الفلك

كيف تغير مدار الأرض على مدى مئات الملايين أو بلايين السنين؟

كيف تغير مدار الأرض على مدى مئات الملايين أو بلايين السنين؟

أولاً ، أعلم أن نمذجة الميكانيكا المدارية لثمانية كواكب أمر صعب ، ولكن هناك بعض النظريات ، على سبيل المثال ، يُعتقد أن كوكب المشتري قد تحرك باتجاه الشمس ثم بدأ في التحرك بعيدًا. مقالة - سلعة

وأورانوس ونبتون ربما يكونا قد بدّلوا البقع المادة

هل هناك أي دليل جيد على كيفية تغير مدار الأرض بمرور الوقت. أتذكر أنني قرأت بعض الأدلة الجيولوجية على أن السنة كانت أطول ، مما يعني أن الأرض كانت بعيدة عن الشمس ، لكنني منذ ذلك الحين لم أتمكن من العثور على هذه المقالة ، ولأغراض هذا السؤال ، دعونا نحسب يومًا على أنه 24 ساعة على الرغم من أن اليوم كان أقصر قليلاً قبل مئات الملايين أو بلايين السنين. - حاشية سفلية ، ما زلت غير قادر على العثور على هذه المقالة ولكن ما يحدث لي ، كان من الممكن أن يكون هناك أيام أقصر ، وليس سنوات أطول - لذا ، خذ هذا الجزء بحذر.

هل هناك أي دراسات جيدة حول عدد أيام 24 ساعة في السنة ، 100 ، 300 ، 500 ، 800 مليون سنة مضت؟ أو منذ 1 أو 2 مليار سنة؟ إما النمذجة الجيولوجية أو المدارية؟ هل يُفضل شيئًا يستطيع الشخص العادي قراءته ، وليس شيئًا مكتوبًا بواسطة الدكتوراه ولأجله؟

أو أي ملخصات جيدة ، وشجع أيضا. شكرا.

لقد عثرت أيضًا على هذه المقالة ، لكنها تبدو نظرية أكثر من كونها قائمة على الأدلة. http://www.futurity.org/did-orbit-mishap-save-earth-from-freezing/


ما يحكم الفترة المدارية للأرض هو الزخم الزاوي المداري وكتلة الشمس. حدثان غيرا بالتأكيد الفترة المدارية للأرض (أ) أيا كان الاصطدام الذي شكل القمر و (ب) العملية المستمرة لفقدان الكتلة من الشمس. الاحتمال الثالث (ج) هو أن عزم المد والجزر من الشمس قد زاد من الزخم الزاوي للأرض.

بالنظر إلى أن (أ) حدث على الأرجح في وقت ما في عشرات الملايين من السنين الأولى ومن المحتمل أنه لم يغير الزخم الزاوي للأرض بشكل كبير - فهو يعتمد على سرعة وكتلة واتجاه المصادم وكمية الكتلة المفقودة من الأرض والقمر النظام - سأتجاهله.

(ب). يبدو ، من ملاحظات نظائرها الشمسية الأحدث ، أن فقدان الكتلة من الشمس المبكرة كان أكبر بكثير من المعدل المتواضع الذي تفقد به الكتلة الآن عن طريق الرياح الشمسية. تشير مراجعة أجراها Guedel (2007) إلى أن معدل خسارة الكتلة على مدار 4.5 مليار سنة الماضية يزيد بمقدار $ t ^ {- 2.3} $ (مع قدر كبير من عدم اليقين بشأن مؤشر قانون القوة) ، حيث $ t $ هو الوقت منذ الولادة ، و تشير إلى كتلة شمسية أولية بين 1٪ و 7٪ أكبر مما هي عليه الآن.

يعني الحفاظ على الزخم الزاوي وقانون كبلر الثالث أن $ a propto M ^ {- 1} $ و $ P propto M ^ {- 2} $. لذلك كانت الفترة المدارية للأرض أقصر بنسبة 2-14٪ في الماضي بسبب فقدان الكتلة الشمسية ، ولكنها كانت قريبة من قيمتها الحالية خلال آخر 2-3 مليار سنة.

إذا كان الاعتماد على وقت قانون طاقة الرياح الشمسية شديد الانحدار ، فإن معظم فقدان الكتلة حدث في وقت مبكر ، لكن خسارة الكتلة الإجمالية كانت ستكون أكبر. من ناحية أخرى ، فإن خسارة الكتلة الكلية الأقل تعني خسارة كتلة ضحلة وتقضي الأرض وقتًا أطول في مدار أصغر.

(ج) يزيد عزم المد والجزر الذي تمارسه الشمس على مدار الأرض والشمس من الفصل المداري ، لأن فترة دوران الشمس أقصر من الفترة المدارية للأرض. يطبق "انتفاخ" المد والجزر الناتج عن الأرض عزم دوران يزيد من الزخم الزاوي المداري ، مثل تأثير الأرض على القمر.

تحديد هذا صعب. عزم المد والجزر على كوكب من الشمس هو $$ T = frac {3} {2} frac {k_E} {Q} frac {GM _ { odot} ^ {2} R_ {E} ^ {5 }} {a ^ 6}، $$ حيث $ R_E $ هو نصف قطر الأرض و $ k_E / Q $ هو نسبة رقم الحب المد والجزر و $ Q $ عامل تبديد المد والجزر (انظر Sasaki et al. (2012).

تشير ملاحظات المحاضرة هذه إلى قيم $ k_E / Q sim 0.1 $ للأرض وبالتالي عزم المد والجزر 4 دولارات مرات 10 ^ {16} $ نيوتن متر. بالنظر إلى أن الزخم الزاوي المداري للأرض هو $ sim 3 times 10 ^ {40} $ kgm $ ^ 2 $ s $ ^ {1} $ ، فإن النطاق الزمني لتغيير الزخم الزاوي للأرض (وبالتالي $ a $ و $ P $) هو $> 10 ^ {16} $ سنة ، وبالتالي يكون هذا التأثير ضئيلة.


