На планети попут Земље, док стена и вода пролазе кроз циклусе и промене, топи се и хладе и еродирају и прикупљају се, растргани у широким долинама и стоје у високим планинама, природни феномени прошлости остављају трагове иза у коре планете. На пример, уклањајући древни лед, научници могу да проуче заробљене честице и науче о атмосферским условима пре милионима година. Проучавајући магнетне минерале уграђене у древну стену, геолози су сазнали да магнетно поље планете преокреће полове - отприлике једном у 250.000 година у просеку.
Научници могу много научити о Земљи из геолошких слојева њене коре, али још више информација се може сакрити у запису о стени. Према геологу и палеонтологу Паул Олсен са Универзитета Цолумбиа, кључеви историје не само наше планете, већ и Сунчевог система и галаксије могу се наћи испод наших ногу.
У студији објављеној данас у Зборнику Националне академије наука, Олсен и његове колеге тврде да се астрономски циклуси планета могу мерити у земаљским слојевима стена. Цилиндричне језгре стена извађене из земље, неке се протежу хиљадама стопа и протежу милион година историје, могу садржавати суптилне трагове утицаја гравитације других планета, омогућавајући научницима да закључе историјске положаје планета пре стотине милиона година .
„Ово је нови свет емпиријских података који омогућава тестирање великих теорија соларног система“, каже Олсен. Свој модел назива геолошким орреиром, названим по механичким моделима Сунчевог система из 18. века. Рад није могао пружити само независни скуп података за тестирање постојећих модела кретања планета, већ је коришћен и за откривање орбиталних циклуса који никада раније нису мерени. Геолошка ординација би се чак могла користити као ново средство за тестирање неких најосновнијих теорија науке, као што је Еинстеинова општа теорија релативности, могуће постојање додатних планета у древном Сунчевом систему, па чак и гравитациони утицаји тамне материје у Млечном путу, каже Олсен.
Геолог Паул Олсен из Аризоновог националног парка Петрифиед Форест, где 200 милиона година старе стијене помажу у откривању давних покрета других планета. (Кевин Крајицк / Институт за земљу, Универзитет Цолумбиа) „Овај рад је покушај да се реши веома тежак и збуњујући проблем астрономима и геолозима који су заинтересовани за историју Сунчевог система и како је то утицало на Земљин систем - климу, седиментацију и слично, “ каже Спенцер Луцас, геолог и палеонтолог из Природњачког и научног музеја у Њу Мексику који није био укључен у студију. "Ови астрономски циклуси су се развијали стотинама милиона година, а у тој еволуцији постоји извесна количина хаоса, па је геолозима и астрономима увек био велики изазов да покушају да разумеју шта се догодило са тим циклусима."
Слојеви Земљине коре представљају запис прошлих поднебља, а на те су климатске утицаје утицали небески покрети звани Миланковичеви циклуси. Названи за српског геофизичара и астронома Милутина Миланковича, ови циклуси су резултат гравитационих интеракција Земље са другим планетима који утичу на путању Земље око Сунца, укључујући облик њеног елиптичног пута (ексцентричност), као и нагиб (коса) и колебање (прецесија) оси планете.
Промјене на Земљиној орбити утичу на климу планете, а како је Олсен први пут тврдио у часопису Сциенце из 1986. године, запис о прошлим климама могао би се, дакле, користити за закључивање положаја и покрета других планета.
Али зашто пролазити кроз проблеме и трошак ископавања земљаних језгара да бисте утврдили путање других планета? Користећи законе орбиталне механике, научници могу да створе математичке моделе за проучавање историје нашег малог соларног суседства у свемиру.
