בכוכב לכת כמו כדור הארץ, כאשר הסלע והמים עוברים מחזורים ושינויים, נמסים ומתקררים ונשחקים ומצטברים, מופשטים בעמקים רחבים ומוערמים בהרים מגובשים, תופעות הטבע של העבר משאירות עקבות מאחור בקרום. של כדור הארץ. לדוגמה, על ידי גרסת קרח קדום, מדענים יכולים לחקור את החלקיקים הכלואים וללמוד על מצבים אטמוספריים לפני מיליוני שנים. על ידי חקר מינרלים מגנטיים המשובצים בסלע קדום, גיאולוגים למדו שהשדה המגנטי של כדור הארץ הופך קטבים - בערך אחת ל -250, 000 שנה בממוצע.
מדענים יכולים ללמוד רבות על כדור הארץ מהשכבות הגיאולוגיות של קרום הקרקע שלה, אך מידע נוסף עשוי להסתיר ברשומת הסלע. לדברי הגיאולוג והפליאונטולוג פול אולסן מאוניברסיטת קולומביה, המפתחות להיסטוריה של לא רק כוכב הלכת שלנו, אלא גם מערכת השמש והגלקסיה עשויים להימצא מתחת לרגלינו.
במחקר שפורסם היום בכתב העת Proceedings of the National Academy of Science טוענים אולסן ועמיתיו כי ניתן למדוד מחזורים אסטרונומיים של כוכבי הלכת בשכבות סלע יבשתיות. ליבות סלע גליליות המופקות מהאדמה, חלקן המשתרעות על פני אלפי מטרים ומשתרעות על פני מיליוני שנות היסטוריה, עשויות להכיל עקבות עדינים של השפעת כוח הכבידה של כוכבי הלכת האחרים, ומאפשרות למדענים להסיק את עמדותיהם ההיסטוריות של כוכבי לכת לפני מאות מיליוני שנים. .
"זהו עולם חדש של נתונים אמפיריים המאפשר בדיקות של תיאוריית מערכות השמש בקנה מידה גדול, " אומר אולסן. הוא מכנה את הדגם שלו בשם האורולוגי הגיאולוגי, הקרוי על שם מודלים מכאניים מהמאה ה -18 של מערכת השמש. היצירה לא הייתה יכולה לספק רק מערך נתונים עצמאי לבדיקת מודלים קיימים של תנועה פלנטרית, אלא היא שימשה גם לחשיפת מחזורי מסלול שמעולם לא נמדדו לפני כן. האורולוגיה הגיאולוגית יכולה אפילו לשמש ככלי חדש לבחינת כמה מהתיאוריות הבסיסיות ביותר במדע, כמו תורת היחסות הכללית של איינשטיין, קיומם האפשרי של כוכבי לכת נוספים במערכת השמש העתיקה ואפילו השפעות הכבידה של חומר אפל. שביל החלב, אומר אולסן.
הגיאולוג פול אולסן בפארק הלאומי פטיפורד פורסט באריזונה, בו 200 סלעים בני מיליון שנה עוזרים לחשוף את תנועותיהם של פלנטות אחרות מזמן. (קווין קראיק / מכון כדור הארץ, אוניברסיטת קולומביה) "מאמר זה הוא ניסיון לפתור בעיה קשה ומביכה מאוד עבור אסטרונומים וגיאולוגים המעוניינים בהיסטוריה של מערכת השמש, וכיצד היא השפיעה על מערכת כדור הארץ - אקלים, משקעים וכו '", אומר ספנסר לוקאס, גיאולוג ופליאונטולוג במוזיאון ניו-מקסיקו להיסטוריה טבעית ומדע שלא היה מעורב במחקר. "מחזורים אסטרונומיים אלה התפתחו במשך מאות מיליוני שנים, ויש התפתחות מסוימת של כאוס באותה אבולוציה, ולכן זה תמיד היה אתגר גדול עבור גיאולוגים ואסטרונומים לנסות להבין מה קרה למחזורים האלה."
