Nhìn lên mặt trăng trên bầu trời đêm, bạn sẽ không bao giờ tưởng tượng rằng nó đang dần di chuyển khỏi Trái đất. Nhưng chúng tôi biết khác. Năm 1969, các sứ mệnh Apollo của NASA đã lắp đặt các tấm phản chiếu trên mặt trăng. Những điều này cho thấy mặt trăng hiện đang di chuyển cách Trái đất 3,8 cm mỗi năm. Nếu chúng ta lấy tốc độ suy thoái hiện tại của mặt trăng và chiếu ngược thời gian, chúng ta sẽ có va chạm giữa Trái đất và mặt trăng vào khoảng 1,5 tỷ năm trước.
Tuy nhiên, mặt trăng được hình thành cách đây khoảng 4,5 tỷ năm, có nghĩa là tốc độ suy thoái hiện tại là một hướng dẫn kém cho quá khứ. Cùng với các nhà nghiên cứu đồng nghiệp của chúng tôi từ Đại học Utrecht và Đại học Geneva, chúng tôi đã sử dụng kết hợp các kỹ thuật để thử và thu thập thông tin về quá khứ xa xôi của hệ mặt trời.
Gần đây, chúng tôi đã phát hiện ra một địa điểm hoàn hảo để khám phá lịch sử lâu dài của mặt trăng lặn. Và nó không phải từ việc nghiên cứu bản thân mặt trăng, mà là từ việc đọc các tín hiệu trong các lớp đá cổ xưa trên Trái đất.
1
Đọc giữa các lớp
Trong Công viên Quốc gia Karijini xinh đẹp ở miền tây Australia, một số hẻm núi cắt qua 2,5 tỷ năm tuổi, lớp trầm tích nhịp nhàng. Những trầm tích này là thành tạo sắt dạng dải, bao gồm các lớp đặc biệt của sắt và các khoáng chất giàu silica từng được lắng đọng rộng rãi dưới đáy đại dương và hiện được tìm thấy trên các phần lâu đời nhất của vỏ Trái đất.
Các bức ảnh chụp vách đá ở Joffre Falls cho thấy cách các lớp hình thành sắt màu nâu đỏ chỉ dày dưới một mét được xen kẽ, theo khoảng thời gian đều đặn, bởi các chân trời tối hơn và mỏng hơn. Các khoảng tối hơn bao gồm một loại đá mềm hơn, dễ bị xói mòn hơn. Xem xét kỹ hơn các phần nhô ra cho thấy sự hiện diện của một biến thể quy mô nhỏ hơn, thường xuyên hơn. Bề mặt đá, đã được đánh bóng bởi nước sông chảy qua hẻm núi theo mùa, phát hiện ra một mô hình của các lớp màu trắng, đỏ và xám xanh xen kẽ.
Năm 1972, nhà địa chất người Úc A.F. Trendall đã đặt ra câu hỏi về nguồn gốc của các quy mô khác nhau của các mô hình tuần hoàn, lặp đi lặp lại có thể nhìn thấy trong các lớp đá cổ đại này. Ông gợi ý rằng các mô hình có thể liên quan đến các biến thể trong quá khứ của khí hậu gây ra bởi cái gọi là 'chu kỳ Milankovitch'.
2
Thay đổi khí hậu theo chu kỳ
Các chu kỳ Milankovitch mô tả những thay đổi nhỏ, định kỳ về hình dạng của quỹ đạo Trái đất và hướng trục của nó ảnh hưởng đến sự phân bố của ánh sáng Mặt trời mà Trái đất nhận được qua các năm. Hiện tại, các chu kỳ Milankovitch thống trị thay đổi sau mỗi 400.000 năm, 100.000 năm, 41.000 năm và 21.000 năm.
Những biến thể này kiểm soát mạnh mẽ khí hậu của chúng ta trong một khoảng thời gian dài. Các ví dụ chính về ảnh hưởng của áp lực khí hậu Milankovitch trong quá khứ là sự xuất hiện của các giai đoạn cực kỳ lạnh hoặc ấm, cũng như điều kiện khí hậu khu vực ẩm ướt hơn hoặc khô hơn.