Међутим, такви модели су само поуздани, каже Олсен. Ниједна једноставна математичка једначина не описује кретања више од два тела која се крећу у простору са високим степеном сигурности. Са осам планета и сунца, а да не спомињемо милионе мањих тела у Сунчевом систему, астрономи не могу да развију аналитичка решења за опис тачних кретања планета у далекој прошлости. Уместо тога, истраживачи израчунавају некадашње орбите планета по један мали прираштај. Према раду Јацкуеса Ласкара, директора истраживања у Париској опсерваторији и коаутора новог рада, грешке се накупљају у сваком временском интервалу тако да су предвиђања постала у суштини бескорисна након око 60 милиона година - не баш дуго у 4, 5 милијарди - година историја Сунчевог система.
Ласкарови ранији рачунски модели такође су пружили доказ да се унутрашње планете (Меркур, Венера, Земља и Марс) могу понашати хаотично. Или другим речима, положаји ове четири планете могли би у великој мери бити одређени по почетним условима, због чега је скоро немогуће предвидјети искључиво на основу данашњих положаја и праваца.
„Ови камени записи о климатским променама показали су се кључним за откривање шта Сунчев систем заправо ради“, каже Олсен.
Камено језгро језерских седимената извађено из базена Неварк у централном делу Њу Џерсија у распону од око 40.000 година. (Паул Олсен) Демонстрирање одрживости његовог Геолошког завода је Олсенов живот дуг рад. У свом раду из 1986. године анализирао је језгре из мезозојске Неварк Супергрупе - скуп стена формираних пре око 200 до 227 милиона година - у централном Њу Џерсију. Стијена садржи запис успона и падова језера у синхронизацији са величином тропских монсунских киша, које флуктуирају у зависности од различитих количина сунчеве светлости у тропима одређеним Земљином орбитом и осе спина.
„Оно што видимо у језграма су физичке манифестације променљиве дубине воде, “ Олсен каже путем е-поште. „Кад је језеро било најдубље, можда и преко 100 метара дубоко, таложене су црно фино ламиниране блато, а када је било врло плитко, па чак и сезонски суво, црвене блато са обилним пукотинама сушења.“
Олсен је користио Фоуриерову анализу - методу за представљање сложених таласних облика у једноставнијим синусоидним компонентама - како би показао да се цикличке промене климе Земље заробљене у геолошком запису подударају са Миланковичевим циклусима небеске механике. Али постојала је једна чудност.
"Један од циклуса није био директно везан за ништа познато у то време у орбиталним циклусима", каже Олсен. "Било је дуго око два милиона година, а нисам знао шта је то."
Након што је 1990-их добио грант од Националне научне фондације (НСФ) за ископ и анализу готово 22.600 метара непрекидних језгара са седам локација у Неварк Супергроуп, Олсен и његове колеге открили су да је мистериозни циклус дугорочни орбитални циклус узрокован интеракције између Марса и Земље. Откриће „пружа прве геолошке доказе о хаотичном понашању унутрашњих планета“, Олсен и Деннис Кент, професори геологије на Универзитету Рутгерс и коаутори за нова истраживања, написали су у раду из 1999. године који је објавило Краљевско друштво.
Да би додатно прегледали ове циклусе у запису о року, Олсен и његов тим покренули су пројекат Цолорадо Платеау Цоринг 2013. године са још једним грантом НСФ. Они су извртали језгро дужине више од 1640 стопа кроз тријасни део Цхинле формације у Аризоновом националном парку Петрифиед Форест. Језгро Цхинле садржи слојеве вулканског пепела са минералима циркона који се могу радиометријски датирати.
Инсталација за вађење језгра из Цхинле формације у Петрифиед Форест Натионал Парк, Аризона. (Паул Олсен) Упоређивањем трагова обрнутости магнетног поља Земље у узорку језгре Чинле Формације са онима у језгру Њуарка, истраживачи су могли да закључе тачне датуме климатских циклуса изазване гравитацијом других планета. Њихова анализа открила је 405.000-годишњи циклус небеске механике који су изазвали Јупитер и Венера и који постоји већ 200 милиона година, тачно као и данас.
