Forskare som borrar djupt i gamla stenar i Arizona -öknen säger att de har dokumenterat en gradvis förskjutning i jordens bana som upprepas regelbundet var 405, 000 år, spelar en roll i naturliga klimatsvängningar. Astrofysiker har länge antagit att cykeln existerar baserat på beräkningar av himmelsk mekanik, men författarna till den nya forskningen har hittat de första verifierbara fysiska bevisen. De visade att cykeln har varit stabil i hundratals miljoner år, från före dinosauriernas uppkomst, och är fortfarande aktiv idag. Forskningen kan få konsekvenser inte bara för klimatstudier, men vår förståelse av livets utveckling på jorden, och solsystemets utveckling. Det visas denna vecka i Proceedings of the National Academy of Sciences .

Forskare har i årtionden påstått att jordens bana runt solen går från nästan cirkulär till cirka 5 procent elliptisk, och tillbaka igen var 405:e 000 år. Förskjutningen antas bero på ett komplext samspel med gravitationens påverkan av Venus och Jupiter, tillsammans med andra kroppar i solsystemet när de alla virvlar runt solen som en uppsättning roterande hula-hoops, ibland närmare varandra, ibland längre. Astrofysiker tror att den matematiska beräkningen av cykeln är tillförlitlig tillbaka till cirka 50 miljoner år, men efter det, problemet blir för komplicerat, eftersom för många växlingsrörelser spelar.

"Det finns andra, kortare, orbitalcykler, men när du tittar in i det förflutna, det är väldigt svårt att veta vilken man har att göra med vid ett tillfälle, eftersom de förändras med tiden, " sa huvudförfattaren Dennis Kent, en expert på paleomagnetism vid Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory och Rutgers University. "Det fina med den här är att den står ensam. Den förändras inte. Alla andra rör sig över den."

De nya bevisen ligger inom 1, 500 fot långa bergkärnor som Kent och hans medförfattare borrade från en butte i Arizona Petrified Forest National Park 2013, plus tidigare djupa kärnor från förorts New York och New Jersey. Arizona-klipporna i studien som bildades under det sena trias, mellan 209 miljoner och 215 miljoner år sedan, när området var täckt av slingrande floder som lade ner sediment. Ungefär vid denna tid, tidiga dinosaurier började utvecklas.

Forskarna spikade fast Arizona-klippornas åldrar genom att analysera insprängda vulkaniska asklager som innehåller radioisotoper som sönderfaller i en förutsägbar hastighet. Inom sedimenten, de upptäckte också upprepade vändningar i polariteten i planetens magnetfält. Teamet jämförde sedan dessa fynd med kärnorna i New York-New Jersey, som penetrerade gamla sjöbäddar och jordar som har utsökt bevarade tecken på växlande våta och torra perioder under vad man trodde var samma tid.

Kent och Olsen har länge hävdat att klimatförändringarna i New York-New Jersey-klipporna styrdes av 405, 000-års cykel. Dock, det finns inga vulkaniska asklager där för att ge exakta datum. Men dessa kärnor innehåller polaritetsomkastningar som liknar de som upptäcks i Arizona. Genom att kombinera de två uppsättningarna av data, teamet visade att båda webbplatserna utvecklades samtidigt, och att 405, 000-årsintervall utövar verkligen en slags mästarkontroll över klimatsvängningar. Paleontolog Paul Olsen, en medförfattare till studien, sade att cykeln inte direkt förändrar klimatet; snarare förstärker eller dämpar det effekterna av kortare cykler, som agerar mer direkt.

Planetrörelserna som stimulerar klimatsvängningar kallas Milankovitch -cykler, uppkallad efter den serbiske matematikern som arbetade fram dem på 1920-talet. Kokta ner till enklaste termer, de består av 100, 000-årscykel i excentriciteten av jordens omloppsbana, liknande den stora 405, 000-års swing; en 41, 000-årig cykel i lutningen av jordens axel i förhållande till dess bana runt solen; och en 21, 000-årig cykel orsakad av en vingling av planetens axel. Tillsammans, dessa förändringar ändrar proportionerna av solenergi som når norra halvklotet, där det mesta av planetens land finns, under olika delar av året. Detta påverkar i sin tur klimatet.

