Nave di perforazione scientifica Risoluzione JOIDES. Gli archivi di sedimenti ottenuti durante i programmi di perforazione oceanica offrono agli scienziati uno sguardo sulla storia climatica della Terra e rivelano il caos nel Sistema Solare. Riquadro:carote di sedimenti di acque profonde attraverso il confine Paleocene-Eocene. Le sezioni di colore marrone chiaro sono costituite principalmente da carbonato di calcio, considerando che la sezione rosso scuro/marrone è uno strato di argilla, che rappresenta l'inizio di un intervallo di intenso riscaldamento globale e acidificazione degli oceani 56 milioni di anni fa, noto come Massimo Termico Paleocene-Eocene. Credito:Programma integrato di perforazione oceanica
Un giorno è il tempo in cui la Terra compie una rotazione completa sul proprio asse, un anno è il tempo in cui la Terra compie una rivoluzione attorno al Sole, ricordando che le unità di base di tempo e periodi sulla Terra sono intimamente legate al movimento del nostro pianeta nello spazio rispetto al Sole. Infatti, per lo più viviamo le nostre vite al ritmo di questi cicli astronomici.
Lo stesso vale per i cicli climatici. I cicli della luce solare giornaliera e annuale causano le familiari oscillazioni della temperatura e delle stagioni. Su scale temporali geologiche (da migliaia a milioni di anni), le variazioni dell'orbita terrestre sono il pacemaker delle ere glaciali (i cosiddetti cicli di Milankovitch). I cambiamenti nei parametri orbitali includono l'eccentricità (la deviazione da un'orbita circolare perfetta), che possono essere individuati negli archivi geologici, proprio come un'impronta digitale.
La datazione degli archivi geologici è stata rivoluzionata dallo sviluppo di una cosiddetta scala temporale astronomica, un "calendario" del passato che fornisce età di periodi geologici basati sull'astronomia. Per esempio, i cicli in mineralogia o chimica degli archivi geologici possono essere abbinati ai cicli di una soluzione astronomica (parametri astronomici calcolati in passato dal calcolo delle orbite planetarie a ritroso nel tempo). La soluzione astronomica ha un orologio integrato e fornisce così una cronologia accurata per la registrazione geologica.
Però, geologi e astronomi hanno lottato per estendere la scala temporale astronomica più indietro di circa cinquanta milioni di anni a causa di un grosso ostacolo:il caos del sistema solare, che rende il sistema imprevedibile oltre un certo punto.
In un nuovo studio pubblicato sulla rivista Scienza , Richard Zeebe dell'Università delle Hawaii a Manoa e Lucas Lourens dell'Università di Utrecht ora offrono un modo per superare il blocco stradale. Il team ha utilizzato le registrazioni geologiche delle carote di trivellazione in acque profonde per vincolare la soluzione astronomica e, a sua volta, utilizzò la soluzione astronomica per estendere la scala temporale astronomica di circa 8 milioni di anni. L'ulteriore applicazione del loro nuovo metodo promette di andare ancora più indietro nel tempo, un passo e un record geologico alla volta.
Da una parte, Zeebe e Lourens hanno analizzato i dati sui sedimenti dalle carote di perforazione nell'Oceano Atlantico meridionale attraverso il tardo Paleocene e l'inizio dell'Eocene, circa. 58-53 milioni di anni fa (Ma). I cicli dei sedimenti hanno mostrato una notevole espressione di un particolare parametro di Milankovitch, Eccentricità dell'orbita terrestre. D'altra parte, Zeebe e Lourens calcolarono una nuova soluzione astronomica (soprannominata ZB18a), che ha mostrato un accordo eccezionale con i dati del carotaggio del Sud Atlantico.
Illustrazione di traiettorie caotiche (sezione Poincaré, velocità vs posizione) in un sistema dinamico semplice (pendolo forzato) da risonanze sovrapposte. Le strutture di curve chiuse che appaiono come anelli su un bersaglio da tiro sono regioni di stabilità, mentre densamente riempito, le aree punteggiate sono regioni di caos. Si sospetta inoltre che le risonanze interagenti causino il caos nel Sistema Solare, sebbene significativamente più complesso del semplice sistema qui illustrato. Credito:Richard Zeebe
"Questo è stato davvero sorprendente, " ha detto Zeebe. "Avevamo questa curva basata sui dati di oltre 50 milioni di anni di sedimenti perforati dal fondo dell'oceano e poi l'altra curva interamente basata sulla fisica e sull'integrazione numerica del sistema solare. Quindi le due curve sono state derivate in modo completamente indipendente, eppure sembravano quasi gemelli identici."
Zeebe e Lourens non sono i primi a scoprire un tale accordo:la svolta è che la loro finestra temporale è più vecchia di 50 milioni di anni, dove le soluzioni astronomiche non sono d'accordo. Hanno testato 18 diverse soluzioni pubblicate, ma ZB18a offre la migliore corrispondenza con i dati.
Le implicazioni del loro lavoro vanno ben oltre. Usando la loro nuova cronologia, forniscono una nuova era per il confine Paleocene-Eocene (56,01 Ma) con un piccolo margine di errore (0,1%). Mostrano anche che l'inizio di un grande evento climatico antico, il Massimo Termico Paleocene-Eocene (PETM), si è verificato vicino a un massimo di eccentricità, che suggerisce un trigger orbitale per l'evento. Il PETM è considerato il miglior paleo-analogo per il rilascio di carbonio antropogenico presente e futuro, tuttavia l'innesco del PETM è stato ampiamente dibattuto. Le configurazioni orbitali allora e ora sono molto diverse però, suggerendo che gli impatti dei parametri orbitali in futuro saranno probabilmente inferiori a 56 milioni di anni fa.
Zeebe ha avvertito, però, "Niente di tutto questo ridurrà direttamente il riscaldamento futuro, quindi non c'è motivo di minimizzare le emissioni di carbonio antropogeniche e il cambiamento climatico".
Per quanto riguarda le implicazioni per l'astronomia, il nuovo studio mostra impronte inconfondibili del caos del sistema solare intorno a 50 Ma. Il team ha scoperto un cambiamento nelle frequenze relative alle orbite della Terra e di Marte, influenzando la loro modulazione di ampiezza (spesso chiamata "battito" nella musica).
"Puoi sentire la modulazione dell'ampiezza quando accordi una chitarra. Quando due note sono quasi uguali, essenzialmente senti una frequenza, ma l'ampiezza varia lentamente, questo è un battito, " ha spiegato Zeebe. Nei sistemi non caotici, le frequenze e i battiti sono costanti nel tempo, ma possono cambiare e commutare in sistemi caotici (chiamati transizione di risonanza). Zeebe ha aggiunto, "Il cambio di ritmo è una chiara espressione del caos, il che rende il sistema affascinante ma anche più complesso. Ironia della sorte, il cambio di battiti è anche proprio ciò che ci aiuta a individuare la soluzione e ad allungare la scala temporale astronomica".