يختلف الانحراف المداري للأرض بمرور الوقت من كونه دائريًا تقريبًا (انحراف منخفض قدره 0.0034) وإهليلجي معتدل (انحراف مرتفع يبلغ 0.058). يستغرق الأمر ما يقرب من 100000 عام حتى تمر الأرض بدورة كاملة. في فترات الانحراف الشديد ، يمكن أن يتقلب التعرض للإشعاع على الأرض بشكل أكبر بين فترات الحضيض والأوج. هذه التقلبات هي بالمثل أكثر اعتدالًا في أوقات الانحراف المنخفض. في الوقت الحالي ، يبلغ الانحراف المداري للأرض حوالي 0.0167 ، مما يعني أن مدارها أقرب إلى أن يكون في أقصى درجاته.


منذ القصف الثقيل المتأخر ، لا يمكن أن يتغير مدار الأرض كثيرًا. بعد كل شيء ، كانت الحياة هنا منذ ذلك الحين. يعتقد معظم العلماء أن الإجابة على مفارقة الشمس الباهتة هي أن الغلاف الجوي لثاني أكسيد الكربون أكثر ثخانة وليس الأرض أقرب منه. في تاريخ النظام الشمسي السابق ، ربما كان كوكب المشتري قد "رعى" الأرض عندما هاجر عن قرب.


يتغير الغطاء النباتي على الأرض اليوم بشكل أسرع مما كان عليه على مدار الثمانية عشر ألف عام الماضية

اكتشف مسح عالمي لحبوب اللقاح الأحفورية أن الغطاء النباتي للكوكب يتغير على الأقل بسرعة اليوم كما حدث عندما تراجعت الصفائح الجليدية الأخيرة منذ حوالي 10000 عام. منذ حوالي 3000 إلى 4000 عام ، بدأت المجتمعات النباتية على الأرض تتغير بوتيرة متسارعة. اليوم ، تنافس هذه الوتيرة أو تتجاوز معدل الدوران السريع الذي حدث مع تسابق النباتات لاستعمار المناظر الطبيعية المجمدة سابقًا والتكيف مع المناخ العالمي الذي ارتفعت درجة حرارته بنحو 10 درجات فهرنهايت.

تم نشر البحث في 20 مايو في علم، يشير إلى أن التأثير المهيمن للبشرية على النظم البيئية المرئي اليوم يعود أصله إلى الحضارات المبكرة وظهور الزراعة وإزالة الغابات والطرق الأخرى التي أثر بها جنسنا البشري على المناظر الطبيعية.

يشير هذا العمل أيضًا إلى أن معدلات تغير النظام البيئي ستستمر في التسارع خلال العقود القادمة ، حيث يضيف تغير المناخ الحديث إلى هذا التاريخ الطويل من التدفق. ومن خلال إظهار أن اتجاهات التنوع البيولوجي الأخيرة هي بداية تسارع طويل الأجل في تحولات النظام البيئي ، توفر الدراسة الجديدة سياق التقارير الحديثة الأخرى التي تشير إلى تسارع تغيرات التنوع البيولوجي العالمي خلال القرن الماضي.

قاد التعاون الدولي للعلماء التحليل الجديد ، الذي كان مدعومًا بقاعدة بيانات مبتكرة لبيانات علم الأحياء القديمة. تعد قاعدة بيانات علم الأحياء القديمة من Neotoma أداة متاحة للوصول تجمع وتنظم البيانات حول النظم البيئية السابقة من مئات العلماء. يرأس Neotoma أستاذ الجغرافيا بجامعة ويسكونسن ماديسون جاك ويليامز ، الذي ساعد في قيادة البحث الجديد.

قام مؤلفو الدراسة بتحليل أكثر من 1100 سجل لحبوب اللقاح الأحفوري من Neotoma ، والتي تغطي جميع القارات باستثناء القارة القطبية الجنوبية ، لفهم كيف تغيرت النظم البيئية النباتية منذ نهاية العصر الجليدي الأخير منذ حوالي 18000 عام ، ومدى سرعة حدوث هذا التغيير.

يقول ويليامز ، الذي يشرف أيضًا على قاعدة بيانات حبوب اللقاح في أمريكا الشمالية لـ Neotoma: "في نهاية العصر الجليدي ، كان لدينا تحويلات كاملة على نطاق المنطقة الأحيائية في النظام البيئي". "وعلى مدى بضعة آلاف من السنين الماضية ، أصبحنا على هذا النطاق مرة أخرى. لقد تغير كثيرًا. وبدأت هذه التغييرات في وقت أبكر مما كنا نعتقد من قبل."

توفر حبوب اللقاح الأحفورية مقياسًا شديد الحساسية لمجتمعات النباتات السابقة. عندما تسقط حبوب اللقاح من النباتات المحيطة في البحيرات ، فإنها تستقر في طبقات من الأقدم في الأسفل إلى الأحدث في الأعلى. يمكن للعلماء استخراج نوى الرواسب والقيام بعمل شاق لتحديد حبوب اللقاح وإعادة بناء النظم البيئية للنباتات على مدى آلاف السنين.

ومع ذلك ، فإن كل لب من الرواسب لا يوفر سوى معلومات حول مكان واحد على الأرض ، لذا فإن التحليلات العالمية الحقيقية لتغير الغطاء النباتي في الماضي تتطلب تجميع وتنظيم العديد من هذه السجلات. لقد جمع الورم الجديد الآلاف من نقاط البيانات هذه لمساعدة العلماء في الكشف عن الاتجاهات العالمية. تعاون باحثون من جامعة بيرغن في النرويج ، UW-Madison ، ومسؤولو بيانات Neotoma من جميع أنحاء العالم لإجراء التحليل الجديد.

باستخدام سجلات حبوب اللقاح هذه ، طبق الفريق طرقًا إحصائية جديدة لتحليل مدى سرعة تغير المجتمعات النباتية في آخر 18000 عام.

اكتشفوا أن معدل التغيير بلغ ذروته في البداية بين 8000 و 16000 سنة ، اعتمادًا على القارة. من المحتمل أن تكون هذه الاختلافات القارية ناتجة عن اختلاف توقيت وأنماط تغير المناخ المرتبط بانحسار الأنهار الجليدية ، وارتفاع تركيزات ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي ، والتغيرات في مدار الأرض ، والتغيرات في دوران المحيطات والغلاف الجوي.

ثم استقرت النظم البيئية حتى حوالي 4000 سنة مضت. بعد ذلك ، بدأ معدل التغيير في الارتفاع النيزكي الذي يستمر حتى يومنا هذا ، عندما تتغير معظم النظم البيئية النباتية على الأقل بنفس السرعة التي تغيرت بها في ذروة التدفق الناجم عن العصر الجليدي.

