Resolução de JOIDES do navio de perfuração científica. Os arquivos de sedimentos obtidos durante os programas de perfuração oceânica dão aos cientistas um vislumbre da história climática da Terra e revelam o caos no Sistema Solar. Detalhe:núcleos de sedimentos do fundo do mar ao longo da fronteira Paleoceno-Eoceno. As seções de cor marrom claro consistem principalmente de carbonato de cálcio, enquanto a seção vermelho / marrom escuro é uma camada de argila, representando o início de um intervalo de intenso aquecimento global e acidificação dos oceanos há 56 milhões de anos, conhecido como Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno. Crédito:Programa Integrado de Perfuração Oceânica
Um dia é a hora para a Terra fazer uma rotação completa em seu eixo, um ano é o tempo para a Terra fazer uma revolução ao redor do Sol - lembretes de que as unidades básicas de tempo e períodos na Terra estão intimamente ligados ao movimento do nosso planeta no espaço em relação ao Sol. Na verdade, principalmente vivemos nossas vidas ao ritmo desses ciclos astronômicos.
O mesmo vale para os ciclos climáticos. Os ciclos da luz solar diária e anual causam as conhecidas oscilações diárias de temperatura e das estações. Em escalas de tempo geológicas (milhares a milhões de anos), variações na órbita da Terra são o marca-passo das eras glaciais (os chamados ciclos de Milankovitch). Mudanças nos parâmetros orbitais incluem excentricidade (o desvio de uma órbita circular perfeita), que podem ser identificados em arquivos geológicos, como uma impressão digital.
A datação de arquivos geológicos foi revolucionada pelo desenvolvimento da chamada escala de tempo astronômica, um "calendário" do passado fornecendo idades de períodos geológicos com base na astronomia. Por exemplo, os ciclos da mineralogia ou da química dos arquivos geológicos podem ser combinados com os ciclos de uma solução astronômica (parâmetros astronômicos calculados no passado a partir do cálculo das órbitas planetárias para trás no tempo). A solução astronômica possui um relógio embutido e, portanto, fornece uma cronologia precisa para o registro geológico.
Contudo, geólogos e astrônomos têm lutado para estender a escala de tempo astronômica mais para trás do que cerca de cinquenta milhões de anos devido a um grande obstáculo:o caos do sistema solar, o que torna o sistema imprevisível além de um certo ponto.
Em um novo estudo publicado na revista Ciência , Richard Zeebe da Universidade do Havaí em Manoa e Lucas Lourens da Universidade de Utrecht agora oferecem uma maneira de superar o obstáculo. A equipe usou registros geológicos de núcleos de perfuração em alto mar para restringir a solução astronômica e, por sua vez, usou a solução astronômica para estender a escala de tempo astronômica em cerca de 8 milhões de anos. A aplicação posterior de seu novo método promete chegar ainda mais longe no tempo, uma etapa e registro geológico de cada vez.
Por um lado, Zeebe e Lourens analisaram dados de sedimentos de testemunhos de sondagem no Oceano Atlântico Sul no final do Paleoceno e início do Eoceno, ca. 58-53 milhões de anos atrás (Ma). Os ciclos de sedimentos exibiram uma expressão notável de um parâmetro particular de Milankovitch, Excentricidade orbital da Terra. Por outro lado, Zeebe e Lourens calcularam uma nova solução astronômica (apelidada de ZB18a), que mostrou concordância excepcional com os dados do núcleo de perfuração do Atlântico Sul.
Ilustração de trajetórias caóticas (seção Poincaré, velocidade vs. posição) em um sistema dinâmico simples (pêndulo forçado) de ressonâncias sobrepostas. Estruturas de curvas fechadas que aparecem como anéis em um alvo de tiro são regiões de estabilidade, enquanto densamente preenchido, áreas pontilhadas são regiões de caos. Ressonâncias em interação também são suspeitas de causar caos no Sistema Solar, embora significativamente mais complexo do que o sistema simples descrito aqui. Crédito:Richard Zeebe
"Isso foi realmente impressionante, "Disse Zeebe." Tínhamos essa curva baseada em dados de sedimentos de mais de 50 milhões de anos perfurados do fundo do oceano e, em seguida, a outra curva inteiramente baseada na física e integração numérica do sistema solar. Portanto, as duas curvas foram derivadas de forma totalmente independente, no entanto, eles pareciam quase gêmeos idênticos. "
Zeebe e Lourens não são os primeiros a descobrir tal acordo - o avanço é que sua janela de tempo é superior a 50 Ma, onde as soluções astronômicas discordam. Eles testaram 18 diferentes soluções publicadas, mas ZB18a oferece a melhor correspondência com os dados.
As implicações de seu trabalho vão muito mais longe. Usando sua nova cronologia, eles fornecem uma nova era para o limite Paleoceno-Eoceno (56,01 Ma) com uma pequena margem de erro (0,1%). Eles também mostram que o início de um grande evento climático antigo, o Máximo Térmico Paleoceno-Eoceno (PETM), ocorreu perto de um máximo de excentricidade, o que sugere um gatilho orbital para o evento. O PETM é considerado o melhor paleo-análogo para a presente e futura liberação antropogênica de carbono, ainda assim, o gatilho do PETM foi amplamente debatido. As configurações orbitais então e agora são muito diferentes, porém, sugerindo que os impactos dos parâmetros orbitais no futuro provavelmente serão menores do que 56 milhões de anos atrás.
Zeebe advertiu, Contudo, "Nada disso vai mitigar diretamente o aquecimento futuro, portanto, não há razão para minimizar as emissões antropogênicas de carbono e as mudanças climáticas. "
Em relação às implicações para a astronomia, o novo estudo mostra impressões digitais inconfundíveis do caos do sistema solar por volta de 50 Ma. A equipe encontrou uma mudança nas frequências relacionadas às órbitas da Terra e de Marte, afetando sua modulação de amplitude (freqüentemente chamada de "batida" na música).
"Você pode ouvir a modulação de amplitude ao afinar uma guitarra. Quando duas notas são quase iguais, você ouve essencialmente uma frequência, mas a amplitude varia lentamente - isso é uma batida, "Zeebe explicou. Em sistemas não caóticos, as frequências e batidas são constantes ao longo do tempo, mas eles podem mudar e mudar em sistemas caóticos (chamados de transição de ressonância). Zeebe acrescentou, "A mudança nas batidas é uma expressão clara do caos, o que torna o sistema fascinante, mas também mais complexo. Ironicamente, a mudança nos batimentos também é precisamente o que nos ajuda a identificar a solução e estender a escala de tempo astronômica ”.
