Astronomía

¿Cómo ha cambiado la órbita de la Tierra durante cientos de millones o miles de millones de años?

¿Cómo ha cambiado la órbita de la Tierra durante cientos de millones o miles de millones de años?


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Primero, sé que modelar la mecánica orbital de 8 planetas es difícil, pero existen algunas teorías, por ejemplo, se cree que Júpiter se movió hacia el sol y luego comenzó a alejarse. Artículo

y Urano y Neptuno pueden haber cambiado de lugar Artículo

¿Existe alguna evidencia bastante buena sobre cómo la órbita de la Tierra ha cambiado con el tiempo? Recuerdo haber leído alguna evidencia geológica de que un año solía ser más largo, lo que implica que la Tierra solía estar más lejos del Sol, pero desde entonces no he podido encontrar ese artículo, y para los propósitos de esta pregunta, contamos un día como 24 horas a pesar de que un día solía ser un poco más corto hace cientos de millones o miles de millones de años. - nota al pie, todavía no he podido encontrar ese artículo, pero se me ocurre, podría haber estado contando días más cortos, no años más largos, así que tómese esa parte con un grano de sal.

¿Existen buenos estudios sobre cuántos días de 24 horas hubo en un año, hace 100, 300, 500, 800 millones de años? ¿O hace 1 o 2 mil millones de años? ¿Modelado geológico u orbital? ¿Preferiblemente algo que un lego pueda leer, no algo escrito por y para doctores?

O cualquier buen resumen, también se anima. Gracias.

También encontré este artículo, pero parece más teórico que basado en evidencia. http://www.futurity.org/did-orbit-mishap-save-earth-from-freezing/


Lo que gobierna el período orbital de la Tierra es su momento angular orbital y la masa del Sol. Ciertamente, dos eventos han cambiado el período orbital de la Tierra (a) cualquier colisión que haya formado la Luna y (b) el proceso continuo de pérdida de masa del Sol. Una tercera posibilidad (c) es que los pares de marea del Sol hayan aumentado el momento angular de la Tierra.

Dado que (a) probablemente sucedió en algún momento de las primeras decenas de millones de años y probablemente no alteró mucho el momento angular de la Tierra, depende de la velocidad, masa y dirección del impactador y la cantidad de masa perdida de la Tierra-Luna. sistema - lo ignoraré.

(B). A partir de observaciones de análogos solares más jóvenes, parece que la pérdida de masa del Sol temprano fue mucho mayor que la modesta tasa a la que ahora pierde masa a través del viento solar. Una revisión de Guedel (2007) sugiere una tasa de pérdida masiva durante los últimos 4.500 millones de años que aumenta en $ t ^ {- 2.3} $ (con una incertidumbre considerable en el índice de la ley de potencia), donde $ t $ es el tiempo desde el nacimiento, y sugiere una masa solar inicial entre un 1% y un 7% más grande de lo que es ahora.

La conservación del momento angular y la tercera ley de Kepler significan que $ a propto M ^ {- 1} $ y $ P propto M ^ {- 2} $. Por lo tanto, el período orbital de la Tierra fue un 2-14% más corto en el pasado debido a la pérdida de masa solar, pero ha estado cerca de su valor actual durante los últimos 2-3 mil millones de años.

Si la dependencia del tiempo de la ley de energía eólica solar es muy pronunciada, entonces la mayor parte de la pérdida de masa se produjo temprano, pero la pérdida de masa total habría sido mayor. Por otro lado, una menor pérdida de masa total implica una menor pérdida de masa y la Tierra pasa más tiempo en una órbita más pequeña.

(c) El par de marea ejercido por el Sol en la órbita Tierra-Sol aumenta la separación orbital, porque el período de rotación del Sol es más corto que el período orbital de la Tierra. El "abultamiento" de las mareas del Sol inducido por la Tierra aplica un par que aumenta el momento angular orbital, muy parecido al efecto de la Tierra sobre la Luna.

Cuantificar esto es difícil. El par de marea en un planeta desde el Sol es $$ T = frac {3} {2} frac {k_E} {Q} frac {GM _ { odot} ^ {2} R_ {E} ^ {5 }} {a ^ 6}, $$ donde $ R_E $ es un radio de la Tierra y $ k_E / Q $ es la relación entre el número de Love de las mareas y $ Q $ un factor de disipación de las mareas (ver Sasaki et al. (2012).

Estas notas de clase sugieren valores de $ k_E / Q sim 0.1 $ para la Tierra y, por lo tanto, un par de marea de $ 4 veces 10 ^ {16} $ Nm. Dado que el momento angular orbital de la Tierra es $ sim 3 times 10 ^ {40} $ kgm $ ^ 2 $ s $ ^ {- 1} $, entonces la escala de tiempo para cambiar el momento angular de la Tierra (y por lo tanto $ a $ y $ P $) es $> 10 ^ {16} $ años y, por lo tanto, este efecto es despreciable.


La excentricidad orbital de la Tierra varía con el tiempo de ser casi circular (excentricidad baja de 0,0034) y ligeramente elíptica (excentricidad alta de 0,058). Se necesitan aproximadamente 100.000 años para que la Tierra experimente un ciclo completo. En períodos de alta excentricidad, la exposición a la radiación en la Tierra puede, en consecuencia, fluctuar más salvajemente entre períodos de perihelio y afelio. Asimismo, esas fluctuaciones son mucho más leves en épocas de baja excentricidad. Actualmente, la excentricidad orbital de la Tierra es de aproximadamente 0.0167, lo que significa que su órbita está más cerca de ser circular.