"كان هذا اكتشافًا مفاجئًا ، لأنه على مدار آلاف السنين القليلة الماضية ، لم يكن هناك الكثير من الأحداث المناخية ، ولكن معدلات تغير النظام البيئي كانت كبيرة أو أكبر من أي شيء رأيناه من العصر الجليدي الأخير إلى الوقت الحاضر ،" يقول ويليامز.

على الرغم من أن هذا التحليل لسجلات حبوب اللقاح ركز على اكتشاف التغيرات في النظام البيئي ، بدلاً من تحديد الأسباب رسميًا ، فإن هذه التغييرات الحديثة في النظام البيئي ترتبط ببداية الزراعة المكثفة والمدن والحضارات المبكرة حول العالم.

يقول ويليامز إن إحدى السمات المثيرة للاهتمام لهذه التحليلات هي أن الارتفاع المبكر كان مبكرًا جدًا في جميع أنحاء العالم ، على الرغم من أن كل قارة لديها مسارات مختلفة لاستخدام الأراضي والتنمية الزراعية والتحضر.

صاغ العلماء مصطلح الأنثروبوسين لوصف العصر الجيولوجي الحديث ، عندما كان البشر هم التأثير المهيمن على العالم. "وكان أحد الأسئلة ، متى بدأ الأنثروبوسين؟" يقول ويليامز. "يشير هذا العمل إلى أنه منذ 3000 إلى 4000 عام ، كان للبشر بالفعل تأثير هائل على العالم (و) يستمر حتى اليوم."

يقول العلماء إن الأثر المثير للقلق من هذا العمل هو أنه في الماضي ، كانت فترات تحولات النظام البيئي التي يقودها تغير المناخ وتلك التي يقودها استخدام الأراضي منفصلة إلى حد كبير. ولكن الآن ، يستمر الاستخدام المكثف للأراضي ، ويزداد ارتفاع درجة حرارة العالم بمعدل متزايد بسبب تراكم غازات الدفيئة. نظرًا لأن المجتمعات النباتية تستجيب لمزيج من التأثيرات البشرية المباشرة وتغير المناخ بفعل الإنسان ، فقد تحطم المعدلات المستقبلية لتحول النظام البيئي أرقامًا قياسية جديدة مرة أخرى.

تم دعم هذا العمل جزئيًا من قبل مؤسسة العلوم الوطنية (المنح 1550707 و 1550805 و 1948926).


تُظهر أدلة صلبة كيف يؤثر مدار الأرض غريب الأطوار على تغير المناخ

من المحتمل أنك تتخيل رحلة الأرض السنوية حول الشمس على أنها دائرة إلى حد ما ، لكن هذا صحيح فقط في بعض الأوقات. لطالما اقترحت النماذج أن مدار كوكبنا يتحول من دائري إلى بيضاوي الشكل ويعود مرة أخرى على مدى مئات الآلاف من السنين ، وهو ما يلعب دورًا في تقلبات المناخ الطبيعية. الآن ، وجد العلماء أول دليل مادي للدورة ، وتتبعوها إلى ما قبل الديناصورات.

تمر الأرض بدورات منتظمة واسعة النطاق من العصور الجليدية وفترات أكثر دفئًا ، مدفوعة بمجموعة كاملة من العوامل. بعض المساهمين الرئيسيين هم ما يُعرف باسم دورات ميلانكوفيتش ، إلى جانب الاختلافات في المسار المداري للأرض (ركوب الدراجات كل 100000 عام) ، وميلها المحوري (على دورة مدتها 41000 عام) و "تذبذب" دورانها (على دورة 23000 سنة). تؤثر هذه على كمية الطاقة الشمسية التي تضرب نصف الكرة الشمالي في أوقات مختلفة من العام ، وبالتالي تؤثر على مناخ الكوكب على المدى الطويل.

لكن العلماء يشتبهون منذ فترة طويلة في دورة أخرى أطول بكثير تقع فوقهم. كل 405000 سنة أو نحو ذلك ، يتحول شكل مدار الأرض من دائري تمامًا تقريبًا إلى بيضاوي الشكل قليلاً ، وذلك بفضل التفاعلات المعقدة بين الأرض والكواكب الأخرى ، ولا سيما أقرب جيراننا كوكب الزهرة وتأثير الجاذبية الهائل للمشتري. تم إرجاع هذا إلى حوالي 50 مليون سنة ، ولكن مع وجود العديد من الأجزاء المتحركة ، يصبح كل شيء غامضًا قليلاً كلما نظرت إلى الخلف.

يقول دينيس كينت ، المؤلف الرئيسي لـ دراسة. "جمال هذا هو أنه يقف بمفرده. لا يتغير. كل الآخرين يتحركون فوقه."

تمكن الباحثون من تحديد تاريخ لب الصخور من خلال تحليل النظائر في طبقات من الرماد البركاني ، وكذلك من خلال إشارات واضحة تركت أثناء انعكاسات القطب المغناطيسي.

في السابق ، تم افتراض هذه الدورة الأطول بناءً على حسابات حركات الكواكب ، ولكن الآن وجد باحثون من جامعة كولومبيا وجامعة روتجرز أول دليل مادي على ذلك. حفر الفريق النوى الصخرية على عمق 1500 قدم (457 مترًا) من حديقة Petrified Forest الوطنية في ولاية أريزونا ، وقارنوها بنوى عميقة مماثلة من نيويورك ونيوجيرسي.

من خلال تحليل اضمحلال النظائر في طبقات الرماد البركاني المنتشر عبر الصخور ، تمكن الفريق من تأريخ نوى أريزونا ما بين 209 و 215 مليون سنة مضت. هذا يضعهم في أواخر العصر الترياسي ، حول بداية عصر الديناصورات. تمكن الباحثون أيضًا من رؤية علامات واضحة لانعكاسات المجال المغناطيسي ، وهي دورة منتظمة إلى حد ما حيث تنقلب الأقطاب المغناطيسية للأرض كل 200000 إلى 300000 عام.

قارن الباحثون نوى أريزونا بتلك الموجودة في نيويورك ونيوجيرسي ، وصطفوا نقاط الانعكاسات القطبية. أظهر الجمع بين مجموعتي البيانات أيضًا أنهما تشكلتا في نفس الوقت ولديهما خصائص متشابهة تشير إلى تأثير دورة طويلة المدى.