På 1970 -talet, forskare visade att Milankovitch-cykler har drivit på upprepad uppvärmning och nedkylning av planeten, och därmed istidernas vaxning och avtagande under de senaste miljoner åren. Men de bråkar fortfarande om inkonsekvenser i data under den perioden, och kretsloppens samband med stigande och fallande nivåer av koldioxid, den andra skenbara klimatkontrollen. Att förstå hur allt detta fungerade i det mer avlägsna förflutna är ännu svårare. För en, frekvenserna för de kortare cyklerna har nästan säkert förändrats över tiden, men ingen kan säga exakt hur mycket. För en annan, cyklerna fortsätter alla ständigt mot varandra. Ibland är vissa ur fas med andra, och de tenderar att avbryta varandra; hos andra, flera kan ställa upp med varandra för att initiera plötsligt, drastiska förändringar. Att göra beräkningen av hur de alla kan passa ihop blir svårare ju längre bak du går.

Kent och Olsen säger att var 405:e 000 år, när orbital excentricitet är på topp, säsongsmässiga skillnader orsakade av kortare cykler kommer att bli mer intensiva; somrarna är varmare och vintrarna kallare; torra tider torrare, blöta tider blötare. Motsatsen kommer att vara sant 202, 500 år senare, när banan är som mest cirkulär. Under det sena triastiden, av dåligt förstådda skäl, jorden var mycket varmare än den är nu genom många cykler, och det var lite eller ingen glaciation. Sedan, 405, 000-årscykeln visade sig i starkt alternerande våta och torra perioder. Nederbörden toppade när banan var som mest excentrisk, producera djupa sjöar som lämnade lager av svart skiffer i östra Nordamerika. När omloppsbanan var som mest cirkulär, saker torkade upp, lämnar lättare jordlager utsatta för luften.

Jupiter och Venus utövar så starka inflytanden på grund av storlek och närhet. Venus är den närmaste planeten till oss - längst bort, bara cirka 162 miljoner mil - och ungefär lika i massa. Jupiter är mycket längre bort, men är solsystemets största planet, 2,5 gånger större än alla andra tillsammans.

Linda Hinnov, en professor vid George Mason University som studerar det djupa förflutna, sa att den nya studien ger stöd till tidigare studier av andra som hävdar att de har observerat tecken på 405, 000-årscykel ännu längre tillbaka, före 250 miljoner år sedan. Bland annat, Hon sa, det "kan leda till nya insikter om tidig dinosaurieutveckling." Hon kallade fynden "ett betydande nytt bidrag till geologi, och till astronomi."

Kent och Olsen säger att på grund av alla konkurrerande faktorer på jobbet, det finns fortfarande mycket att lära. "Det här är verkligen komplicerade saker, ", sa Olsen. "Vi använder i princip samma typ av matematik för att skicka rymdskepp till Mars, och visst, det fungerar. Men när du väl börjar förlänga interplanetära rörelser bakåt i tiden och binder det till orsak och verkan i klimatet, vi kan inte påstå att vi förstår hur det hela fungerar. "405:s metronomiska takt, 000-årscykel kan så småningom hjälpa forskare att reda ut en del av detta, han sa.

Om du undrade, jorden är för närvarande i den nästan cirkulära delen av 405, 000-årsperiod. Vad betyder det för oss? "Förmodligen inget särskilt märkbart, " säger Kent. "Det är ganska långt ner på listan över så många andra saker som kan påverka klimatet på tidsskalor som är viktiga för oss." Kent påpekar att enligt Milankovitch-teorin, vi borde vara på toppen av 20, 000-några års uppvärmningstrend som avslutade den senaste istiden; jorden kan så småningom börja svalna igen under tusentals år, och eventuellt bege sig mot en annan nedisning. "Kan hända. Antar att vi kunde vänta och se, sade Kent. Å andra sidan, all CO2 vi häller ut i luften just nu är den uppenbara stora enchiladan. Det har en effekt som vi kan mäta just nu. Planetcykeln är lite mer subtil."