שכבות קרום כדור הארץ מייצגות תיעוד של אקלים בעבר, ואותם אקלים הושפעו מתנועות שמימיות הנקראות מחזורי מילנקוביץ '. מחזורים אלה נקראים לגיאופיזיקאי ואסטרונום סרבי מילוטין מילנקוביץ ', והם כתוצאה מהאינטראקציות הכבידתיות של כדור הארץ עם כוכבי לכת אחרים המשפיעים על מסלול כדור הארץ סביב השמש, כולל צורת מסלולו האליפטית (אקסצנטריות), כמו גם הטיה (הזווית) והתנודדות. (קדימה) של ציר כוכב הלכת.
שינויים במסלול כדור הארץ משפיעים על האקלים של כוכב הלכת, וכפי שטען אולסן לראשונה במאמר ב- Science ב -1986, ניתן להשתמש אפוא בתיעוד של אקלים בעבר כדי להסיק את עמדותיהם ותנועותיהם של כוכבי לכת אחרים.
אך מדוע לעבור את הצרות וההוצאות הכרוכות בחפירת ליבות אדמה כדי לברר את מסלולי הכוכבים האחרים? באמצעות חוקים של מכניקה מסלולית, מדענים יכולים ליצור מודלים מתמטיים כדי ללמוד את ההיסטוריה של שכונת השמש הקטנה שלנו בחלל.
דגמים כאלה, עם זאת, אמינים רק עד כדי נקודה, אומר אולסן. אין משוואות מתמטיות פשוטות המתארות את תנועותיהם של יותר משני גופים נעים בחלל בדרגת וודאות גבוהה. עם שמונה כוכבי לכת והשמש, שלא לדבר על מיליוני גופים קטנים יותר במערכת השמש, אסטרונומים אינם יכולים לפתח פתרונות אנליטיים לתיאור תנועותיהם המדויקות של כוכבי הלכת בעבר הרחוק. במקום זאת, החוקרים מחשבים את מסלולי הכוכבים לשעבר תוספת קטנה אחת בכל פעם. על פי עבודתו של ז'אק לסקר, מנהל המחקר במצפה הכוכב בפריס ושותף לעיתון החדש, טעויות מצטברות בכל זמן מרווח כך שהתחזיות הופכות להיות חסרות תועלת מעבר לכ -60 מיליון שנה - לא הרבה זמן ב- 4.5 מיליארד- היסטוריה שנתית של מערכת השמש.
המודלים החישובים הקודמים של לסקר סיפקו גם עדויות לכך שכוכבי הלכת הפנימיים (מרקורי, ונוס, כדור הארץ ומאדים) עשויים להתנהג כאוטי. או במילים אחרות, את עמדותיהם של ארבעת כוכבי הלכת הללו ניתן היה לקבוע במידה רבה על ידי תנאים ראשוניים, מה שהופך אותם כמעט בלתי אפשריים לחזות על סמך העמדות וההוראות הנראות כיום בלבד.
"תיעוד הסלעים האלה של שינויי אקלים מתברר כמפתח להבנת מה מערכת השמש עושה בעצם", אומר אולסן.
ליבת הסלע של משקעי אגם שהופקה מאגן הניוארק במרכז ניו ג'רזי שנמשכה כ- 40, 000 שנה. (פול אולסן) הפגנת הכדאיות של האורולוגיה הגיאולוגית שלו הייתה מלאכת אהבה של אולסן לכל החיים. במאמרו משנת 1986 ניתח ליבות מהקבוצה העל-מזוזואית של ניוארק - מכלול סלעים שנוצר לפני כ -200 עד 227 מיליון שנה - במרכז ניו ג'רזי. הסלע הכיל תיעוד של עלייתם ונפילתם של אגמים בסינכרון עם גודל גשמי המונסון הטרופי, המשתנים בהתאם לכמויות משתנות של אור שמש באזורים הטרופיים שנקבעו על ידי מסלול מסלול וסיבוב כדור הארץ.
"מה שאנחנו רואים בליבות הם ביטויים פיזיים של עומק המים המשתנה", אומר אולסן באמצעות המייל. "כשהאגם היה הכי עמוק, אולי בעומק של למעלה ממאה מטרים, הונחו בוץ למינציה דק שחור, וכשהוא היה רדוד ואפילו יבש עונתי, הונחו בוץ אדום עם סדקי יבוש בשפע."
