Encanando um bolo de camadas de rocha sedimentar de 90 milhões de anos no Colorado, uma equipe de cientistas da University of Wisconsin-Madison e da Northwestern University encontrou evidências que confirmam uma teoria crítica de como os planetas em nosso sistema solar se comportam em suas órbitas ao redor do sol.

A descoberta, publicado em 23 de fevereiro, 2017 no jornal Natureza , é importante porque fornece a primeira prova concreta para o que os cientistas chamam de "sistema solar caótico, "uma teoria proposta em 1989 para dar conta de pequenas variações nas condições atuais do sistema solar. As variações, acontecendo ao longo de muitos milhões de anos, produzem grandes mudanças no clima do nosso planeta - mudanças que podem ser refletidas nas rochas que registram a história da Terra.

A descoberta promete não apenas um melhor entendimento da mecânica do sistema solar, mas também uma medida mais precisa para o tempo geológico. Além disso, ele oferece uma melhor compreensão da ligação entre as variações orbitais e as mudanças climáticas em escalas de tempo geológicas.

Usando evidências de camadas alternadas de calcário e xisto depositadas ao longo de milhões de anos em um mar raso da América do Norte na época em que os dinossauros dominavam a Terra, a equipe liderada pelo professor de geociência da UW-Madison, Stephen Meyers, e o professor de ciências planetárias da Northwestern University, Brad Sageman, descobriram a assinatura de 87 milhões de anos de uma "transição de ressonância" entre Marte e a Terra. Uma transição de ressonância é a consequência do "efeito borboleta" na teoria do caos. Ele joga com a ideia de que pequenas mudanças nas condições iniciais de um sistema não linear podem ter grandes efeitos ao longo do tempo.

No contexto do sistema solar, o fenômeno ocorre quando dois corpos em órbita se puxam periodicamente, como ocorre quando um planeta em sua trajetória ao redor do sol passa em relativa proximidade a outro planeta em sua própria órbita. Esses pequenos, mas regulares, na órbita de um planeta podem exercer grandes mudanças na localização e orientação de um planeta em seu eixo em relação ao sol e, adequadamente, alterar a quantidade de radiação solar que um planeta recebe em uma determinada área. Onde e quanta radiação solar um planeta obtém é um fator chave para o clima.

"O impacto dos ciclos astronômicos no clima pode ser bastante grande, "explica Meyers, observando como exemplo o ritmo das eras glaciais da Terra, que foram combinados de forma confiável com as mudanças periódicas na forma da órbita da Terra, e a inclinação de nosso planeta em seu eixo. "A teoria astronômica permite uma avaliação muito detalhada de eventos climáticos passados ​​que podem fornecer um análogo para o clima futuro."

Para encontrar a assinatura de uma transição de ressonância, Meyers, Sageman e o estudante de graduação da UW-Madison Chao Ma, cujo trabalho de dissertação compreende, olhou para o registro geológico no que é conhecido como Formação Niobrara no Colorado. A formação foi depositada camada por camada ao longo de dezenas de milhões de anos, à medida que os sedimentos eram depositados no fundo de um vasto canal marítimo conhecido como Canal Marítimo do Interior Ocidental do Cretáceo. O oceano raso se estendia do que hoje é o Oceano Ártico até o Golfo do México, separando as porções leste e oeste da América do Norte.

"A Formação Niobrara exibe camadas de rocha rítmica pronunciadas devido a mudanças na abundância relativa de argila e carbonato de cálcio, "observa Meyers, uma autoridade em astrocronologia, que utiliza ciclos astronômicos para medir o tempo geológico. “A fonte da argila (depositada como xisto) é a degradação da superfície da terra e o influxo da argila para o mar através dos rios. A fonte do carbonato de cálcio (calcário) são as conchas dos organismos, principalmente microscópico, que viveu na coluna d'água. "

Meyers explica que embora a ligação entre as mudanças climáticas e a sedimentação possa ser complexa, a ideia básica é simples:"A mudança climática influencia a distribuição relativa de argila versus carbonato de cálcio, registrar o sinal astronômico no processo. Por exemplo, imagine um estado de clima muito quente e úmido que bombeia argila para o mar por meio de rios, produzindo uma rocha rica em argila ou xisto, alternando com um estado de clima mais seco e mais frio, que bombeia menos argila para o mar e produz uma rocha ou calcário rico em carbonato de cálcio. "

O novo estudo foi financiado por doações da National Science Foundation. Baseia-se em um registro estratigráfico meticuloso e importantes estudos astrocronológicos da Formação Niobrara, este último conduzido no trabalho de dissertação de Robert Locklair, um ex-aluno de Sageman na Northwestern.

Datação da transição de ressonância Marte-Terra encontrada por Ma, Meyers e Sageman foram confirmados por datação radioisotópica, um método para datar as idades absolutas das rochas usando taxas conhecidas de decomposição radioativa de elementos nas rochas. Nos últimos anos, grandes avanços na exatidão e precisão da datação radioisotópica, desenvolvido pelo professor de geociência da UW-Madison, Bradley Singer e outros, foram introduzidos e contribuem para a datação da transição de ressonância.

Os movimentos dos planetas ao redor do Sol têm sido um assunto de profundo interesse científico desde o advento da teoria heliocêntrica - a ideia de que a Terra e os planetas giram em torno do Sol - no século XVI. A partir do século 18, a visão dominante do sistema solar era que os planetas orbitavam o sol como um relógio, tendo órbitas quase-periódicas e altamente previsíveis. Em 1988, Contudo, cálculos numéricos dos planetas externos mostraram que a órbita de Plutão era "caótica" e a ideia de um sistema solar caótico foi proposta em 1989 pelo astrônomo Jacques Laskar, agora no Observatório de Paris.

Seguindo a proposta de Laskar de um sistema solar caótico, os cientistas têm procurado seriamente por evidências definitivas que apoiassem a ideia, diz Meyers.

"Outros estudos sugeriram a presença de caos com base em dados geológicos, "diz Meyers." Mas esta é a primeira evidência inequívoca, possibilitado pela disponibilidade de alta qualidade, datas radioisotópicas e o forte sinal astronômico preservado nas rochas. "