Ученые обнаружили скрытые закономерности геологического времени

Фото из открытых источников

Новое международное исследование, опубликованное в журнале Earth and Planetary Science Letters, показывает, что границы между геологическими эпохами и периодами, несмотря на их случайное распределение, следуют скрытой иерархической закономерности. Исследование, соавтором которого является профессор Андрея Спиридонова с факультета химии и наук о Земле Вильнюсского университета (VU), показывает, что эти временные границы группируются таким образом, что отражают глубочайшие колебания земной системы. Это открытие может изменить наше понимание прошлого нашей планеты и её возможного будущего.

«Геологические шкалы времени могут выглядеть как аккуратные временные линии из учебников, но их границы рассказывают гораздо более хаотичную историю. Наши результаты показывают, что то, что казалось неравномерным шумом, на самом деле является ключом к пониманию того, как меняется наша планета и насколько далеко могут зайти эти изменения», — говорит профессор Спиридонов, геолог и палеонтолог, соавтор исследования.

Исследование было проведено международной группой исследователей: профессором Шоном Лавджоем и Ризиартом Дэвисом из Университета Макгилла (Канада), Фабрисом Ламбером из Папского католического университета Чили, Рафаэлем Эбером из Института Альфреда Вегенера (Германия) и профессором Спиридоновым из Свободного университета (Литва).

Их исследования были сосредоточены на распределении границ, определяющих эпохи, периоды и эры в геологическом времени. К ним относятся официальная Международная геохронологическая карта, а также биозональные шкалы времени, использующие временные диапазоны вымерших видов, таких как конодонты, граптолиты и аммоноидеи. Во всех этих временных шкалах, от локальных до глобальных, была выявлена поразительная закономерность: границы единиц времени расположены неравномерно.

Вместо этого границы проявляются кластерами, разделёнными длительными интервалами относительного покоя. Эта экстремальная неравномерность была описана с помощью концепции мультифракталов — математических закономерностей, повторяющихся в разных масштабах.

«Интервалы между ключевыми событиями в истории Земли, от массовых вымираний до эволюционных взрывов, распределены не совсем равномерно. Они следуют мультифрактальной логике, которая показывает, как изменчивость каскадно распространяется во времени», — объясняет профессор Спиридонов.

Этот анализ позволил исследователям оценить «внешнюю шкалу времени» земной системы — промежуток времени, необходимый для выявления всех масштабов её естественной изменчивости. Они обнаружили, что этот предел составляет приблизительно 500 миллионов лет или даже больше.

«Если мы хотим понять весь спектр поведения Земли, будь то периоды затишья или внезапные глобальные потрясения, нам нужны геологические данные, охватывающие как минимум полмиллиарда лет. А в идеале — миллиард», — отмечает профессор Спиридонов.

По мнению авторов исследования, это понимание помогает объяснить, почему более короткие временные шкалы часто не в состоянии охватить крайности — как стабильные, так и хаотичные, — которые определяют эволюцию планет.

В исследовании также представлена новая теоретическая модель для описания распределения этих геологических границ: составной мультифрактально-пуассоновский процесс. Эта модель предполагает, что геологические события вложены друг в друга, образуя каскадную модель, где кластеры появляются внутри кластеров, и все они подчиняются единому статистическому процессу.

«Теперь у нас есть математические доказательства того, что изменения в земной системе не просто нерегулярны. Они имеют глубокую структуру и иерархию. Это имеет огромное значение не только для понимания прошлого Земли, но и для того, как мы моделируем будущие планетарные изменения», — заключает профессор Спиридонов.