Formen på jordens bana runt solen och orienteringen av dess axel genomgår regelbundna variationer under perioder av tusentals till miljoner år. Dessa variationer - kända som Milankovitch -cykler efter den serbiska geofysikern Milutin Milankovitch - påverkar mängden solljus som når planetens yta.

Milankovitch -cykler är en av de viktigaste drivkrafterna för vårt klimat. Vi vet ganska mycket om dessa variationer för närvarande eftersom vi exakt kan mäta dem. Bevis för klimatförändringar på grund av förändringar i jordens bana finns i det geologiska rekordet under de senaste hundra miljoner åren. Beviset framstår som variationer i tjocklek och sammansättning av sedimentära lager av berg.

Dock, knappt någonting är känt om dessa klimatförändringar längre tillbaka i tiden, med tanke på att jorden är 4,5 miljarder år gammal. Vi har inte tidigare kunnat lära oss mycket om hur dessa Milankovitch -cykler har varierat genom jordens historia - tills nu.

Vi ingår i ett litet internationellt team av forskare från Utrecht University, University of Geneva och Université du Québec à Montréal som utför noggrann undersökning av rytmiska skiktmönster i bergarter. Vi kombinerar dem sedan med exakta åldersbestämningar för att beräkna hastigheten som sedimenten deponeras. Detta gör att vi kan avslöja jordens klimathemligheter för miljarder år sedan.

Djup historia

På en plats, de sedimenttyper som deponeras vid en viss tid varierar beroende på klimatet. Forskare har studerat dessa variationer i sedimentregistret i detalj, gör det möjligt att exakt identifiera klimatförändringar i det förflutna. Vanligtvis, metoden som används för att studera dessa variationer är spektralanalys, där statistiska verktyg avgör om det finns cykliska variationer i bergskikten.

Ett enkelt tankeexperiment kan vara användbart för att förstå hur förändringar i klimatet kan påverka bergrekordet.

Till exempel, om du står på en strand, havets läge är kopplat till mängden solljus som når jordens yta. Om jorden var något längre bort från solen, eller jordens axel pekade något längre bort, klimatet skulle bli kallare. En del av vattnet i haven skulle lagras i glaciärer på landet, och detta skulle orsaka sjunkande havsnivå. Du skulle då vara mer inåt landet och sedimentet som lagts under dina fötter skulle vara fundamentalt annorlunda än strandsand. Motsatsen skulle ske om jorden var något närmare solen, du skulle inte stå på en strand, men någonstans i botten av havet när de smältande glaciärerna får havsnivån att stiga.

För miljarder år sedan, förhållandena på jorden var fundamentalt annorlunda än de för närvarande:det fanns inget fritt syre i atmosfären, vulkansk aktivitet var mer våldsam och ingen vegetation eller flercelligt liv hade utvecklats. Ändå, det måste ha varit fluktuationer i jordens bana och axel som påverkade klimatet vid den tiden, och möjligen även påverkat tidigt liv och oceanernas kemi.

Bandade järnformationer

Vårt forskargrupp har sökt bevis för cykliska klimatvariationer i 2,5 miljarder år gamla bandjärnformationer (BIF). BIF är järnrika, tydligt skiktade stenar som avlagts i stor utsträckning på havsbotten och nu finns på de äldsta befintliga delarna av jordskorpan. Dessa bergarter finns inte idag och forskare har kämpat för att förstå både deras bildning och deras bandade utseende.

Tills nu, forskare har förklarat avsättningen av dessa järnformationer och deras regelbundna skiktning huvudsakligen på grund av undervattens vulkanisk aktivitet, järnets hydrotermiska källa. Dessutom, utvecklingen av fotosyntesen vid denna tid kan ha producerat syre i de grundaste delarna av havet. Detta skulle ha orsakat att det reducerade järnet som lösts i vattnet oxiderats och är olösligt, och det skulle sedan falla till havsbotten.

Vår studie är den första som slutgiltigt kopplar de regelbundna alternativen i BIF:erna till cykliska förändringar i jordens bana runt solen, med perioder på 405, 000 år och 1,4 till 1,6 miljoner år. Vi uppnådde detta genom att kombinera spektralanalys av sedimentära lager i Sydafrika med mycket exakt uran-bly-datering för att räkna ut hastigheten som sedimenten deponerades. Vår forskning visar att Milankovitch -cyklerna för 2,5 miljarder år sedan hade stor effekt på både planetens klimat och på järnavsättning i haven.

Vi fann att nuvarande 405, 000 års cykel inträffade för 2,5 miljarder år sedan. Vi hittade också en cykel som tar 1,4 till 1,6 miljoner år. Denna cykel kan vara en modern Milankovitch -cykel, den närmaste dagens cykel tar ~ 2,4 miljoner år. Vi tolkar skillnaden i timing som beror på kaotiskt beteende hos planeterna i vårt solsystem, vilket påverkar längden på några av Milankovitch -cyklerna.

Högupplösta arkiv

Denna spännande upptäckt indikerar att BIF kan betraktas som ett högupplöst arkiv för astronomiskt klimat för 2,5 miljarder år sedan. Denna information kommer att ha grundläggande konsekvenser för vår förståelse av hur solsystemet utvecklades över tiden. Tills nu, astrofysiska modeller visar hur solsystemet kan ha bildats och moderna teleskop har gjort det möjligt för oss att förstå hur solsystemet för närvarande ser ut. Information om hur vi fick det från början till idag konfigurationen saknas för närvarande.

Ytterligare forskning om cyklisk skiktning i BIF kommer att vara nyckeln för att förstå exakt hur det tidiga jordklimatsystemet reagerade på de astronomiska variationerna.

Denna artikel publiceras från The Conversation under en Creative Commons -licens. Läs originalartikeln.