbital de la Tierra. Por otra parte, Zeebe y Lourens calcularon una nueva solución astronómica (denominada ZB18a), que mostró un acuerdo excepcional con los datos del núcleo de perforación del Atlántico Sur.
Ilustración de trayectorias caóticas (sección de Poincaré, velocidad versus posición) en un sistema dinámico simple (péndulo forzado) a partir de resonancias superpuestas. Las estructuras de curvas cerradas que parecen anillos en un objetivo de tiro son regiones de estabilidad, mientras que densamente lleno, las áreas punteadas son regiones del caos. También se sospecha que las resonancias interactivas causan caos en el Sistema Solar, aunque significativamente más complejo que el sistema simple que se describe aquí. Crédito:Richard Zeebe
"Esto fue realmente impresionante, ", Dijo Zeebe." Teníamos esta curva basada en datos de sedimentos de más de 50 millones de años extraídos del fondo del océano y luego la otra curva basada completamente en la integración física y numérica del sistema solar. Así que las dos curvas se derivaron de forma totalmente independiente, sin embargo, parecían casi gemelos idénticos ".
Zeebe y Lourens no son los primeros en descubrir tal acuerdo; el gran avance es que su ventana de tiempo es mayor de 50 Ma, donde las soluciones astronómicas no concuerdan. Probaron 18 soluciones publicadas diferentes, pero ZB18a ofrece la mejor coincidencia con los datos.
Las implicaciones de su trabajo van mucho más allá. Usando su nueva cronología, proporcionan una nueva era para el límite Paleoceno-Eoceno (56.01 Ma) con un pequeño margen de error (0.1%). También muestran que el inicio de un gran evento climático antiguo, el Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno (PETM), ocurrió cerca de un máximo de excentricidad, lo que sugiere un disparador orbital para el evento. El PETM es considerado el mejor paleoanálogo para la liberación antropogénica de carbono presente y futura, sin embargo, el desencadenante del PETM ha sido ampliamente debatido. Sin embargo, las configuraciones orbitales entonces y ahora son muy diferentes, lo que sugiere que los impactos de los parámetros orbitales en el futuro probablemente serán menores que hace 56 millones de años.
Zeebe advirtió, sin embargo, "Nada de esto mitigará directamente el calentamiento futuro, así que no hay razón para restar importancia a las emisiones de carbono antropogénicas y al cambio climático ".
En cuanto a las implicaciones para la astronomía, el nuevo estudio muestra huellas inconfundibles del caos del sistema solar alrededor de 50 Ma. El equipo encontró un cambio en las frecuencias relacionadas con las órbitas de la Tierra y Marte, afectando su modulación de amplitud (a menudo llamado un "ritmo" en la música).
"Puedes escuchar la modulación de amplitud al afinar una guitarra. Cuando dos notas son casi iguales, esencialmente escuchas una frecuencia, pero la amplitud varía lentamente, eso es un latido, "Zeebe explicó. En sistemas no caóticos, las frecuencias y los latidos son constantes en el tiempo, pero pueden cambiar y cambiar en sistemas caóticos (llamado transición de resonancia). Zeebe agregado, "El cambio de ritmos es una clara expresión de caos, lo que hace que el sistema sea fascinante pero también más complejo. Irónicamente, el cambio de latidos es también precisamente lo que nos ayuda a identificar la solución y ampliar la escala de tiempo astronómico ”.