Desde el último bombardeo intenso, la órbita de la Tierra no podría haber cambiado mucho. Después de todo, la vida ha estado aquí desde entonces. La mayoría de los científicos piensan que la respuesta a la paradoja del tenue sol joven es una atmósfera de CO2 más espesa y no que la Tierra esté más cerca. En la historia anterior del sistema solar, la Tierra pudo haber sido "guiada" por Júpiter cuando migró más cerca.


La vegetación de la Tierra está cambiando más rápido hoy que en los últimos 18.000 años.

Un estudio global de polen fósil ha descubierto que la vegetación del planeta está cambiando al menos tan rápido hoy como lo hizo cuando las últimas capas de hielo se retiraron hace unos 10.000 años. Desde hace unos 3000 a 4000 años, las comunidades de plantas de la Tierra comenzaron a cambiar a un ritmo acelerado. Hoy en día, este ritmo rivaliza o supera la rápida rotación que tuvo lugar cuando las plantas se apresuraron a colonizar paisajes anteriormente congelados y adaptarse a un clima global que se calentó en unos 10 grados Fahrenheit.

La investigación, publicada el 20 de mayo en Ciencias, sugiere que la influencia dominante de la humanidad en los ecosistemas que es tan visible hoy tiene su origen en las primeras civilizaciones y el surgimiento de la agricultura, la deforestación y otras formas en que nuestra especie ha influido en el paisaje.

Este trabajo también sugiere que las tasas de cambio de los ecosistemas continuarán acelerándose durante las próximas décadas, a medida que el cambio climático moderno se suma a esta larga historia de cambios. Y al mostrar que las tendencias recientes de la biodiversidad son el comienzo de una aceleración a más largo plazo en las transformaciones de los ecosistemas, el nuevo estudio proporciona contexto para otros informes recientes de que los cambios globales en la biodiversidad se han acelerado durante el último siglo.

Una colaboración internacional de científicos dirigió el nuevo análisis, que fue impulsado por una base de datos innovadora para datos paleoecológicos. La base de datos de Paleoecología de Neotoma es una herramienta de acceso abierto que recopila y cura datos sobre ecosistemas pasados ​​de cientos de científicos. Neotoma está presidido por el profesor de geografía de la Universidad de Wisconsin-Madison, Jack Williams, quien ayudó a dirigir la nueva investigación.

Los autores del estudio analizaron más de 1.100 registros fósiles de polen de Neotoma, que abarcan todos los continentes excepto la Antártida, para comprender cómo han cambiado los ecosistemas vegetales desde el final de la última glaciación hace unos 18.000 años, y qué tan rápido ocurrió este cambio.

"Al final de la edad de hielo, tuvimos conversiones de ecosistemas completas a escala de bioma", dice Williams, quien también cura la base de datos de polen de Neotoma en América del Norte. "Y en los últimos miles de años, estamos en esa escala nuevamente. Ha cambiado mucho. Y estos cambios comenzaron antes de lo que podríamos haber pensado antes".

El polen fósil proporciona una medida extremadamente sensible de las comunidades de plantas del pasado. A medida que el polen de las plantas circundantes cae en los lagos, se asienta en capas desde la más antigua en la parte inferior hasta la más nueva en la parte superior. Los científicos pueden extraer núcleos de sedimentos y realizar el arduo trabajo de identificar el polen y reconstruir los ecosistemas vegetales durante miles de años.

Sin embargo, cada núcleo de sedimento solo proporciona información sobre un lugar en la Tierra, por lo que los verdaderos análisis a escala global de los cambios de vegetación pasados ​​requieren la acumulación y curación de muchos de esos registros. Neotoma ha reunido miles de estos puntos de datos para ayudar a los científicos a descubrir tendencias globales. Investigadores de la Universidad de Bergen en Noruega, UW-Madison y administradores de datos de Neotoma de todo el mundo colaboraron para realizar el nuevo análisis.

Utilizando estos registros de polen, el equipo aplicó nuevos métodos estadísticos para analizar mejor la rapidez con la que han cambiado las comunidades de plantas en los últimos 18.000 años.

Descubrieron que la tasa de cambio alcanzó inicialmente su punto máximo entre 8.000 y 16.000 años, dependiendo del continente. Es probable que estas diferencias continentales sean causadas por diferentes tiempos y patrones de cambio climático relacionados con el retroceso de los glaciares, el aumento de las concentraciones de dióxido de carbono en la atmósfera, los cambios en la órbita de la Tierra y los cambios en la circulación oceánica y atmosférica.

Luego, los ecosistemas se estabilizaron hasta hace unos 4.000 años. Entonces, la tasa de cambio comenzó un aumento meteórico que continúa hoy, cuando la mayoría de los ecosistemas vegetales están cambiando al menos tan rápido como lo hicieron en el pico del flujo inducido por la edad de hielo.

"Ese fue un hallazgo sorprendente, porque durante los últimos miles de años, no sucedió mucho climáticamente, pero las tasas de cambio del ecosistema fueron tan grandes o más grandes que cualquier cosa que hayamos visto desde la última edad de hielo hasta el presente". dice Williams.

Aunque este análisis de los registros de polen se centró en detectar cambios en los ecosistemas, en lugar de determinar formalmente las causas, estos cambios recientes en los ecosistemas se correlacionan con el comienzo de la agricultura intensiva y las primeras ciudades y civilizaciones de todo el mundo.