У свом најновијем раду, Олсен и његов тим додали су додатна мерења својим моделима, користећи стратиграфску скалу боја за проучавање узорка језгре, као и геофизичка мерења рупе у језгри (мерени су природна радиоактивност, густина стене и звучна брзина. ). Тим је такође скенирао језгро за податке о рендгенској флоресцентности да би пажљиво анализирао све астрономске циклусе видљиве у Неварк формацији.
Без обзира која мерења су коришћена, у стени су идентификовани исти планетарни утицаји. „Заиста је узбудљиво гледати како се те ствари испољавају док се промене. Даје вам осећај стварности ... када се деси толико невероватних ствари ", каже Олсен. "Заиста је невероватно."
Иако геолошка ординација има потенцијално далекосежне импликације на истраживање, Олсенова смјела идеја испуњена је са одређеним скептицизмом. Његови модели покушавају да објасне изузетним бројем фактора како би повезали стенски запис са утицајем других планета на климу Земље (сложен систем и сам по себи).
Луцас пројект назива „веома сложеном кућом карата која не почива на здравом научном основу.“ Каже да постоје недостаци у Неварк формацији, тако да то није потпуна хронологија периода од 25 милиона година од Олсеновог група је студирала. (Олсен и Кент, међутим, користили су датирање уранијума са оловом у прошлој години и утврдили да је геолошки запис у Неварковом низу потпун за одговарајуће временско раздобље.) Чинлеов запис је такође непотпун, каже Луцас, јер га је депоновао реке и стопе седиментације су „веома различите“ између два дела, што отежава употребу Цхинле-а за поуздано калибрацију датума у стијени Неварк.
Чак је и Цхарлес Дарвин жалио због непотпуности геолошког записа, а геолози широко прихватају да запис садржи празнине или, у научном смислу, „неусклађености“. Основно питање је колико се информација може поуздано извући из несавршеног геолошког записа.
„Многи геолози почињу са становишта да морате видети све пре него што било шта схватите“, каже Олсен. "Мој модус операнди је да потиснем оно што је корисно у запису о рокенролу и палеонтолошком запису онолико колико можете да га потиснете да бисте извукли ствари из историје које не можете добити другачије."
Слика Паул Олсен замишљеног погледа на Земљу из свемира који ноћу гледа на исток над Њујорком, са главним планетима коришћеним у Геолошком руднику. Од дна до врха: Јупитер, Марс (црвенкаст), Венера и Месец, заједно. (Паул Олсен) Чак и са недостацима у запису о роду, неки научници мисле да је Олсен на нечему. „Ови подаци на којима Паул Олсен ради већ дужи низ година су неки од најбољих података које је икада прикупљено, “ каже Линда Хиннов, геолог са Универзитета Георге Масон из Виргиније, која није била укључена у студију.
Хиннов каже да је сада изазов попунити јаз између око 50 и 200 милиона година. Тренутно се геолошки подаци и астрономски модели подударају од 0 до око 50 милиона година, као и пре око 200 до 225 милиона година. Да би се проширио Геолошки завод, јаз између ова два периода „мора се попунити подацима који су барем толико добри као и подаци који су овде представљени“, каже Хиннов.
Иако је скептичан према неким специфичним налазима Олсеновог тима, Луцас се слаже да ће ова врста рада, повезивање роцк записа са небеским телима на небу, постати критична за решавање једног од највећих научних проблема данас: разумевања шта контролише Земљина клима. "Не разумемо довољно у вези између ових астрономских циклуса, прошлих поднебља и како су се циклуси мењали током времена", каже он. „Било шта попут овога што доприноси нашем разумевању климатског система Земље има потенцијал да нам помогне да боље схватимо климу у будућности, о чему заправо говоримо.“
Геолошка ординација је можда непотпуна, и попут рачунских модела планетарних система, можда је тачна само до одређене тачке. Али међу чудима космоса, почињемо да учимо како покрети небеских тела, милионима миља и милионима година, обликују свет у којем ходамо.