رفعت الدورة رأسها في الصخور على شكل فترات متناوبة شديدة الرطوبة والجفاف. تشير الطبقات الداكنة إلى الصخر الأسود المتكون في قاع البحيرات العميقة نتيجة للمواسم الأكثر رطوبة ، بينما تشير الصخور ذات الألوان الفاتحة إلى ظروف أكثر جفافاً. تدور هذه الظروف كل 405000 عام ، حيث تشير الأوقات المظلمة / الأكثر رطوبة إلى أن الأرض كانت في مدار شديد الانحراف ، بينما تمثل الأوقات الأخف / الأكثر جفافاً مسارًا دائريًا أكثر سلاسة.

يقول الباحثون إن هذه الدورة واسعة النطاق لا تؤثر بشكل مباشر على مناخ الأرض - وبدلاً من ذلك ، فإنها إما تقوي أو تضعف تأثيرات دورات ميلانكوفيتش الأصغر.

حفر الباحثون اللب الصخري من حديقة الغابة المتحجرة الوطنية في ولاية أريزونا

يقول كينت: "إنها نتيجة مذهلة لأن هذه الدورة الطويلة ، التي تم التنبؤ بها من خلال حركات الكواكب خلال حوالي 50 مليون سنة مضت ، تم تأكيدها خلال 215 مليون سنة على الأقل". "يمكن للعلماء الآن ربط التغيرات في المناخ والبيئة والديناصورات والثدييات والحفريات في جميع أنحاء العالم بهذه الدورة التي تبلغ 405000 عام بطريقة دقيقة للغاية."

نشر البحث في المجلة وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.


أثرت التغيرات المدارية على الأرض في المناخ وأشكال الحياة لما لا يقل عن 215 مليون سنة

كل 405000 عام ، تقوم قاطرات الجاذبية من كوكب المشتري والزهرة بإطالة مدار الأرض قليلاً ، وهو نمط ثابت بشكل مذهل أثر على مناخ كوكبنا لما لا يقل عن 215 مليون سنة ويسمح للعلماء بتحديد تاريخ أكثر دقة للأحداث الجيولوجية مثل انتشار الديناصورات ، وفقًا لما ذكره روتجرز. دراسة بقيادة.

تم نشر النتائج على الإنترنت اليوم في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم.

"إنها نتيجة مذهلة لأن هذه الدورة الطويلة ، التي تم توقعها من حركات الكواكب خلال حوالي 50 مليون سنة ، تم تأكيدها خلال 215 مليون سنة على الأقل ،" قال المؤلف الرئيسي دينيس في. كينت ، أستاذ مجلس المحافظين في قسم علوم الأرض والكواكب في جامعة روتجرز - نيو برونزويك. "يمكن للعلماء الآن ربط التغيرات في المناخ والبيئة والديناصورات والثدييات والحفريات في جميع أنحاء العالم بهذه الدورة التي تبلغ 405000 عام بطريقة دقيقة للغاية."

ربط العلماء الانتكاسات في المجال المغناطيسي للأرض - عندما تشير البوصلات إلى الجنوب بدلاً من الشمال والعكس بالعكس - بالرواسب التي تحتوي على الزركون وبدونه (معادن اليورانيوم التي تسمح بالتأريخ الإشعاعي) بالإضافة إلى دورات المناخ.

قال كينت ، الذي يدرس المجال المغناطيسي للأرض: "ترتبط الدورات المناخية ارتباطًا مباشرًا بكيفية دوران الأرض حول الشمس والتغيرات الطفيفة في ضوء الشمس الذي يصل إلى الأرض تؤدي إلى تغيرات مناخية وبيئية". "يتغير مدار الأرض من قريب إلى دائري تمامًا إلى حوالي 5 بالمائة ممدودًا خاصة كل 405000 عام."

درس العلماء السجل طويل المدى للانعكاسات في المجال المغناطيسي للأرض في الرواسب في حوض نيوارك ، بحيرة ما قبل التاريخ التي امتدت معظم ولاية نيوجيرسي ، وفي الرواسب ذات المخلفات البركانية بما في ذلك الزركون في تكوين تشينل في حديقة الغابة المتحجرة الوطنية في أريزونا. لقد جمعوا لبًا من الصخور من العصر الترياسي ، منذ حوالي 202 مليون إلى 253 مليون سنة. قال كينت إن النواة يبلغ قطرها 2.5 بوصة وطولها حوالي 1700 قدم.

وقال إن النتائج أظهرت أن الدورة التي تبلغ 405 آلاف عام هي النمط الفلكي الأكثر انتظامًا والمرتبط بالدوران السنوي للأرض حول الشمس.

قبل هذه الدراسة ، كانت التواريخ الدقيقة للوقت الذي انعكس فيه المجال المغناطيسي غير متوفرة لمدة 30 مليون سنة من أواخر العصر الترياسي. وذلك عندما ظهرت الديناصورات والثدييات وانفجرت قارة بانجيا العملاقة. قال كينت إن الانهيار أدى إلى تشكل المحيط الأطلسي ، مع انتشار قاع البحر مع تباعد القارات ، وحدث انقراض جماعي أثر على الديناصورات في نهاية تلك الفترة.

وقال "إن تطوير مقياس زمني دقيق للغاية يسمح لنا بقول شيء جديد عن الحفريات ، بما في ذلك الاختلافات والتشابهات في مناطق واسعة النطاق".


كوكب المشتري والزهرة يغيران الأرض ومدار # 8217s كل 405000 سنة

من الحقائق المعروفة بين علماء الأرض أن كوكبنا يخضع بشكل دوري لتغييرات كبيرة في مناخه. على مدار 200 مليون سنة الماضية ، شهد كوكبنا أربع فترات جيولوجية رئيسية (العصر الترياسي والجوراسي والطباشيري والحقبة الحديثة) وعصر جليدي رئيسي واحد (العصر الجليدي - العصر الجليدي الرباعي) ، كان لكل منها تأثير كبير على النبات والحياة الحيوانية ، وكذلك التأثير على مسار تطور الأنواع.

على مدى عقود ، أدرك الجيولوجيون أيضًا أن هذه التغييرات ترجع جزئيًا إلى التحولات التدريجية في مدار الأرض ، والتي تسببها كوكب الزهرة والمشتري ، وتتكرر بانتظام كل 405000 عام. ولكن لم يكتشف فريق من الجيولوجيين وعلماء الأرض حتى وقت قريب أول دليل على هذه التغييرات & # 8211 الرواسب وعينات الصخور الأساسية التي توفر سجلاً جيولوجيًا لكيفية حدوث هذه التغييرات ومتى حدثت.