Williams dice que una característica intrigante de estos análisis es que el crecimiento temprano es muy temprano en todo el mundo, a pesar de que cada continente tuvo diferentes trayectorias de uso de la tierra, desarrollo agrícola y urbanización.

Los científicos han acuñado el término Antropoceno para describir el período geológico moderno, cuando los humanos son la influencia dominante en el mundo. "Y una de las preguntas ha sido, ¿cuándo comenzó el Antropoceno?" dice Williams. "Este trabajo sugiere que hace 3000 a 4000 años, los humanos ya estaban teniendo un impacto enorme en el mundo (y) eso continúa hoy".

Una implicación aleccionadora de este trabajo, dicen los científicos, es que en el pasado, los períodos de transformaciones de los ecosistemas impulsados ​​por el cambio climático y los impulsados ​​por el uso de la tierra estaban en gran parte separados. Pero ahora, continúa el uso intensificado de la tierra y el mundo se está calentando a un ritmo creciente debido a la acumulación de gases de efecto invernadero. A medida que las comunidades de plantas responden a la combinación de los impactos humanos directos y el cambio climático inducido por el hombre, las tasas futuras de transformación de los ecosistemas pueden batir nuevos récords una vez más.

Este trabajo fue apoyado en parte por la National Science Foundation (subvenciones 1550707, 1550805 y 1948926).


Evidencia sólida como una roca muestra cómo la órbita excéntrica de la Tierra & # x27s afecta el cambio climático

Probablemente imagines el viaje anual de la Tierra alrededor del Sol como más o menos un círculo, pero eso solo es cierto algunas veces. Los modelos han sugerido durante mucho tiempo que la órbita de nuestro planeta de origen cambia de circular a elíptica y viceversa durante cientos de miles de años, lo que influye en los cambios climáticos naturales. Ahora, los científicos han encontrado la primera evidencia física del ciclo y lo han rastreado antes de los dinosaurios.

La Tierra atraviesa ciclos regulares a gran escala de edades de hielo y períodos más cálidos, impulsados ​​por una amplia gama de factores. Algunos de los principales contribuyentes son lo que se conoce como Ciclos de Milankovitch, junto con las variaciones en la trayectoria orbital de la Tierra (ciclo cada 100.000 años), su inclinación axial (en un ciclo de 41.000 años) y el "bamboleo" de su giro (en un Ciclo de 23.000 años). Estos afectan la cantidad de energía solar que llega al hemisferio norte en diferentes épocas del año y, a su vez, afectan el clima a largo plazo del planeta.

Pero los científicos han sospechado desde hace mucho tiempo que hay otro ciclo mucho más largo sobre ellos. Cada 405.000 años aproximadamente, la forma de la órbita de la Tierra cambia de casi perfectamente circular a ligeramente elíptica, gracias a las complejas interacciones entre la Tierra y otros planetas, particularmente nuestro vecino más cercano Venus y la enorme influencia gravitacional de Júpiter. Esto se remonta a unos 50 millones de años, pero con tantas partes móviles todo se vuelve un poco turbio cuanto más atrás miras.

"Hay otros ciclos orbitales más cortos, pero cuando miras hacia el pasado, es muy difícil saber con cuál estás lidiando en un momento dado, porque cambian con el tiempo", dice Dennis Kent, autor principal de la estudio. "La belleza de este es que está solo. No cambia. Todos los demás se mueven sobre él".

Los investigadores pudieron fechar los núcleos de roca analizando isótopos en capas de ceniza volcánica, así como a través de señales claras dejadas durante las inversiones de los polos magnéticos.

Anteriormente, este ciclo más largo se había planteado como hipótesis basándose en cálculos de los movimientos de los planetas, pero ahora los investigadores de la Universidad de Columbia y la Universidad de Rutgers han encontrado la primera evidencia física de ello. El equipo perforó núcleos de roca a 457 m (1.500 pies) de profundidad del Parque Nacional del Bosque Petrificado en Arizona y los comparó con núcleos profundos similares de Nueva York y Nueva Jersey.

Al analizar la descomposición de los isótopos en las capas de ceniza volcánica que salpican la roca, el equipo pudo fechar los núcleos de Arizona entre hace 209 y 215 millones de años. Eso los ubica en el Triásico tardío, alrededor del comienzo de la era de los dinosaurios. Los investigadores también pudieron ver signos claros de inversiones del campo magnético, un ciclo bastante regular en el que los polos magnéticos de la Tierra cambian cada 200.000 a 300.000 años.

Los investigadores compararon los núcleos de Arizona con los de Nueva York y Nueva Jersey, y alinearon los puntos de inversión de los polos. La combinación de ambos conjuntos de datos también mostró que se formaron al mismo tiempo y tenían características similares que apuntaban a la influencia de un ciclo a más largo plazo.

El ciclo asomó la cabeza en las rocas en forma de períodos alternados, extremadamente húmedos y secos. Las capas más oscuras indican pizarra negra, formada en el fondo de lagos profundos como resultado de las estaciones más húmedas, mientras que la roca de color más claro indica condiciones mucho más secas. Estas condiciones se repitieron cada 405.000 años, y los tiempos más oscuros / húmedos sugirieron que la Tierra estaba en una órbita muy excéntrica, mientras que los tiempos más claros / secos representan una trayectoria circular más suave.

