坚如磐石的档案记录了地球轨道的变化

围绕太阳的地球轨道的形状及其轴的方向经历数千至数百万年的规律变化。在塞尔维亚地球物理学家Milutin Milankovitch之后，这些变化被称为Milankovitch周期 - 影响到达行星表面的太阳光量。

米兰科维奇周期是我们气候的主要驱动因素之一。我们现在对这些变化了解很多，因为我们可以精确地测量它们。在过去的几亿年中，地质记录中存在由于地球轨道变化引起的气候变化的证据。证据表现为岩石沉积层厚度和成分的变化。

然而，考虑到地球已有45亿年的历史，几乎没有人知道这些气候变化的时间。到目前为止，我们以前从未能够了解这些米兰科维奇周期如何在地球历史中发生变化。

我们是来自乌特勒支大学，日内瓦大学和魁北克蒙特利尔大学的一个小型国际研究团队的一员，他们仔细检查岩石中有节奏的分层模式。然后，我们将这些与精确的年龄测定结合起来，以计算沉积物沉积的速率。这使我们能够揭示数十亿年前地球的气候秘密。

深刻的历史

在一个地方，在某个时间沉积的沉积物类型随气候而变化。科学家们详细研究了沉积记录中的这些变化，使过去的气候变化得以准确识别。通常，用于研究这些变化的方法是光谱分析，其中统计工具确定岩层中是否存在周期性变化。

25亿年前的带状铁层是一个记录循环信号的新气候档案，可以与地球围绕太阳的轨道变化相关联。图片来源：Margriet Lantink。作者提供

一个简单的思想实验可以帮助理解气候变化如何影响摇滚记录。

例如，如果您站在海滩上，海洋的位置与到达地球表面的阳光量有关。如果地球离太阳略微远一点，或者地球的轴指向稍远的地方，那么气候会更冷。海洋中的一些水将储存在陆地上的冰川中，这将导致海平面下降。那么你将更加内陆，沉积在你脚下的沉积物将与沙滩沙子完全不同。如果地球稍微靠近太阳，你就不会站在海滩上，而是在海底的某个地方，因为融化的冰川导致海平面上升。

数十亿年前，地球上的状况与目前的情况根本不同：大气中没有自由氧，火山活动更加剧烈，没有植被或多细胞生命。尽管如此，地球轨道和轴线的波动肯定会影响当时的气候，甚至可能影响早期生活和海洋化学。

带状铁层

我们的研究团队一直在寻找25亿年前带状铁结构(BIF)中循环气候变化的证据。BIFs是富含铁质的独特层状岩石，广泛沉积在海底，现在可以在地壳现存最古老的部分找到。这些岩石类型在当今还没有找到，科学家们一直在努力了解它们的形成和它们的带状外观。

到目前为止，科学家已经解释了这些铁质层的沉积及其规则分层，主要是由于海底火山活动，即铁的热液源。此外，此时光合作用的演变可能在海洋的最浅部分产生氧气。这会导致溶解在水中的还原铁变得氧化和不溶，然后它会落到海底。

南非的研究地点显示出带状铁层形成层次的周期性变化。作者提供

我们的研究首次将BIF中的常规变化与围绕太阳的地球轨道的周期性变化联系起来，其周期为405,000年和140至160万年。我们通过将南非沉积层的光谱分析 与非常精确的铀铅测年相结合来计算沉积物的沉积速率来实现这一目标。我们的研究表明，25亿年前的米兰科维奇周期对地球的气候和海洋中的铁沉积都有重要影响。

我们发现目前的405，000年周期发生在25亿年前。我们还发现了一个需要140到160万年的周期。这个周期可能是一个现代的米兰科维奇周期，最接近的当前周期需要大约240万年。我们将时间差异解释为由于太阳系中行星的混沌行为，这会影响一些米兰科维奇周期的长度。

高分辨率档案

这一激动人心的发现表明，BIF可以被认为是25亿年前天文气候的高分辨率档案。这些信息将对我们理解太阳系如何随时间演变产生重大影响。到目前为止，天体物理模型显示太阳系如何形成，现代望远镜使我们能够了解太阳系目前的样子。目前缺少有关我们如何从开始到现在配置的信息。

进一步研究BIF中的循环分层将是准确理解早期地球气候系统如何响应天文变化的关键。