الدراسة التي تصف النتائج التي توصلوا إليها ، بعنوان & # 8220 الدليل التجريبي لاستقرار دورة الانحراف عن كوكب المشتري والزهرة التي يبلغ طولها 405 كيلومترًا على مدى مئات الملايين من السنين & # 8221 ، ظهرت مؤخرًا في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية. قاد الدراسة دينيس ف. بينت ، وهو أستاذ في مجلس المحافظين من جامعة روتجرز - نيو برونزويك ، وضم أعضاء من مرصد لامونت دوهرتي للأرض ، ومركز بيركلي لعلم الأرض ، ومنتزه الغابة المتحجرة الوطني في أريزونا ، والعديد من الجامعات.

البروفيسور دينيس كينت مع جزء من قلب صخري يبلغ طوله 1700 قدم تم الحصول عليه من حديقة Petrified Forest National Park في ولاية أريزونا. الائتمان: نيك رومانينكو / جامعة روتجرز

كما لوحظ ، فإن فكرة أن الأرض تشهد تغيرات دورية في مناخها (والتي ترتبط بالتغيرات في مدارها) كانت مفهومة منذ ما يقرب من قرن. تتكون هذه التغييرات من دورات ميلانكوفيتش ، والتي تتكون من دورة مدتها 100000 عام في الانحراف المركزي لمدار الأرض & # 8217 ، ودورة مدتها 41000 عام في ميل محور الأرض & # 8217s بالنسبة إلى مستواه المداري ، وتسبب دورة مدتها 21000 عام بالتغيرات في محور الكوكب & # 8217.

إلى جانب التأرجح الذي يبلغ 405000 عام ، والذي ينتج عن تأثير الجاذبية للزهرة والمشتري ، فإن هذه التحولات تسبب تغيرات في مقدار الطاقة الشمسية التي تصل إلى أجزاء من كوكبنا ، مما يؤثر بدوره على مناخ الأرض و 8217. استنادًا إلى سجلات الحفريات ، من المعروف أيضًا أن هذه الدورات كان لها تأثير عميق على الحياة على الأرض ، والذي من المحتمل أن يكون له تأثير على مسار تطور الأنواع. كما أوضح البروفيسور بنت في بيان صحفي لـ Rutgers Today:

ترتبط دورات المناخ ارتباطًا مباشرًا بكيفية دوران الأرض حول الشمس والتغيرات الطفيفة في ضوء الشمس الذي يصل إلى الأرض تؤدي إلى تغيرات مناخية وإيكولوجية. يتغير مدار الأرض من قريب من دائري تمامًا إلى حوالي 5 بالمائة ممدودًا خاصة كل 405000 عام. "

من أجل دراستهم ، حصل البروفيسور كينت وزملاؤه على عينات من الرواسب من حوض نيوارك ، بحيرة ما قبل التاريخ التي امتدت معظم ولاية نيوجيرسي ، وعينة صخرية أساسية من تكوين تشينل في حديقة الغابة المتحجرة الوطنية في أريزونا. يبلغ قياس هذا الصخر الأساسي حوالي 518 مترًا (1700 قدمًا) ، وقطره 6.35 سم (2.5 بوصة) ، ويرجع تاريخه إلى العصر الترياسي & # 8211 كاليفورنيا. منذ 202 إلى 253 مليون سنة.

داخل الصخور القديمة في أريزونا & # 8217s Petrified Forest National Park ، حدد العلماء علامات الاختلاف المنتظم في مدار الأرض & # 8217s الذي يؤثر على المناخ. الائتمان: كيفن كراجيك / مرصد لامونت دوهرتي للأرض

قام الفريق بعد ذلك بربط الانتكاسات في المجال المغناطيسي للأرض & # 8217s & # 8211 حيث يتحول القطب الشمالي والجنوبي & # 8211 إلى رواسب مع أو بدون الزركون (المعادن مع اليورانيوم التي تسمح بالتأريخ الإشعاعي) وكذلك دورات المناخ في السجل الجيولوجي . ما أظهره ذلك هو أن دورة 405.000 سنة هي النمط الفلكي الأكثر انتظامًا والمرتبط بمدار الأرض السنوي حول الشمس.

كما أشارت النتائج إلى أن الدورة كانت مستقرة لمئات الملايين من السنين وما زالت نشطة حتى اليوم. كما أوضح البروفيسور كينت ، يشكل هذا أول دليل يمكن التحقق منه على أن الميكانيكا السماوية لعبت دورًا تاريخيًا في التحولات الطبيعية في مناخ الأرض. كما أشار البروفيسور كينت:

"إنها نتيجة مذهلة لأن هذه الدورة الطويلة ، التي تم التنبؤ بها من خلال حركات الكواكب خلال حوالي 50 مليون سنة مضت ، تم تأكيدها خلال 215 مليون سنة على الأقل. يمكن للعلماء الآن ربط التغييرات في المناخ ، والبيئة ، والديناصورات ، والثدييات ، والحفريات في جميع أنحاء العالم بهذه الدورة التي تبلغ 405000 عام بطريقة دقيقة للغاية ".

في السابق ، كان علماء الفلك قادرين على حساب هذه الدورة بشكل موثوق يعود إلى حوالي 50 مليون سنة ، لكنهم وجدوا أن المشكلة أصبحت معقدة للغاية قبل ذلك بسبب ظهور العديد من الحركات المتغيرة. & # 8220 هناك دورات مدارية أخرى أقصر ، ولكن عندما تنظر إلى الماضي ، من الصعب جدًا معرفة أي واحدة تتعامل معها في أي وقت ، لأنها تتغير بمرور الوقت ، & # 8221 قال البروفيسور. كينت. & # 8220 جمال هذا هو أنه يقف بمفرده. لا يتغير & # 8217t. كل الآخرين يتحركون فوقه. & # 8221

القارة العملاقة بانجيا خلال العصر البرمي (300 & # 8211 250 مليون سنة مضت). الائتمان: NAU Geology / Ron Blakey

بالإضافة إلى ذلك ، لم يتمكن العلماء من الحصول على تواريخ دقيقة فيما يتعلق بوقت انعكاس المجال المغناطيسي للأرض لمدة 30 مليون سنة من أواخر العصر الترياسي & # 8211 بين كاليفورنيا. قبل 201.3 و 237 مليون سنة. كانت هذه فترة حاسمة لتطور الحياة الأرضية لأنها كانت عندما تفككت شبه القارة العملاقة في بانجيا ، وأيضًا عندما ظهرت الديناصورات والثدييات لأول مرة.