Los investigadores dicen que este ciclo a mayor escala no afecta directamente el clima de la Tierra, sino que fortalece o debilita los efectos de los Ciclos de Milankovitch más pequeños.

Los investigadores perforaron núcleos de roca del Parque Nacional del Bosque Petrificado en Arizona

"Es un resultado asombroso porque este largo ciclo, que se había predicho a partir de los movimientos planetarios hace unos 50 millones de años, se ha confirmado hace al menos 215 millones de años", dice Kent. "Los científicos ahora pueden vincular los cambios en el clima, el medio ambiente, los dinosaurios, los mamíferos y los fósiles de todo el mundo con este ciclo de 405.000 años de una manera muy precisa".

La investigación fue publicada en la revista Procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.


Los cambios orbitales de la Tierra han influido en el clima y las formas de vida durante al menos 215 millones de años.

Cada 405.000 años, los tirones gravitacionales de Júpiter y Venus alargan ligeramente la órbita de la Tierra, un patrón sorprendentemente consistente que ha influido en el clima de nuestro planeta durante al menos 215 millones de años y permite a los científicos fechar con mayor precisión eventos geológicos como la propagación de los dinosaurios, según Rutgers. -Estudio dirigido.

Los hallazgos se publican hoy en línea en la procedimientos de la Academia Nacional de Ciencias.

"Es un resultado asombroso porque este largo ciclo, que se había predicho a partir de los movimientos planetarios hace unos 50 millones de años, se ha confirmado hace al menos 215 millones de años", dijo el autor principal Dennis V. Kent, profesor de la Junta de Gobernadores en el Departamento de Ciencias de la Tierra y Planetarias de la Universidad Rutgers-New Brunswick. "Los científicos ahora pueden vincular los cambios en el clima, el medio ambiente, los dinosaurios, los mamíferos y los fósiles de todo el mundo con este ciclo de 405.000 años de una manera muy precisa".

Los científicos vincularon las inversiones en el campo magnético de la Tierra, cuando las brújulas apuntan al sur en lugar de al norte y viceversa, a los sedimentos con y sin circones (minerales con uranio que permiten la datación radiactiva), así como a los ciclos climáticos.

"Los ciclos climáticos están directamente relacionados con la forma en que la Tierra orbita el Sol y las ligeras variaciones en la luz solar que llega a la Tierra provocan cambios climáticos y ecológicos", dijo Kent, quien estudia el campo magnético de la Tierra. "La órbita de la Tierra cambia de casi perfectamente circular a aproximadamente un 5 por ciento alargada, especialmente cada 405.000 años".

Los científicos estudiaron el registro a largo plazo de inversiones en el campo magnético de la Tierra en sedimentos en la cuenca de Newark, un lago prehistórico que se extendió por la mayor parte de Nueva Jersey, y en sedimentos con detritos volcánicos, incluidos circones en la Formación Chinle en el Parque Nacional del Bosque Petrificado en Arizona. Recolectaron un núcleo de roca del período Triásico, hace entre 202 millones y 253 millones de años. El núcleo tiene 2.5 pulgadas de diámetro y unos 1.700 pies de largo, dijo Kent.

Los resultados mostraron que el ciclo de 405.000 años es el patrón astronómico más regular vinculado al giro anual de la Tierra alrededor del sol, dijo.

Antes de este estudio, las fechas hasta el momento exacto en que los campos magnéticos invertidos no estaban disponibles durante 30 millones de años del Triásico Tardío. Fue entonces cuando aparecieron los dinosaurios y los mamíferos y el supercontinente Pangea se disolvió. La ruptura llevó a la formación del Océano Atlántico, con el fondo del mar extendiéndose a medida que los continentes se separaron, y un evento de extinción masiva que afectó a los dinosaurios al final de ese período, dijo Kent.

"El desarrollo de una escala de tiempo muy precisa nos permite decir algo nuevo sobre los fósiles, incluidas sus diferencias y similitudes en áreas de amplio alcance", dijo.


Júpiter y Venus cambian la órbita terrestre y # 8217 cada 405.000 años

Es un hecho bien conocido entre los científicos de la Tierra que nuestro planeta experimenta periódicamente cambios importantes en su clima. En el transcurso de los últimos 200 millones de años, nuestro planeta ha experimentado cuatro períodos geológicos principales (Triásico, Jurásico, Cretácico y Cenozoico) y una edad de hielo importante (la glaciación Plioceno-Cuaternario), todos los cuales tuvieron un impacto drástico en las plantas. y la vida animal, además de afectar el curso de la evolución de las especies.

Durante décadas, los geólogos también han entendido que estos cambios se deben en parte a cambios graduales en la órbita de la Tierra, que son causados ​​por Venus y Júpiter, y se repiten regularmente cada 405.000 años. Pero no fue hasta hace poco que un equipo de geólogos y científicos de la Tierra desenterró la primera evidencia de estos cambios: sedimentos y muestras de núcleos de roca que proporcionan un registro geológico de cómo y cuándo ocurrieron estos cambios.

El estudio que describe sus hallazgos, titulado & # 8220Evidencia empírica de la estabilidad del ciclo de excentricidad de 405 kilo años Júpiter-Venus durante cientos de millones de años & # 8221, apareció recientemente en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias de EE. UU. El estudio fue dirigido por Dennis V. Bent, profesor de la Junta de Gobernadores de la Universidad de Rutgers-New Brunswick, e incluyó a miembros del Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty, el Centro de Geocronología de Berkeley, el Parque Nacional del Bosque Petrificado en Arizona y varios universidades.