אולסן השתמש בניתוח פורייה - שיטה לייצוג צורות גל מורכבות במרכיבים סינוסואידיים פשוטים יותר - כדי להראות שהשינויים המחזוריים באקלים של כדור הארץ שנלכדו בתיעוד הגאולוגי תואמים את מחזורי מילנקוביץ 'של מכניקה שמימית. אבל היה מוזר אחד.
"אחד המחזורים לא היה קשור ישירות לכל דבר שידוע באותה תקופה במחזורי מסלול, " אומר אולסן. "זה היה בערך שני מיליון שנה ולא ידעתי מה זה."
לאחר שקיבלו מענק לאומי למדע (NSF) בשנות התשעים לחפור ולנתח כמעט 22, 600 רגל של ליבות רצופות משבעה אתרים בתוך קבוצת העל סופרקרק, גילו אולסן וחבריו כי המחזור המסתורי היה מחזור מסלולי ארוך לתקופה שנגרם כתוצאה מ האינטראקציות בין מאדים לכדור הארץ. הממצא "מספק את העדות הגיאולוגית הראשונה להתנהגותם הכאוטית של כוכבי הלכת הפנימיים", כתבו במאמר שפורסם על ידי האגודה המלכותית בשנת 1999 על ידי אולסן ודניס קנט, פרופסור לגיאולוגיה באוניברסיטת רוטגרס ושותף למחקר החדש.
כדי לחקור עוד את המחזורים הללו ברקורד הרוק, אולסן וצוותו השיקו את פרויקט קורינג קולורדו במישור קולורדו בשנת 2013 עם מענק נוסף של NSF. הם קידחו גרעין באורך של יותר מ -1, 640 רגל דרך החלק הטריאס של תצורת צ'ינלה בפארק הלאומי פסטריפורסט ביער. ליבת צ'ינלה מכילה שכבות אפר וולקניות עם מינרלים מזירקונים הניתנים לתארוך רדיומטרי.
התקנה להוצאת גרעין מתצורת צ'ינלה בפארק הלאומי פסטריפורד יער, אריזונה. (פול אולסן) על ידי התאמת עקבות להתהפכות השדה המגנטי של כדור הארץ בגרעין הדגימה של Chinle לאלה שבגרעין הניוארק, הצליחו החוקרים להסיק את התאריכים המדויקים של מחזורי האקלים הנגרמים מכוח הכובד של כוכבי לכת אחרים. הניתוח שלהם חשף מחזור של 405, 000 שנה במכניקה שמימית שנגרמה על ידי יופיטר ונוגה שקיימת 200 מיליון שנה, בדיוק כפי שהיא כיום.
במאמר האחרון שלהם הוסיפו אולסן וצוותו מדידות נוספות למודלים שלהם, תוך שימוש בסולם צבע סטרטיגרפי כדי לחקור את מדגם הליבה, כמו גם מדידות גיאופיזיות של חור הליבה (רדיואקטיביות טבעית, צפיפות סלע ומהירות קולית נמדדו כולם ). הצוות גם סרק את הגרעין לנתוני פלואורסצנטי רנטגן כדי לנתח בזהירות את כל המחזורים האסטרונומיים הנראים בעוצבת ניוארק.
ללא קשר למדידות בהן נעשה שימוש, זוהו ההשפעות הפלנטאריות הללו בסלע. "זה ממש מרגש לראות את הדברים האלה מסתדרים כשהם מסתדרים. זה נותן לך תחושת מציאות ... כשכל כך הרבה דברים בלתי אפשריים מסתדרים, "אומר אולסן. "זה באמת די מדהים."
למרות של Orrery האורולוגית יש השלכות מחקריות מרחיקות לכת, הרעיון הנועז של אולסן נפגש בספקנות מסוימת. המודלים שלו מנסים לתת דין וחשבון למספר גורמים יוצא דופן על מנת לקשר את שיא הסלע להשפעה של כוכבי לכת אחרים על האקלים של כדור הארץ (מערכת מורכבת בפני עצמה).
