IT之家 7 月 6 日消息，太陽(yáng)系的動(dòng)力學(xué)穩(wěn)定性是天文學(xué)研究的核心問(wèn)題之一。1812 年，法國(guó)著名天文學(xué)家和數(shù)學(xué)家皮埃爾-西蒙?拉普拉斯曾提出，根據(jù)行星的初始位置和萬(wàn)有引力定律，理論上可以恢復(fù)所有行星的運(yùn)動(dòng)軌跡。

然而，實(shí)際情況因 N 體問(wèn)題而復(fù)雜，行星間的引力共振導(dǎo)致太陽(yáng)系呈現(xiàn)混沌特性，微小的初始條件差異即可引發(fā)軌道不可預(yù)測(cè)的“蝴蝶效應(yīng)”。盡管依靠現(xiàn)代超級(jí)計(jì)算機(jī)和高精度的數(shù)值模型，天文學(xué)家能夠預(yù)測(cè) 6 千萬(wàn)年內(nèi)的行星軌道演化，但突破這一時(shí)間限制，必須依靠地質(zhì)記錄的反演研究。

地球軌道參數(shù)（偏心率、歲差和斜率）受太陽(yáng)系內(nèi)行星引力相互作用影響，呈現(xiàn)周期性變化。其中，火星與地球的引力作用導(dǎo)致的超長(zhǎng)偏心率周期（現(xiàn)為 240 萬(wàn)年），極易受到太陽(yáng)系混沌行為的影響，周期值變化可達(dá)數(shù)百萬(wàn)年。這些地球軌道參數(shù)變化通過(guò)調(diào)控地表日照量，直接影響全球氣候變化，并在沉積地層中留下記錄。因此，通過(guò)分析沉積記錄中的火星-地球超長(zhǎng)偏心率周期變化，可以反演深時(shí)太陽(yáng)系的混沌行為。我國(guó)準(zhǔn)噶爾盆地發(fā)育完整的中新生代陸相沉積記錄，為解決上述問(wèn)題提供了珍貴的材料。

對(duì)此，中國(guó)科學(xué)院南京地質(zhì)古生物研究所副研究員房亞男、研究員沙金庚、研究員張海春、研究員王博與美國(guó)哥倫比亞大學(xué)教授 Paul Olsen 等國(guó)內(nèi)外同行，通過(guò)對(duì)準(zhǔn)噶爾盆地早侏羅世晚期三工河組陸相沉積地層開(kāi)展高分辨率的天文旋回地層學(xué)、沉積學(xué)、地球化學(xué)和孢粉學(xué)等多學(xué)科綜合研究，揭示了中生代早期強(qiáng)烈的火星-地球超長(zhǎng)偏心率變化，為約束深時(shí)太陽(yáng)系混沌行為提供了關(guān)鍵證據(jù)。

研究首次發(fā)現(xiàn) Jenkyns 事件（約 1.8 億年前的全球快速升溫事件，也被稱為托阿爾期大洋缺氧事件）與火星-地球超長(zhǎng)偏心率吻合，Jenkyns 期間全球變暖可能放大了海洋或深水湖泊環(huán)境中超長(zhǎng)偏心率調(diào)制的碳波動(dòng)。

相關(guān)成果已于北京時(shí)間 7 月 1 日在線發(fā)表于國(guó)際著名綜合期刊《美國(guó)科學(xué)院院報(bào)》（PNAS）上（IT之家附 DOI:https://doi.org/10.1073/pnas.2419902122）。

晚三疊世至早侏羅世（距今 2.37-1.75 億年），準(zhǔn)噶爾盆地位于盤(pán)古大陸高緯度地區(qū)，是一個(gè)大型淺水湖泊系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng)剖析影響有機(jī)碳同位素波動(dòng)的主要因素（包括有機(jī)質(zhì)來(lái)源、微生物降解、低有機(jī)碳樣品的污染、大氣 CO2 碳同位素組成、植物群變化和環(huán)境因素等），研究發(fā)現(xiàn)三工河組中有機(jī)質(zhì)主要由陸地高等植物組成，有機(jī)碳同位素波動(dòng)的主要控制因素是大氣 CO2 碳同位素組成的變化。進(jìn)一步的天文旋回地層學(xué)分析表明，三工河組有機(jī)碳同位素中記錄了 160 萬(wàn)年的火星-地球超長(zhǎng)偏心率周期。這一周期通過(guò)調(diào)控全球可交換碳庫(kù)，驅(qū)動(dòng)大氣 CO2 碳同位素組成周期性波動(dòng)，最后被陸地高等植物記錄下來(lái)。結(jié)合已識(shí)別出的晚三疊世 180 萬(wàn)年和早侏羅世早期 240 萬(wàn)年周期，顯示火星-地球超長(zhǎng)偏心率周期在中生代早期經(jīng)歷了顯著變化，為深時(shí)太陽(yáng)系混沌行為提供了關(guān)鍵證據(jù)。

此外，研究團(tuán)隊(duì)還精確限定了 Jenkyns 事件在三工河組中的地層位置，并將其天文年代標(biāo)尺與全球多個(gè)經(jīng)典 Jenkyns 事件剖面進(jìn)行了高精度對(duì)比。三工河組 Jenkyns 事件層位 Classopollis 孢粉高度富集，這表明當(dāng)時(shí)準(zhǔn)噶爾盆地氣候干旱且高溫，可能與卡魯-費(fèi)拉超級(jí)火山噴發(fā)引發(fā)的全球氣溫升高相關(guān)。

研究發(fā)現(xiàn)，三工河組 Jenkyns 事件正好對(duì)應(yīng)一個(gè) 160 萬(wàn)年超長(zhǎng)偏心率周期引起的碳同位素負(fù)偏期，但其表現(xiàn)出的有機(jī)碳同位素波動(dòng)遠(yuǎn)低于傳統(tǒng)海洋或深湖記錄中的異常值，只是多個(gè)超長(zhǎng)偏心率周期引起的全球碳波動(dòng)中的一個(gè)。這一現(xiàn)象表明，Jenkyns 事件期間全球變暖可能放大了海洋或深水湖泊環(huán)境中超長(zhǎng)偏心率調(diào)制的碳波動(dòng)，而處于淺水環(huán)境的準(zhǔn)噶爾盆地，可能更加真實(shí)地反映了當(dāng)時(shí)碳循環(huán)的本質(zhì)狀態(tài)。

本研究為限定深時(shí)太陽(yáng)系混沌行為，過(guò)濾有效的天文解決方案，檢驗(yàn)行星初始位置和驗(yàn)證重力模型提供了重要線索，同時(shí)，為揭示地球外力（軌道）和內(nèi)力（構(gòu)造運(yùn)動(dòng) — 超級(jí)火山噴發(fā)）對(duì)地球碳循環(huán)與氣候的影響提供了重要證據(jù)。研究成果有助于揭示深時(shí)全球變暖事件的機(jī)制和過(guò)程，進(jìn)而深化我們對(duì)未來(lái)氣候變化的理解。