El profesor Dennis Kent con parte de un núcleo de roca de 1,700 pies de largo obtenido del Parque Nacional del Bosque Petrificado en Arizona. Crédito: Nick Romanenko / Universidad de Rutgers

Como se señaló, la idea de que la Tierra experimenta cambios periódicos en su clima (que están relacionados con cambios en su órbita) se ha entendido durante casi un siglo. Estos cambios consisten en Ciclos de Milankovitch, que consisten en un ciclo de 100.000 años en la excentricidad de la Tierra y la órbita de la Tierra, un ciclo de 41.000 años en la inclinación de la Tierra y el eje en relación con su plano orbital, y un ciclo de 21.000 años causado por cambios en el eje del planeta & # 8217s.

Combinados con la oscilación de 405.000 años, que es el resultado de la influencia gravitacional de Venus y Júpiter, estos cambios provocan cambios en la cantidad de energía solar que llega a partes de nuestro planeta, lo que a su vez influye en el clima de la Tierra. Según los registros fósiles, también se sabe que estos ciclos han tenido un impacto profundo en la vida en la Tierra, lo que probablemente tuvo un efecto en el curso de la evolución de las especies. Como explicó el profesor Bent en un comunicado de prensa de Rutgers Today:

“Los ciclos climáticos están directamente relacionados con la forma en que la Tierra orbita alrededor del Sol y las ligeras variaciones en la luz solar que llega a la Tierra provocan cambios climáticos y ecológicos. La órbita de la Tierra cambia de casi perfectamente circular a aproximadamente un 5 por ciento alargada, especialmente cada 405.000 años ".

Por el bien de su estudio, el profesor Kent y sus colegas obtuvieron muestras de sedimentos de la cuenca de Newark, un lago prehistórico que se extendía por la mayor parte de Nueva Jersey, y una muestra de roca del núcleo de la Formación Chinle en el Parque Nacional del Bosque Petrificado en Arizona. Este núcleo de roca medía unos 518 metros (1700 pies) de largo, 6,35 cm (2,5 pulgadas) de diámetro y estaba fechado en el período Triásico & # 8211 ca. 202 a 253 millones de años.

Dentro de las rocas antiguas en el Parque Nacional del Bosque Petrificado de Arizona, los científicos han identificado signos de una variación regular en la órbita de la Tierra que influye en el clima. Crédito: Kevin Krajick / Observatorio de la Tierra Lamont-Doherty

Luego, el equipo vinculó las inversiones en el campo magnético de la Tierra # 8217s y # 8211 donde los polos norte y sur se desplazan & # 8211 a sedimentos con y sin circones (minerales con uranio que permiten la datación radiactiva), así como a los ciclos climáticos en el registro geológico. . Lo que mostraron fue que el ciclo de 405.000 años es el patrón astronómico más regular vinculado a la órbita anual de la Tierra alrededor del Sol.

Los resultados indicaron además que el ciclo se mantuvo estable durante cientos de millones de años y todavía está activo hoy. Como explicó el profesor Kent, esto constituye la primera evidencia verificable de que la mecánica celeste ha jugado un papel histórico en los cambios naturales en el clima de la Tierra. Como indicó el profesor Kent:

“Es un resultado asombroso porque este largo ciclo, que se había predicho a partir de los movimientos planetarios hace unos 50 millones de años, se ha confirmado hace al menos 215 millones de años. Los científicos ahora pueden vincular los cambios en el clima, el medio ambiente, los dinosaurios, los mamíferos y los fósiles de todo el mundo con este ciclo de 405.000 años de una manera muy precisa ”.

Anteriormente, los astrónomos pudieron calcular este ciclo de manera confiable hasta alrededor de 50 millones de años, pero encontraron que el problema se volvió demasiado complejo antes de esto porque entraron en juego demasiados movimientos de cambio. & # 8220Hay otros ciclos orbitales más cortos, pero cuando miras hacia el pasado, es muy difícil saber con cuál estás tratando en un momento dado, porque cambian con el tiempo & # 8221, dijo el Prof. Kent. & # 8220La belleza de este es que está solo. No cambia. Todos los demás se mueven sobre él. & # 8221

El supercontinente Pangea durante el período Pérmico (hace 300 & # 8211 250 millones de años). Crédito: Geología NAU / Ron Blakey

Además, los científicos no pudieron obtener fechas precisas sobre cuándo el campo magnético de la Tierra y # 8217 se invirtió durante 30 millones de años del Triásico Tardío & # 8211 entre ca. 201,3 y 237 millones de años. Este fue un período crucial para la evolución de la vida terrestre porque fue cuando se disolvió el supercontinente de Pangea, y también cuando aparecieron por primera vez los dinosaurios y los mamíferos.

Esta ruptura condujo a la formación del Océano Atlántico a medida que los continentes se separaron y coincidió con un evento de extinción masiva al final del período que afectó a los dinosaurios. Con esta nueva evidencia, los geólogos, paleontólogos y científicos de la Tierra podrán desarrollar líneas de tiempo muy precisas y categorizar con precisión la evidencia fósil fechada en este período, que muestra diferencias y similitudes en áreas de amplio alcance.


Cambios en la energía del sol.