לוקאס מכנה את הפרויקט "בית קלפים מורכב מאוד שאינו נשען על בסיס מדעי קול". לדבריו, ישנם פערים במערך הניוארק, ולכן לא מדובר בכרונולוגיה שלמה של התקופה של 25 מיליון שנה, של אולסן הקבוצה למדה. (אולסן וקנט, לעומת זאת, השתמשו בתאריכים עם עופרת אורניום במחקר שנערך בשנה שעברה ומצאו כי הרשומה הגיאולוגית ברצף הניוארק הושלמה למשך הזמן הרלוונטי.) הרשומה של צ'ינל אינה שלמה גם היא, טוענת לוקאס, מכיוון שהיא הופקדה על ידי נהרות ושיעורי המשקעים "שונים מאוד" בין שני קטעים, מה שמקשה על השימוש בסינל בכיול אמין של התאריכים בסלע הניוארק.
אפילו צ'רלס דארווין קונן על חוסר השלמות של התיעוד הגיאולוגי, וגיאולוגים מקבלים את הרווחה כי הרשומה מכילה פערים, או במצוקה מדעית, "אי-התאמות." השאלה המהותית היא כמה מידע ניתן להפיק באופן מהימן מתיעוד גיאולוגי לא מושלם.
"הרבה גיאולוגים מתחילים מנקודת המבט שצריך לראות הכל לפני שתוכל להבין משהו", אומר אולסן. "דרך הפעולה שלי היא לדחוף את המועיל ברקורד הרוק והתקליט הפליאונטולוגי ככל שתוכל לדחוף את זה כדי להוציא דברים מההיסטוריה שאתה לא יכול להשיג בשום דרך אחרת."
ציור מאת פול אולסן מתצוגה מדומיינת של כדור הארץ מהחלל המשקיף מזרחה מעל ניו יורק בלילה עם כוכבי הלכת הראשיים ששימשו את האורולוגיה הגיאולוגית. מלמטה למעלה: יופיטר, מאדים (אדמדם), ונוס והירח כולם יחד. (פול אולסן) אפילו עם פערים ברקורד הרוק, ישנם מדענים שחושבים שאולסן נמצא במשהו. "הנתונים האלה שעובדים עליהם פול אולסן במשך שנים רבות הם חלק מהנתונים הטובים ביותר שנאספו אי פעם", אומרת לינדה הינוב, גיאולוגית מאוניברסיטת ג'ורג 'מייסון בווירג'יניה, שלא הייתה מעורבת במחקר.
הינוב אומר כי האתגר כעת הוא למלא את הפער בין כחמישים ל -200 מיליון שנה. נכון לעכשיו, הנתונים הגיאולוגיים והמודלים האסטרונומיים הותאמו בין 0 לכ- 50 מיליון שנה, כמו גם בין 200 ל 225 מיליון שנה. כדי להרחיב את האורולוגיה הגיאולוגית, יש למלא את הפער בין שתי התקופות הללו לנתונים שהם טובים לפחות כמו הנתונים המוצגים כאן, "אומר הינוב.
אף שהוא ספקן לגבי כמה מהממצאים הספציפיים של הצוות של אולסן, לוקאס מסכים שעבודה מסוג זה, המחברת את שיא הרוק לגופי השמימי בשמיים, הולכת להיות קריטית לפיתרון אחת הבעיות המדעיות הגדולות ביותר כיום: הבנת מה שולט האקלים של כדור הארץ. "אנחנו לא מבינים מספיק בקשר בין מחזורים אסטרונומיים אלה, אקלים בעבר ואיך המחזורים השתנו במהלך הזמן, " הוא אומר. "לכל דבר כמו זה שתורם להבנתנו את מערכת האקלים של כדור הארץ יש פוטנציאל לעזור לנו להבין טוב יותר את האקלים העתידי, וזה באמת מה שאנחנו מדברים עליו לחזות."
האורולוגיה הגיאולוגית עשויה להיות שלמה, ובדומה למודלים חישוביים של מערכות פלנטריות, יתכן שהיא מדויקת רק עד לנקודה מסוימת. אך בין הפלאים של הקוסמוס, אנו מתחילים ללמוד כיצד תנועותיהם של גופות שמימיות, שנמצאות לפני מיליוני מיילים ומיליוני שנים, עיצבו את עצם העולם שעליו אנו הולכים.
