Wetenschappers die diep in oude rotsen in de woestijn van Arizona boren, zeggen dat ze een geleidelijke verschuiving in de baan van de aarde hebben gedocumenteerd die zich elke 405 regelmatig herhaalt. 000 jaar, een rol spelen bij natuurlijke klimaatschommelingen. Astrofysici hebben lang de hypothese geopperd dat de cyclus bestaat op basis van berekeningen van de hemelmechanica, maar de auteurs van het nieuwe onderzoek hebben het eerste verifieerbare fysieke bewijs gevonden. Ze toonden aan dat de cyclus al honderden miljoenen jaren stabiel is, van voor de opkomst van dinosaurussen, en is vandaag de dag nog steeds actief. Het onderzoek kan niet alleen implicaties hebben voor klimaatstudies, maar ons begrip van de evolutie van het leven op aarde, en de evolutie van het zonnestelsel. Het verschijnt deze week in de Proceedings van de National Academy of Sciences .

Wetenschappers hebben decennialang geponeerd dat de baan van de aarde rond de zon van bijna cirkelvormig naar ongeveer 5 procent elliptisch gaat, en elke 405 weer terug, 000 jaar. Aangenomen wordt dat de verschuiving het gevolg is van een complex samenspel met de zwaartekrachtsinvloeden van Venus en Jupiter, samen met andere lichamen in het zonnestelsel terwijl ze allemaal rond de zon dwarrelen als een reeks ronddraaiende hoelahoep, soms dichter bij elkaar, soms verder. Astrofysici geloven dat de wiskundige berekening van de cyclus tot ongeveer 50 miljoen jaar terug betrouwbaar is. maar daarna, het probleem wordt te complex, omdat er te veel verschuivende bewegingen in het spel zijn.

"Er zijn andere, korter, orbitale cycli, maar als je naar het verleden kijkt, het is erg moeilijk om te weten met wie je op een bepaald moment te maken hebt, omdat ze in de loop van de tijd veranderen, " zei hoofdauteur Dennis Kent, een expert in paleomagnetisme aan de Lamont-Doherty Earth Observatory en Rutgers University van Columbia University. 'Het mooie van deze is dat hij op zichzelf staat. Hij verandert niet. Alle andere gaan eroverheen.'

Het nieuwe bewijs ligt binnen 1, 500 meter lange rotskernen die Kent en zijn co-auteurs in 2013 uit een butte in het Petrified Forest National Park in Arizona hebben geboord plus eerdere diepe kernen uit de buitenwijken van New York en New Jersey. De rotsen van Arizona in de studie gevormd tijdens het late Trias, tussen 209 miljoen en 215 miljoen jaar geleden, toen het gebied bedekt was met meanderende rivieren die sedimenten aflegden. Rond deze tijd, vroege dinosaurussen begonnen te evolueren.

De wetenschappers hebben de ouderdom van de rotsen in Arizona bepaald door tussenliggende vulkanische aslagen te analyseren die radio-isotopen bevatten die met een voorspelbare snelheid vervallen. Binnen de sedimenten, ze ontdekten ook herhaalde omkeringen in de polariteit van het magnetische veld van de planeet. Het team vergeleek deze bevindingen vervolgens met de kernen van New York-New Jersey, die doordrongen in oude meerbeddingen en bodems die prachtig bewaard gebleven tekenen bevatten van afwisselend natte en droge perioden tijdens wat naar men aannam tegelijkertijd te zijn.

Kent en Olsen hebben lang beweerd dat de klimaatveranderingen in de rotsen van New York-New Jersey werden gecontroleerd door de 405, 000-jarige cyclus. Echter, er zijn daar geen vulkanische aslagen om precieze data te geven. Maar die kernen bevatten polariteitsomkeringen die vergelijkbaar zijn met die in Arizona. Door de twee datasets te combineren, het team toonde aan dat beide sites zich tegelijkertijd ontwikkelden, en dat de 405, Het interval van 000 jaar oefent inderdaad een soort meestercontrole uit over klimaatschommelingen. Paleontoloog Paul Olsen, een co-auteur van de studie, zei dat de cyclus het klimaat niet direct verandert; het intensiveert of dempt eerder de effecten van kortere termijncycli, die directer handelen.

De planetaire bewegingen die klimaatschommelingen veroorzaken, staan ​​bekend als Milankovitch-cycli, genoemd naar de Servische wiskundige die ze in de jaren twintig uitwerkte. Samengevat tot de eenvoudigste termen, ze bestaan ​​uit een 100, 000-jarige cyclus in de excentriciteit van de baan van de aarde, vergelijkbaar met de grote 405, 000-jarige schommel; een 41, 000-jarige cyclus in de helling van de aardas ten opzichte van zijn baan rond de zon; en een 21, 000-jarige cyclus veroorzaakt door een wiebelen van de as van de planeet. Samen, deze verschuivingen veranderen de verhoudingen van zonne-energie die het noordelijk halfrond bereiken, waar het grootste deel van het land van de planeet zich bevindt, tijdens verschillende delen van het jaar. Dit heeft weer invloed op het klimaat.