El sol atraviesa ciclos de manchas solares aproximadamente cada 11 años. Durante las épocas en que hay manchas solares, manchas oscuras y, algunas de ellas de hasta 50.000 millas de ancho, se mueven a través de la superficie del sol. Cuando esto sucede, el sol emite un poco más de energía, lo que hace que la Tierra sea un poco más cálida. El sol también sufre cambios a más largo plazo que afectan la cantidad de energía que emite.


Archivos sólidos como una roca registran variaciones en la órbita de la Tierra

Una nueva investigación geológica revela información sobre la órbita de la Tierra y el clima de hace miles de millones de años. Crédito: Shutterstock

La forma de la órbita de la Tierra alrededor del sol y la orientación de su eje sufren variaciones regulares durante períodos de miles a millones de años. Estas variaciones, conocidas como ciclos de Milankovitch en honor al geofísico serbio Milutin Milankovitch, afectan la cantidad de luz solar que llega a la superficie del planeta.

Los ciclos de Milankovitch son uno de los principales impulsores de nuestro clima. Sabemos mucho sobre estas variaciones en la actualidad porque podemos medirlas con precisión. La evidencia de cambios climáticos debido a cambios en la órbita de la Tierra está presente en el registro geológico durante los últimos cientos de millones de años. La evidencia aparece como variaciones en el espesor y la composición de las capas sedimentarias de roca.

Sin embargo, apenas se sabe nada sobre estos cambios climáticos más atrás en el tiempo, teniendo en cuenta que la Tierra tiene 4.500 millones de años. Hasta ahora, no hemos podido aprender mucho acerca de cómo estos ciclos de Milankovitch han variado a lo largo de la historia de la tierra, hasta ahora.

Somos parte de un pequeño equipo internacional de investigadores de la Universidad de Utrecht, la Universidad de Ginebra y la Université du Québec à Montréal que realizan un examen cuidadoso de los patrones rítmicos de capas en las rocas. Luego, los combinamos con determinaciones precisas de la edad para calcular la velocidad a la que se depositan los sedimentos. Esto nos permite descubrir los secretos climáticos de la Tierra hace miles de millones de años.

En un lugar, los tipos de sedimentos depositados en un momento determinado varían en función del clima. Los científicos han estudiado estas variaciones en el registro sedimentario en detalle, lo que permite identificar con precisión los cambios climáticos del pasado. Normalmente, el método utilizado para estudiar estas variaciones es el análisis espectral, donde las herramientas estadísticas determinan si existen variaciones cíclicas en las capas de roca.

Las formaciones de hierro en bandas de 2.500 millones de años de antigüedad son un nuevo archivo climático que registra señales cíclicas que pueden vincularse a variaciones en la órbita de la Tierra alrededor del sol. Crédito: Margriet Lantink. Autor proporcionado

Un simple experimento mental puede ser útil para comprender cómo los cambios en el clima pueden afectar el registro de rocas.

Por ejemplo, si está de pie en una playa, la ubicación del océano está relacionada con la cantidad de luz solar que llega a la superficie de la Tierra. Si la Tierra estuviera un poco más lejos del sol, o el eje de la Tierra apuntara un poco más lejos, el clima sería más frío. Parte del agua de los océanos se almacenaría en los glaciares de la tierra y esto provocaría una caída en el nivel del mar. Entonces estaría más tierra adentro y el sedimento depositado bajo sus pies sería fundamentalmente diferente a la arena de la playa. Lo contrario ocurriría si la Tierra estuviera un poco más cerca del sol, no estaría parado en una playa, sino en algún lugar en el fondo del océano, ya que los glaciares que se derriten hacen que el nivel del mar suba.

Hace miles de millones de años, las condiciones en la Tierra eran fundamentalmente diferentes de las actuales: no había oxígeno libre en la atmósfera, la actividad volcánica era más violenta y no se había desarrollado vegetación ni vida multicelular. Sin embargo, debe haber habido fluctuaciones en la órbita y el eje de la Tierra que afectaron el clima en ese momento, y posiblemente incluso afectaron la vida temprana y la química de los océanos.

Formaciones de hierro con bandas

Nuestro equipo de investigación ha estado buscando evidencia de variaciones climáticas cíclicas en formaciones de hierro en bandas (BIF) de 2.500 millones de años. Los BIF son rocas ricas en hierro, con capas distintivas que se depositaron ampliamente en el fondo del océano y ahora se encuentran en las partes más antiguas de la corteza terrestre. Estos tipos de rocas no se encuentran en la actualidad y los científicos han luchado por comprender tanto su formación como su apariencia de bandas.

Hasta ahora, los científicos han explicado que la deposición de estas formaciones de hierro y su estratificación regular se debe principalmente a la actividad volcánica submarina, la fuente hidrotermal del hierro. Además, la evolución de la fotosíntesis en este momento puede haber producido oxígeno en las partes más someras del océano. Esto habría provocado que el hierro reducido disuelto en el agua se oxidara y se volviera insoluble, y luego caería al fondo del océano.

Sitios de investigación en Sudáfrica que muestran variaciones cíclicas en las capas de formaciones de hierro en bandas. Autor proporcionado

Nuestro estudio es el primero en vincular de manera concluyente las alternancias regulares en los BIF con los cambios cíclicos en la órbita de la Tierra alrededor del sol, con períodos de 405.000 años y de 1,4 a 1,6 millones de años. Logramos esto combinando el análisis espectral de las capas sedimentarias en Sudáfrica con una datación muy precisa de uranio-plomo para calcular la velocidad a la que se depositaron los sedimentos. Nuestra investigación muestra que los ciclos de Milankovitch de hace 2.500 millones de años tuvieron un efecto importante tanto en el clima del planeta como en la deposición de hierro en los océanos.