3
Những thay đổi khí hậu ảnh hưởng đến trái đất
Những thay đổi khí hậu này đã làm thay đổi đáng kể các điều kiện trên bề mặt Trái đất, chẳng hạn như kích thước của các hồ. Chúng là lời giải thích cho sự phủ xanh theo chu kỳ của sa mạc Sahara và lượng oxy thấp trong đại dương sâu thẳm. Các chu kỳ Milankovitch cũng đã ảnh hưởng đến sự di cư và tiến hóa của các loài động thực vật bao gồm cả loài của chúng ta. Và dấu hiệu của những thay đổi này có thể được đọc thông qua những thay đổi theo chu kỳ trong đá trầm tích. ae0fcc31ae342fd3a1346ebb1f342fcb
4
Đã ghi lại Wobbles
Khoảng cách giữa Trái đất và mặt trăng liên quan trực tiếp đến tần suất của một trong các chu kỳ Milankovitch - chu kỳ tuế sai khí hậu. Chu kỳ này phát sinh từ chuyển động tịnh tiến (dao động) hoặc thay đổi định hướng của trục quay của Trái đất theo thời gian. Chu kỳ này hiện có khoảng thời gian ~ 21.000 năm, nhưng khoảng thời gian này sẽ ngắn hơn trong quá khứ khi mặt trăng ở gần Trái đất hơn.
Điều này có nghĩa là nếu trước tiên chúng ta có thể tìm thấy các chu kỳ Milankovitch trong các lớp trầm tích cũ và sau đó tìm ra tín hiệu về sự dao động của Trái đất và thiết lập chu kỳ của nó, chúng ta có thể ước tính khoảng cách giữa Trái đất và mặt trăng tại thời điểm các lớp trầm tích được lắng đọng. Nghiên cứu trước đây của chúng tôi cho thấy rằng các chu kỳ Milankovitch có thể được bảo tồn trong một hệ thống sắt hình dải cổ đại ở Nam Phi, do đó hỗ trợ lý thuyết của Trendall. Các thành tạo băng sắt ở Úc có lẽ đã được lắng đọng trong cùng đại dương với đá ở Nam Phi, khoảng 2,5 tỷ năm trước. Tuy nhiên, các biến thể theo chu kỳ trong đá Úc được phơi bày tốt hơn, cho phép chúng tôi nghiên cứu các biến thể ở độ phân giải cao hơn nhiều.
Phân tích của chúng tôi về sự hình thành sắt dải ở Úc cho thấy rằng các tảng đá chứa nhiều quy mô biến đổi theo chu kỳ, chúng lặp lại xấp xỉ với khoảng cách 10 và 85 cm. Khi kết hợp các độ dày này với tốc độ trầm tích được lắng đọng, chúng tôi nhận thấy rằng các biến thể theo chu kỳ này xảy ra khoảng 11.000 năm và 100.000 năm một lần. Do đó, phân tích của chúng tôi cho rằng chu kỳ 11.000 quan sát được trong đá có khả năng liên quan đến chu kỳ tuế sai khí hậu, có chu kỳ ngắn hơn nhiều so với chu kỳ ~ 21.000 năm hiện tại. Sau đó, chúng tôi sử dụng tín hiệu tuế sai này để tính toán khoảng cách giữa Trái đất và mặt trăng cách đây 2,46 tỷ năm.
Chúng tôi phát hiện ra rằng khi đó mặt trăng gần Trái đất hơn khoảng 60.000 km (khoảng cách đó bằng khoảng 1,5 lần chu vi Trái đất). Điều này sẽ làm cho thời lượng của một ngày ngắn hơn nhiều so với hiện tại, vào khoảng 17 giờ thay vì 24 giờ hiện tại.
5
Tìm hiểu Động lực học Hệ Mặt trời
Nghiên cứu về thiên văn học đã cung cấp các mô hình cho sự hình thành hệ mặt trời của chúng ta và các quan sát về các điều kiện hiện tại. Nghiên cứu của chúng tôi và một số nghiên cứu của những người khác đại diện cho một trong những phương pháp duy nhất để có được dữ liệu thực tế về sự tiến hóa của hệ mặt trời và sẽ rất quan trọng đối với các mô hình tương lai của hệ Trái đất-Mặt trăng. Thật đáng kinh ngạc là động lực học trong quá khứ của hệ mặt trời có thể được xác định từ những biến thể nhỏ trong đá trầm tích cổ đại.
Tuy nhiên, một điểm dữ liệu quan trọng không cung cấp cho chúng ta hiểu biết đầy đủ về sự tiến hóa của hệ thống Trái đất-Mặt trăng. Bây giờ chúng ta cần dữ liệu đáng tin cậy khác và các phương pháp tiếp cận mô hình mới để theo dõi sự tiến hóa của mặt trăng theo thời gian. Và nhóm nghiên cứu của chúng tôi đã bắt đầu cuộc săn tìm những khối đá tiếp theo có thể giúp chúng tôi khám phá thêm manh mối về lịch sử của hệ mặt trời.
Bài viết này được xuất bản lại từ Cuộc trò chuyện . Đọc bài báo gốc nơi đây .
