[論文レビュー] An additional planet as a model for the Pleistocene Ice Age

W. Woelfli, W. Baltensperger+1 more|ArXiv.org|Mar 30, 2002

Geology and Paleoclimatology Research参考文献 20被引用数 9

ひとこと要約

本稿では、3 Myrから11.5 kyr BPの間に、非常に離心率の高い軌道上を回る火星サイズの惑星Zが存在し、惑星間のガス雲による放射量の低下によって長期間にわたる冷却を引き起こしたと提案する。11.5 kyr前に発生した接近が、地球の潮汐的変形を引き起こし、グリーンランドから現在の位置への急速な地理的極移動を引き起こし、Zが破壊・蒸発したことで氷河期が終焉した。

ABSTRACT

We propose a model for the Pleistocene Ice Age, assuming the following scenario: Between 3 Myr and 11.5 kyr BP a Mars-sized object existed which moved in a highly eccentric orbit. Originating from this object, gas clouds with a complex dynamics reduced Earth's insolation and caused a drop in the global temperature. In a close encounter, 11.5 kyr ago, tidal forces deformed the Earth. While the shape of the gyroscope Earth relaxed, the North Pole moved geographically from Greenland to its present position. During this close encounter, the object was torn to pieces, each of which subsequently evaporated or plunged into the sun. These events terminated the Ice Age Epoch.

研究の動機と目的

• ミルンコビッチ周期のみでは十分に説明できない長期的かつ非対称的なペリステウス氷河期の冷却を説明すること。
• 現在の極とは異なり、グリーンランド付近に位置していた最後の氷河期最大期における北極の地理的移動を説明すること。
• 11.5 kyr前に発生した、世界的な堆積物の異常と大量絶滅と一致する氷河期の突然終焉を説明すること。
• 巨大外部天体との接近時に地球が受ける潮汐的変形の物理的メカニズムをモデル化し、急速な極移動を解明すること。
• シベリアの凍結ママルの存在を、軸の再配列と関連付ける突然の気候変動と結びつけること。

提案手法

• 近点距離が約400万kmの非常に離心率の高い軌道を周回する火星サイズの惑星Zの存在を仮定し、強い加熱とガス放出を引き起こす。
• 生成された惑星間ガス雲を動的で時間に依存する媒体としてモデル化し、地球の放射量を低下させ、気候を冷却する。
• 潮汐力の式を用いて、接近時の地球の形状変形を計算し、力 F(z) = 2MZGz/R³ を用いる。
• 地球の変形を動的緩和モデルで扱い、エネルギー最小化と緩和時間 τ = 1000 日を適用する。
• 自由剛体運動のオイラー方程式を解き、変形中の回転軸の地理的移動を模擬する。
• 地球の慣性テンソルと角速度の時間発展を数値的に統合し、極移動のダイナミクスをモデル化する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ミルンコビッチモデルの限界を考慮すると、ペリステウス氷河期の長期的かつ非対称的冷却を引き起こした外部要因は何か？
• RQ2 最後の氷河期最大期に北極がなぜグリーンランド付近に地理的に位置していたのか、そしてそれが現在の位置に移動するメカニズムは何か？
• RQ3 11.5 kyr前に発生した、世界的な堆積物の異常と大量絶滅と一致する氷河期の突然終焉を説明する物理的出来事とは何か？
• RQ4 Zのような巨大で近接した天体が、何百万年もにわたり地球の放射量を継続的に低下させたのはなぜか？
• RQ5 シベリアの凍結ママルの保存状態はどのように説明され、突然の気候変動と関連しているのか？

主な発見

• モデルは、惑星Zの軌道エネルギーと角運動量の徐々な減少に起因する10万年周期の氷期・間氷期の変動を説明する。
• 11.5 kyr前に300万km未満の距離で接近したことで、地球に潮汐的変形が生じ、最大変形振幅 H₀ = 6.45 km に達した。
• グリーンランドから現在の位置への地理的極移動は数年間で発生し、地球の形状が平衡状態に戻る緩和時間1000日と整合的である。
• Zの破壊と蒸発により冷却剤が消失したことで氷河期は終焉し、安定的で温暖なホロセン気候が出現した。
• モデルは、シベリアのママルの急速な凍結を、急速な極移動と突然の気候変動の直接的結果として説明できる。
• Zが現在存在しないのは、地球の軌道を超える遠点に位置する反復的な近点通過における太陽加熱による破壊に起因するという点で整合的である。