Descubrimos que el ciclo actual de 405.000 años ocurrió hace 2.500 millones de años. También encontramos un ciclo que tarda entre 1,4 y 1,6 millones de años. Este ciclo puede ser un ciclo de Milankovitch moderno, el ciclo actual más cercano tomando

2,4 millones de años. Interpretamos que la diferencia en el tiempo se debe al comportamiento caótico de los planetas de nuestro sistema solar, lo que afecta la duración de algunos de los ciclos de Milankovitch.

Archivos de alta resolución

Este emocionante descubrimiento indica que los BIF pueden considerarse un archivo de alta resolución del clima astronómico de hace 2.500 millones de años. Esta información tendrá implicaciones fundamentales para nuestra comprensión de cómo evolucionó el sistema solar con el tiempo. Hasta ahora, los modelos astrofísicos muestran cómo se pudo haber formado el sistema solar y los telescopios modernos nos han permitido comprender cómo se ve actualmente el sistema solar. Falta información sobre cómo llegamos desde el principio hasta la configuración actual.

La investigación adicional sobre las capas cíclicas en los BIF será clave para comprender exactamente cómo respondió el sistema climático primitivo de la Tierra a las variaciones astronómicas.

Este artículo se vuelve a publicar de The Conversation bajo una licencia Creative Commons. Lea el artículo original.


& # 8220Game Changer & # 8221 & # 8211Earth & # 8217s Orbit cambia cada 405.000 años: & # 8216Cycle proporciona nuevos conocimientos sobre la evolución de los dinosaurios y el cambio climático & # 8217

Los científicos que perforan profundamente en rocas antiguas en el desierto de Arizona dicen que han documentado un cambio gradual en la órbita de la Tierra y # 8217 que se repite regularmente cada 405,000 años, desempeñando un papel en los cambios climáticos naturales. Astrophysicists have long hypothesized that the cycle exists based on calculations of celestial mechanics, but the authors of the new research have found the first verifiable physical evidence. They showed that the cycle has been stable for hundreds of millions of years, from before the rise of dinosaurs, and is still active today. The research may have implications not only for climate studies, but our understanding of the evolution of life on Earth, and the evolution of the Solar System.


The new study lends support to previous studies by others that claim to have observed signs of the 405,000-year cycle even further back, before 250 million years ago, says Linda Hinnov, a professor at George Mason University who studies the deep past “Among other things, she said, it “could lead to new insights into early dinosaur evolution.” She called the findings “a significant new contribution to geology, and to astronomy.”

Scientists have for decades posited that Earth’s orbit around the sun goes from nearly circular to about 5 percent elliptical, and back again every 405,000 years. The shift is believed to result from a complex interplay with the gravitational influences of Venus and Jupiter, along with other bodies in the Solar System as they all whirl around the Sun like a set of gyrating hula-hoops, sometimes closer to one another, sometimes further. Astrophysicists believe the mathematical calculation of the cycle is reliable back to around 50 million years, but after that, the problem gets too complex, because too many shifting motions are at play.

“There are other, shorter, orbital cycles, but when you look into the past, it’s very difficult to know which one you’re dealing with at any one time, because they change over time,” said lead author Dennis Kent, an expert in paleomagnetism at Columbia University’s Lamont-Doherty Earth Observatory and Rutgers University. “The beauty of this one is that it stands alone. It doesn’t change. All the other ones move over it.”

The new evidence lies within 1,500-foot-long cores of rock that Kent and his coauthors drilled from a butte in Arizona’s Petrified Forest National Park in 2013, plus earlier deep cores from suburban New York and New Jersey. The Arizona rocks in the study formed during the late Triassic, between 209 million and 215 million years ago, when the area was covered with meandering rivers that laid down sediments. Around this time, early dinosaurs started evolving.

The scientists nailed down the Arizona rocks’ ages by analyzing interspersed volcanic ash layers containing radioisotopes that decay at a predictable rate. Within the sediments, they also detected repeated reversals in the polarity of the planet’s magnetic field. The team then compared these findings to the New York-New Jersey cores, which penetrated old lakebeds and soils that hold exquisitely preserved signs of alternating wet and dry periods during what was believed to be the same time.

Kent and Olsen have long argued that the climate changes displayed in the New York-New Jersey rocks were controlled by the 405,000-year cycle. However, there are no volcanic ash layers there to provide precise dates. But those cores do contain polarity reversals similar to those spotted in Arizona. By combining the two sets of data, the team showed that both sites developed at the same time, and that the 405,000-year interval indeed exerts a kind of master control over climate swings. Paleontologist Paul Olsen, a coauthor of the study, said that the cycle does not directly change climate rather it intensifies or dampens the effects of shorter-term cycles, which act more directly.

The planetary motions that spur climate swings are known as Milankovitch cycles, named for the Serbian mathematician who worked them out in the 1920s. Boiled down to simplest terms, they consist of a 100,000-year cycle in the eccentricity of Earth’s orbit, similar to the big 405,000-year swing a 41,000-year cycle in the tilt of Earth’s axis relative to its orbit around the Sun and a 21,000-year cycle caused by a wobble of the planet’s axis. Together, these shifts change the proportions of solar energy reaching the Northern Hemisphere, where most of the planet’s land is located, during different parts of the year. This in turn influences climate.