أدى هذا التفكك إلى تكوين المحيط الأطلسي حيث انجرفت القارات وتزامن مع حدث الانقراض الجماعي بنهاية الفترة التي أثرت فيها الديناصورات. مع هذا الدليل الجديد ، سيتمكن علماء الجيولوجيا وعلماء الحفريات وعلماء الأرض من تطوير جداول زمنية دقيقة للغاية وتصنيف الأدلة الأحفورية المؤرخة بهذه الفترة بدقة ، والتي تظهر الاختلافات والتشابهات في مناطق واسعة النطاق.


التغيرات في طاقة الشمس

تمر الشمس بدورات البقع الشمسية كل 11 سنة أو نحو ذلك. خلال الأوقات التي تكون فيها البقع الشمسية ، والبقع الداكنة و mdashsome كبيرة تصل إلى 50000 ميل عرضًا و mdashmove عبر سطح الشمس. عندما يحدث هذا ، تعطي الشمس طاقة أكثر بقليل ، مما يجعل الأرض أكثر دفئًا قليلاً. تمر الشمس أيضًا بتغييرات طويلة المدى تؤثر على مقدار الطاقة التي تطلقها.


المحفوظات الصلبة تسجل الاختلافات في مدار الأرض

يكشف بحث جيولوجي جديد عن معلومات حول مدار الأرض ومناخها منذ مليارات السنين. الائتمان: شترستوك

يخضع شكل مدار الأرض حول الشمس واتجاه محورها لتغيرات منتظمة على مدى فترات تتراوح من آلاف إلى ملايين السنين. تؤثر هذه الاختلافات - المعروفة باسم دورات ميلانكوفيتش على اسم الجيوفيزيائي الصربي ميلوتين ميلانكوفيتش - على كمية ضوء الشمس التي تصل إلى سطح الكوكب.

تعد دورات ميلانكوفيتش واحدة من المحركات الرئيسية لمناخنا. نحن نعرف الكثير عن هذه الاختلافات في الوقت الحاضر لأنه يمكننا قياسها بدقة. الدليل على التغيرات المناخية بسبب التغيرات في مدار الأرض موجود في السجل الجيولوجي على مدى مئات الملايين من السنين الماضية. تظهر الأدلة كتغيرات في سمك وتكوين الطبقات الرسوبية للصخور.

ومع ذلك ، نادرًا ما يُعرف أي شيء عن هذه التغيرات المناخية في الماضي ، مع الأخذ في الاعتبار أن عمر الأرض 4.5 مليار سنة. لم نتمكن سابقًا من معرفة الكثير عن كيفية تنوع دورات ميلانكوفيتش هذه عبر تاريخ الأرض - حتى الآن.

نحن جزء من فريق دولي صغير من الباحثين من جامعة أوتريخت وجامعة جنيف وجامعة كيبيك في مونتريال الذين يجرون فحصًا دقيقًا لأنماط الطبقات الإيقاعية في الصخور. ثم نقوم بدمجها مع تحديدات عمرية دقيقة لحساب المعدل الذي تترسب فيه الرواسب. هذا يمكننا من الكشف عن أسرار المناخ للأرض منذ مليارات السنين.

في مكان واحد ، تختلف أنواع الرواسب المودعة في وقت معين وفقًا للمناخ. درس العلماء هذه الاختلافات في السجل الرسوبي بالتفصيل ، مما أتاح تحديد التغيرات المناخية في الماضي بدقة. عادةً ما تكون الطريقة المستخدمة لدراسة هذه الاختلافات هي التحليل الطيفي ، حيث تحدد الأدوات الإحصائية ما إذا كانت هناك اختلافات دورية في طبقات الصخور.

تعد تشكيلات الحديد النطاقات التي يبلغ عمرها 2.5 مليار عام بمثابة أرشيف مناخي جديد يسجل إشارات دورية يمكن ربطها بالتغيرات في مدار الأرض حول الشمس. الائتمان: مارجريت لانتينك. قدم المؤلف

يمكن أن تكون تجربة فكرية بسيطة مفيدة لفهم كيف يمكن للتغيرات في المناخ أن تؤثر على السجل الصخري.

على سبيل المثال ، إذا كنت تقف على الشاطئ ، فإن موقع المحيط مرتبط بكمية ضوء الشمس التي تصل إلى سطح الأرض. إذا كانت الأرض بعيدة قليلاً عن الشمس ، أو كان محور الأرض متجهًا بعيدًا قليلاً ، فسيكون المناخ أكثر برودة. سيتم تخزين بعض المياه في المحيطات في الأنهار الجليدية على الأرض ، وهذا من شأنه أن يتسبب في انخفاض مستوى سطح البحر. ستكون بعد ذلك في الداخل وستكون الرواسب المترسبة تحت قدميك مختلفة اختلافًا جوهريًا عن رمال الشاطئ. سيحدث العكس إذا كانت الأرض أقرب قليلاً إلى الشمس ، فلن تقف على الشاطئ ، ولكن في مكان ما في قاع المحيط حيث يتسبب ذوبان الأنهار الجليدية في ارتفاع مستوى سطح البحر.

منذ مليارات السنين ، كانت الظروف على الأرض مختلفة اختلافًا جوهريًا عن الظروف الحالية: لم يكن هناك أكسجين حر في الغلاف الجوي ، وكان النشاط البركاني أكثر عنفًا ولم تتطور أي نباتات أو حياة متعددة الخلايا. ومع ذلك ، يجب أن تكون هناك تقلبات في مدار الأرض ومحورها والتي أثرت على المناخ في ذلك الوقت ، وربما أثرت حتى على الحياة المبكرة وكيمياء المحيطات.