In de jaren zeventig, wetenschappers toonden aan dat de Milankovitch-cycli hebben geleid tot herhaalde opwarming en afkoeling van de planeet, en dus het toenemen en afnemen van ijstijden in de afgelopen paar miljoen jaar. Maar ze maken nog steeds ruzie over inconsistenties in gegevens over die periode, en de relaties van de cycli met stijgende en dalende niveaus van koolstofdioxide, de andere schijnbare meester klimaatbeheersing. Begrijpen hoe dit allemaal werkte in het verre verleden is nog moeilijker. Voor een, de frequenties van de kortere cycli zijn vrijwel zeker in de loop van de tijd veranderd, maar niemand kan precies zeggen met hoeveel. Voor een ander, de cycli gaan allemaal voortdurend tegen elkaar in. Sommige zijn soms uit fase met andere, en ze hebben de neiging elkaar op te heffen; bij anderen, meerdere kunnen naast elkaar staan ​​om plotselinge, drastische veranderingen. De berekening maken van hoe ze allemaal bij elkaar passen, wordt moeilijker naarmate je verder teruggaat.

Kent en Olsen zeggen dat elke 405, 000 jaar, wanneer orbitale excentriciteit op zijn hoogtepunt is, seizoensverschillen veroorzaakt door kortere cycli zullen intenser worden; de zomers zijn heter en de winters kouder; droge tijden droger, natte tijden natter. Het tegenovergestelde zal waar zijn 202, 500 jaar later, wanneer de baan het meest cirkelvormig is. Tijdens het late Trias, om slecht begrepen redenen, de aarde was tijdens vele cycli veel warmer dan nu, en er was weinig tot geen ijstijd. Vervolgens, de 405, 000-jarige cyclus verscheen in sterk afwisselende natte en droge perioden. Neerslag bereikte een hoogtepunt toen de baan het meest excentriek was, het produceren van diepe meren die lagen zwarte leisteen achterlieten in het oosten van Noord-Amerika. Toen de baan het meest cirkelvormig was, dingen droogden op, waardoor lichtere grondlagen aan de lucht worden blootgesteld.

Jupiter en Venus oefenen zulke sterke invloeden uit vanwege hun grootte en nabijheid. Venus is de dichtstbijzijnde planeet voor ons - op zijn verste, slechts ongeveer 162 miljoen mijl - en ongeveer vergelijkbaar in massa. Jupiter is veel verder weg, maar is de grootste planeet van het zonnestelsel, 2,5 keer groter dan alle andere samen.

Linda Hinnov, een professor aan de George Mason University die het diepe verleden bestudeert, zei dat de nieuwe studie steun verleent aan eerdere studies van anderen die beweren tekenen van de 405 te hebben waargenomen, 000-jarige cyclus nog verder terug, vóór 250 miljoen jaar geleden. Onder andere, ze zei, het "zou kunnen leiden tot nieuwe inzichten in de vroege evolutie van dinosauriërs." Ze noemde de bevindingen "een belangrijke nieuwe bijdrage aan de geologie, en naar astronomie."

Kent en Olsen zeggen dat vanwege alle concurrerende factoren op het werk, er valt nog veel te leren. "Dit is echt ingewikkeld spul, " zei Olsen. "We gebruiken in principe dezelfde soort wiskunde om ruimteschepen naar Mars te sturen, en zeker, dat werkt. Maar als je eenmaal interplanetaire bewegingen terug in de tijd begint uit te breiden en dat koppelt aan oorzaak en gevolg in het klimaat, we kunnen niet beweren dat we begrijpen hoe het allemaal werkt." De metronomische beat van de 405, 000-jarige cyclus kan onderzoekers uiteindelijk helpen om een ​​deel hiervan te ontrafelen, hij zei.

Als je je afvroeg, de aarde bevindt zich momenteel in het bijna cirkelvormige deel van de 405, periode van 000 jaar. Wat betekent dat voor ons? "Waarschijnlijk niet iets heel waarneembaars, "zegt Kent. "Het staat vrij ver op de lijst van zoveel andere dingen die het klimaat kunnen beïnvloeden op tijdschalen die voor ons van belang zijn." Kent wijst erop dat volgens de Milankovitch-theorie, we zouden op het hoogtepunt van een 20 moeten zijn, Een opwarmingstrend van enkele jaren die een einde maakte aan de laatste ijstijd; de aarde kan uiteindelijk over duizenden jaren weer beginnen af ​​te koelen, en mogelijk op weg naar een andere ijstijd. "Kan gebeuren. Ik denk dat we kunnen wachten en zien, "zei Kent. "Aan de andere kant, alle CO2 die we nu in de lucht gooien is de voor de hand liggende grote enchilada. Dat heeft een effect dat we nu kunnen meten. De planetaire cyclus is iets subtieler."