La forma dell'orbita terrestre intorno al sole e l'orientamento del suo asse subiscono variazioni regolari per periodi che vanno da migliaia a milioni di anni. Queste variazioni, note come cicli di Milankovitch dal geofisico serbo Milutin Milankovitch, influenzano la quantità di luce solare che raggiunge la superficie del pianeta.

I cicli di Milankovitch sono uno dei principali motori del nostro clima. Oggi sappiamo molto su queste variazioni perché possiamo misurarle con precisione. Le prove dei cambiamenti climatici dovuti ai cambiamenti nell'orbita terrestre sono presenti nella documentazione geologica delle ultime centinaia di milioni di anni. Le prove appaiono come variazioni nello spessore e nella composizione degli strati sedimentari della roccia.

Però, non si sa quasi nulla di questi cambiamenti climatici più indietro nel tempo, tenendo presente che la Terra ha 4,5 miliardi di anni. In precedenza non siamo stati in grado di apprendere molto su come questi cicli di Milankovitch siano variati nel corso della storia della terra, fino ad ora.

Facciamo parte di un piccolo team internazionale di ricercatori dell'Università di Utrecht, Università di Ginevra e Université du Québec à Montréal che conducono un attento esame dei modelli di stratificazione ritmica nelle rocce. Quindi combiniamo questi con determinazioni precise dell'età per calcolare la velocità con cui si depositano i sedimenti. Questo ci consente di scoprire i segreti climatici della Terra miliardi di anni fa.

Storia profonda

In una posizione, i tipi di sedimenti depositati in un determinato momento variano in funzione del clima. Gli scienziati hanno studiato in dettaglio queste variazioni nella documentazione sedimentaria, consentire di identificare con precisione i cambiamenti climatici del passato. Tipicamente, il metodo utilizzato per studiare queste variazioni è l'analisi spettrale, dove gli strumenti statistici determinano se ci sono variazioni cicliche negli strati rocciosi.

Un semplice esperimento mentale può essere utile per capire come i cambiamenti climatici possono influenzare il record di roccia.

Per esempio, se sei in piedi su una spiaggia, la posizione dell'oceano è legata alla quantità di luce solare che raggiunge la superficie terrestre. Se la Terra fosse leggermente più lontana dal sole, o l'asse terrestre puntava leggermente più lontano, il clima sarebbe più freddo. Parte dell'acqua negli oceani sarebbe immagazzinata nei ghiacciai sulla terraferma, e questo provocherebbe un abbassamento del livello del mare. Saresti quindi più nell'entroterra e il sedimento depositato sotto i tuoi piedi sarebbe fondamentalmente diverso dalla sabbia della spiaggia. Il contrario accadrebbe se la Terra fosse leggermente più vicina al sole, non saresti in piedi su una spiaggia, ma da qualche parte sul fondo dell'oceano mentre i ghiacciai che si sciolgono fanno alzare il livello del mare.

Miliardi di anni fa, le condizioni sulla Terra erano fondamentalmente diverse da quelle attuali:non c'era ossigeno libero nell'atmosfera, l'attività vulcanica era più violenta e non si era sviluppata alcuna vegetazione o vita multicellulare. Tuttavia, ci devono essere state fluttuazioni nell'orbita e nell'asse della Terra che hanno influenzato il clima in quel momento, e forse ha anche influenzato i primi anni di vita e la chimica degli oceani.

Formazioni di ferro a bande

Il nostro team di ricerca ha cercato prove di variazioni climatiche cicliche in formazioni di ferro a bande (BIF) di 2,5 miliardi di anni. I BIF sono ricchi di ferro, rocce distintamente stratificate che sono state ampiamente depositate sul fondo dell'oceano e si trovano ora sulle parti più antiche della crosta terrestre. Questi tipi di roccia non si trovano al giorno d'oggi e gli scienziati hanno faticato a capire sia la loro formazione che il loro aspetto a bande.

Fino ad ora, gli scienziati hanno spiegato la deposizione di queste formazioni di ferro e la loro regolare stratificazione principalmente come dovuta all'attività vulcanica sottomarina, la fonte idrotermale del ferro. Inoltre, l'evoluzione della fotosintesi in questo momento potrebbe aver prodotto ossigeno nelle parti più basse dell'oceano. Ciò avrebbe causato l'ossidazione e l'insolubilizzazione del ferro ridotto disciolto nell'acqua, e poi cadrebbe sul fondo dell'oceano.

Il nostro studio è il primo a collegare in modo definitivo le regolari alternanze nei BIF ai cambiamenti ciclici nell'orbita terrestre intorno al sole, con periodi di 405, 000 anni e da 1,4 a 1,6 milioni di anni. Abbiamo ottenuto questo risultato combinando l'analisi spettrale degli strati sedimentari in Sud Africa con datazioni molto precise dell'uranio-piombo per calcolare la velocità con cui i sedimenti sono stati depositati. La nostra ricerca mostra che i cicli di Milankovitch 2,5 miliardi di anni fa hanno avuto un effetto importante sia sul clima del pianeta che sulla deposizione di ferro negli oceani.

Abbiamo scoperto che l'attuale 405, Il ciclo di 000 anni si è verificato 2,5 miliardi di anni fa. Abbiamo anche trovato un ciclo che dura da 1,4 a 1,6 milioni di anni. Questo ciclo potrebbe essere un moderno ciclo di Milankovitch, il ciclo attuale più vicino impiega circa 2,4 milioni di anni. Interpretiamo la differenza di tempo come dovuta al comportamento caotico dei pianeti nel nostro sistema solare, che influenza la lunghezza di alcuni cicli di Milankovitch.

Archivi ad alta risoluzione

Questa entusiasmante scoperta indica che i BIF possono essere considerati un archivio ad alta risoluzione del clima astronomico 2,5 miliardi di anni fa. Queste informazioni avranno implicazioni fondamentali per la nostra comprensione di come il sistema solare si è evoluto nel tempo. Fino ad ora, i modelli astrofisici mostrano come potrebbe essersi formato il sistema solare e i moderni telescopi ci hanno permesso di capire come si presenta attualmente il sistema solare. Attualmente mancano informazioni su come siamo arrivati ​​dall'inizio alla configurazione attuale.

Ulteriori ricerche sulla stratificazione ciclica nei BIF saranno fondamentali per capire esattamente come il sistema climatico della Terra primitiva ha risposto alle variazioni astronomiche.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.