تشكيلات الحديد النطاقات

كان فريق البحث لدينا يبحث عن أدلة على التغيرات المناخية الدورية في تكوينات الحديد النطاقات (BIFs) التي يبلغ عمرها 2.5 مليار عام. BIFs هي صخور ذات طبقات مميزة غنية بالحديد والتي ترسبت على نطاق واسع في قاع المحيط وتوجد الآن في أقدم الأجزاء الباقية من قشرة الأرض. لم يتم العثور على هذه الأنواع من الصخور في الوقت الحاضر وقد كافح العلماء لفهم كل من تكوينها ومظهرها النطاقات.

حتى الآن ، أوضح العلماء أن ترسب هذه التكوينات الحديدية وطبقاتها المنتظمة يرجع أساسًا إلى النشاط البركاني تحت البحر ، المصدر الحراري المائي للحديد. بالإضافة إلى ذلك ، قد يكون تطور عملية التمثيل الضوئي في هذا الوقت قد أنتج الأكسجين في الأجزاء الضحلة من المحيط. كان هذا من شأنه أن يتسبب في أكسدة الحديد المذاب في الماء وغير قابل للذوبان ، ثم يسقط في قاع المحيط.

تظهر مواقع البحث في جنوب إفريقيا الاختلافات الدورية في طبقات تكوينات الحديد النطاقات. قدم المؤلف

دراستنا هي الأولى التي تربط بشكل قاطع التناوب المنتظم في BIFs بالتغيرات الدورية في مدار الأرض حول الشمس ، بفترات 405.000 سنة و 1.4 إلى 1.6 مليون سنة. لقد حققنا ذلك من خلال الجمع بين التحليل الطيفي للطبقات الرسوبية في جنوب إفريقيا والتأريخ الدقيق جدًا لليورانيوم والرصاص لمعرفة معدل ترسب الرواسب. يظهر بحثنا أن دورات ميلانكوفيتش قبل 2.5 مليار سنة كان لها تأثير كبير على مناخ الكوكب وعلى ترسب الحديد في المحيطات.

وجدنا أن الدورة الحالية البالغة 405000 سنة حدثت منذ 2.5 مليار سنة. وجدنا أيضًا دورة تستغرق 1.4 إلى 1.6 مليون سنة. قد تكون هذه الدورة دورة ميلانكوفيتش الحديثة ، وهي أقرب دورة في الوقت الحاضر

2.4 مليون سنة. نفسر الاختلاف في التوقيت على أنه ناتج عن السلوك الفوضوي للكواكب في نظامنا الشمسي ، مما يؤثر على طول بعض دورات ميلانكوفيتش.

أرشيفات عالية الدقة

يشير هذا الاكتشاف المثير إلى أنه يمكن اعتبار BIFs أرشيفًا عالي الدقة للمناخ الفلكي قبل 2.5 مليار سنة. سيكون لهذه المعلومات آثار أساسية على فهمنا لكيفية تطور النظام الشمسي بمرور الوقت. حتى الآن ، تُظهر النماذج الفيزيائية الفلكية كيف يمكن أن يكون النظام الشمسي قد تشكل ، وقد مكنتنا التلسكوبات الحديثة من فهم شكل النظام الشمسي حاليًا. المعلومات حول كيفية وصولنا من البداية إلى التكوين الحالي مفقودة حاليًا.

سيكون المزيد من البحث حول الطبقات الدورية في BIFs مفتاحًا لفهم بالضبط كيف استجاب نظام مناخ الأرض المبكر للتغيرات الفلكية.

تم إعادة نشر هذه المقالة من The Conversation بموجب ترخيص المشاع الإبداعي. اقرأ المقال الأصلي.


& # 8220Game Changer & # 8221 & # 8211 Earth & # 8217s يتحول المدار كل 405000 عام: & # 8216 تقدم دورة رؤى جديدة حول تطور الديناصورات وتغير المناخ & # 8217

يقول العلماء الذين ينقبون في عمق الصخور القديمة في صحراء أريزونا إنهم وثقوا تحولًا تدريجيًا في مدار الأرض يتكرر بانتظام كل 405000 عام ، ويلعب دورًا في تقلبات المناخ الطبيعية. Astrophysicists have long hypothesized that the cycle exists based on calculations of celestial mechanics, but the authors of the new research have found the first verifiable physical evidence. They showed that the cycle has been stable for hundreds of millions of years, from before the rise of dinosaurs, and is still active today. The research may have implications not only for climate studies, but our understanding of the evolution of life on Earth, and the evolution of the Solar System.


The new study lends support to previous studies by others that claim to have observed signs of the 405,000-year cycle even further back, before 250 million years ago, says Linda Hinnov, a professor at George Mason University who studies the deep past “Among other things, she said, it “could lead to new insights into early dinosaur evolution.” She called the findings “a significant new contribution to geology, and to astronomy.”

Scientists have for decades posited that Earth’s orbit around the sun goes from nearly circular to about 5 percent elliptical, and back again every 405,000 years. The shift is believed to result from a complex interplay with the gravitational influences of Venus and Jupiter, along with other bodies in the Solar System as they all whirl around the Sun like a set of gyrating hula-hoops, sometimes closer to one another, sometimes further. Astrophysicists believe the mathematical calculation of the cycle is reliable back to around 50 million years, but after that, the problem gets too complex, because too many shifting motions are at play.

“There are other, shorter, orbital cycles, but when you look into the past, it’s very difficult to know which one you’re dealing with at any one time, because they change over time,” said lead author Dennis Kent, an expert in paleomagnetism at Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory and Rutgers University. “The beauty of this one is that it stands alone. It doesn’t change. All the other ones move over it.”

The new evidence lies within 1,500-foot-long cores of rock that Kent and his coauthors drilled from a butte in Arizona’s Petrified Forest National Park in 2013, plus earlier deep cores from suburban New York and New Jersey. The Arizona rocks in the study formed during the late Triassic, between 209 million and 215 million years ago, when the area was covered with meandering rivers that laid down sediments. Around this time, early dinosaurs started evolving.

The scientists nailed down the Arizona rocks’ ages by analyzing interspersed volcanic ash layers containing radioisotopes that decay at a predictable rate. Within the sediments, they also detected repeated reversals in the polarity of the planet’s magnetic field. The team then compared these findings to the New York-New Jersey cores, which penetrated old lakebeds and soils that hold exquisitely preserved signs of alternating wet and dry periods during what was believed to be the same time.