In the 1970s, scientists showed that that Milankovitch cycles have driven repeated warming and cooling of the planet, and thus the waxing and waning of ice ages over the last few million years. But they are still arguing over inconsistencies in data over that period, and the cycles’ relationships to rising and falling levels of carbon dioxide, the other apparent master climate control. Understanding how this all worked in the more distant past is even harder. For one, the frequencies of the shorter cycles have almost certainly changed over time, but no one can say exactly by how much. For another, the cycles are all constantly proceeding against each other. Sometimes some are out of phase with others, and they tend to cancel each other out at others, several may line up with each other to initiate sudden, drastic changes. Making the calculation of how they all might fit together gets harder the further back you go.

Kent and Olsen say that every 405,000 years, when orbital eccentricity is at its peak, seasonal differences caused by shorter cycles will become more intense summers are hotter and winters colder dry times drier, wet times wetter. The opposite will be true 202,500 years later, when the orbit is at its most circular. During the late Triassic, for poorly understood reasons, the Earth was much warmer than it is now through many cycles, and there was little to no glaciation. Then, the 405,000-year cycle showed up in strongly alternating wet and dry periods. Precipitation peaked when the orbit was at its most eccentric, producing deep lakes that left layers of black shale in eastern North America. When the orbit was most circular, things dried up, leaving lighter layers of soil exposed to the air.

Jupiter and Venus exert such strong influences because of size and proximity. Venus is the nearest planet to us—at its farthest, only about 162 million miles—and roughly similar in mass. Jupiter is much farther away, but is the Solar System’s largest planet, 2.5 times bigger than all others combined.

Kent and Olsen say that because of all the competing factors at work, there is still much to learn. “This is truly complicated stuff,” said Olsen. “We are using basically the same kinds of math to send spaceships to Mars, and sure, that works. But once you start extending interplanetary motions back in time and tie that to cause and effect in climate, we can’t claim that we understand how it all works.” The metronomic beat of the 405,000-year cycle may eventually help researchers disentangle some of this, he said.

If you were wondering, the Earth is currently in the nearly circular part of the 405,000-year period. What does that mean for us? “Probably not anything very perceptible,” says Kent. “It’s pretty far down on the list of so many other things that can affect climate on times scales that matter to us.”

Kent points out that according to the Milankovitch theory, we should be at the peak of a 20,000-some year warming trend that ended the last glacial period the Earth may eventually start cooling again over thousands of years, and possibly head for another glaciation. “Could happen. Guess we could wait around and see,” said Kent. “On the other hand, all the CO2 we’re pouring into the air right now is the obvious big enchilada. That’s having an effect we can measure right now. The planetary cycle is a little more subtle.”


How Ancient Coral Revealed the Changing Length of a Year

The lines on fossilized specimens show that millions of years ago, it took 420 days for the Earth to complete an orbit around the sun.

The earth spins, the sun rises and sets, we have day and night. Each rotation cycle takes roughly 24 hours. But that hasn’t always been the case—and eventually, it will change again.

It takes the earth roughly 365 days and six hours to orbit the sun. If we didn’t have Leap Day on February 29 every four years to offset those extra hours, the calendar would slowly creep out of sync with the seasons. But our practice of adding an occasional extra day to our calendar won’t work forever—as it turns out, the earth’s rotation is slowing down over time. Days used to be much shorter. Hundreds of millions of years ago, the earth rotated 420 times around its axis in the time it took it to orbit the sun, rather than 365 and change. And fossilized corals from 430 million years ago can help prove it.

Corals, like tree trunks, bear records of growth periods—microscopically thin scars showing when the corals were growing rapidly and when they weren’t. The lines can help us differentiate between the busy growing seasons from year to year, and even from day to day.

“When a coral is growing, every day it puts down a fine layer of calcium carbonate,” said Paul Mayer, the fossil invertebrates collections manager at the Field Museum in Chicago. “Every day, there’s a deposit, and you can see how they stack up into monthly deposits linked to the lunar cycle.”

“You can see seasonality, where the corals grow more in the dry season than in the wet season,” he explained. “If you count up all the little lines between seasonalities, you get the number of days in the year.”

And those days per year are different depending on when the corals lived. Corals from the Silurian Period, 444-419 million years ago, show 420 little lines between seasonality bands, indicating that a year during that period was 420 days long. More recent corals from the Devonian Period, a few million years later, show that the earth’s spin had slowed down to 410 days per year.

So why is the Earth slowing down in the first place? It has to do with the earth’s relationship to the moon. “The moon used to be closer to us than it is now,” Mayer said. “In the Silurian Period, the full moon would have looked a lot bigger on the horizon.” When the Earth rotates, gravity pulls a bulge of ocean water toward the moon. That slow, sloshing water slows down the planet’s spin by a tiny bit. And when the Earth slows, its rotational energy is transferred to the moon, causing the moon to move faster and pull away from the earth, centimeter by centimeter. And over the course of millions of years, these infinitesimal adjustments to the earth’s rotation and the moon’s distance add up, eventually changing the day and night that our planet experiences.

“Who’d have thunk that a fossil coral could tell you that your calendars change over geologic time?” mused Mayer. “That’s one reason we collect these things at the Field. They show us how our planet changes”—in tiny, tiny differences that don’t matter until they do.