Kent and Olsen have long argued that the climate changes displayed in the New York-New Jersey rocks were controlled by the 405,000-year cycle. However, there are no volcanic ash layers there to provide precise dates. But those cores do contain polarity reversals similar to those spotted in Arizona. By combining the two sets of data, the team showed that both sites developed at the same time, and that the 405,000-year interval indeed exerts a kind of master control over climate swings. Paleontologist Paul Olsen, a coauthor of the study, said that the cycle does not directly change climate rather it intensifies or dampens the effects of shorter-term cycles, which act more directly.

The planetary motions that spur climate swings are known as Milankovitch cycles, named for the Serbian mathematician who worked them out in the 1920s. Boiled down to simplest terms, they consist of a 100,000-year cycle in the eccentricity of Earth’s orbit, similar to the big 405,000-year swing a 41,000-year cycle in the tilt of Earth’s axis relative to its orbit around the Sun and a 21,000-year cycle caused by a wobble of the planet’s axis. Together, these shifts change the proportions of solar energy reaching the Northern Hemisphere, where most of the planet’s land is located, during different parts of the year. This in turn influences climate.

In the 1970s, scientists showed that that Milankovitch cycles have driven repeated warming and cooling of the planet, and thus the waxing and waning of ice ages over the last few million years. But they are still arguing over inconsistencies in data over that period, and the cycles’ relationships to rising and falling levels of carbon dioxide, the other apparent master climate control. Understanding how this all worked in the more distant past is even harder. For one, the frequencies of the shorter cycles have almost certainly changed over time, but no one can say exactly by how much. For another, the cycles are all constantly proceeding against each other. Sometimes some are out of phase with others, and they tend to cancel each other out at others, several may line up with each other to initiate sudden, drastic changes. Making the calculation of how they all might fit together gets harder the further back you go.

Kent and Olsen say that every 405,000 years, when orbital eccentricity is at its peak, seasonal differences caused by shorter cycles will become more intense summers are hotter and winters colder dry times drier, wet times wetter. The opposite will be true 202,500 years later, when the orbit is at its most circular. During the late Triassic, for poorly understood reasons, the Earth was much warmer than it is now through many cycles, and there was little to no glaciation. Then, the 405,000-year cycle showed up in strongly alternating wet and dry periods. Precipitation peaked when the orbit was at its most eccentric, producing deep lakes that left layers of black shale in eastern North America. When the orbit was most circular, things dried up, leaving lighter layers of soil exposed to the air.

Jupiter and Venus exert such strong influences because of size and proximity. Venus is the nearest planet to us—at its farthest, only about 162 million miles—and roughly similar in mass. Jupiter is much farther away, but is the Solar System’s largest planet, 2.5 times bigger than all others combined.

Kent and Olsen say that because of all the competing factors at work, there is still much to learn. “This is truly complicated stuff,” said Olsen. “We are using basically the same kinds of math to send spaceships to Mars, and sure, that works. But once you start extending interplanetary motions back in time and tie that to cause and effect in climate, we can’t claim that we understand how it all works.” The metronomic beat of the 405,000-year cycle may eventually help researchers disentangle some of this, he said.

If you were wondering, the Earth is currently in the nearly circular part of the 405,000-year period. What does that mean for us? “Probably not anything very perceptible,” says Kent. “It’s pretty far down on the list of so many other things that can affect climate on times scales that matter to us.”

Kent points out that according to the Milankovitch theory, we should be at the peak of a 20,000-some year warming trend that ended the last glacial period the Earth may eventually start cooling again over thousands of years, and possibly head for another glaciation. “Could happen. Guess we could wait around and see,” said Kent. “On the other hand, all the CO2 we’re pouring into the air right now is the obvious big enchilada. That’s having an effect we can measure right now. The planetary cycle is a little more subtle.”


How Ancient Coral Revealed the Changing Length of a Year

The lines on fossilized specimens show that millions of years ago, it took 420 days for the Earth to complete an orbit around the sun.

The earth spins, the sun rises and sets, we have day and night. Each rotation cycle takes roughly 24 hours. But that hasn’t always been the case—and eventually, it will change again.

It takes the earth roughly 365 days and six hours to orbit the sun. If we didn’t have Leap Day on February 29 every four years to offset those extra hours, the calendar would slowly creep out of sync with the seasons. But our practice of adding an occasional extra day to our calendar won’t work forever—as it turns out, the earth’s rotation is slowing down over time. Days used to be much shorter. Hundreds of millions of years ago, the earth rotated 420 times around its axis in the time it took it to orbit the sun, rather than 365 and change. And fossilized corals from 430 million years ago can help prove it.

Corals, like tree trunks, bear records of growth periods—microscopically thin scars showing when the corals were growing rapidly and when they weren’t. The lines can help us differentiate between the busy growing seasons from year to year, and even from day to day.

“When a coral is growing, every day it puts down a fine layer of calcium carbonate,” said Paul Mayer, the fossil invertebrates collections manager at the Field Museum in Chicago. “Every day, there’s a deposit, and you can see how they stack up into monthly deposits linked to the lunar cycle.”

“You can see seasonality, where the corals grow more in the dry season than in the wet season,” he explained. “If you count up all the little lines between seasonalities, you get the number of days in the year.”

And those days per year are different depending on when the corals lived. Corals from the Silurian Period, 444-419 million years ago, show 420 little lines between seasonality bands, indicating that a year during that period was 420 days long. More recent corals from the Devonian Period, a few million years later, show that the earth’s spin had slowed down to 410 days per year.

So why is the Earth slowing down in the first place? It has to do with the earth’s relationship to the moon. “The moon used to be closer to us than it is now,” Mayer said. “In the Silurian Period, the full moon would have looked a lot bigger on the horizon.” When the Earth rotates, gravity pulls a bulge of ocean water toward the moon. That slow, sloshing water slows down the planet’s spin by a tiny bit. And when the Earth slows, its rotational energy is transferred to the moon, causing the moon to move faster and pull away from the earth, centimeter by centimeter. And over the course of millions of years, these infinitesimal adjustments to the earth’s rotation and the moon’s distance add up, eventually changing the day and night that our planet experiences.

“Who’d have thunk that a fossil coral could tell you that your calendars change over geologic time?” mused Mayer. “That’s one reason we collect these things at the Field. They show us how our planet changes”—in tiny, tiny differences that don’t matter until they do.


شاهد الفيديو: تغير اتجاه دوران الارض وشروق الشمس من مغربها انها نهاية العالم (شهر اكتوبر 2021).