[論文レビュー] A ~60 Myr periodicity is common to marine-87Sr/86Sr, fossil biodiversity, and large-scale sedimentation: what does the periodicity reflect?

Adrian L. Melott, Richard K. Bambach+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 8, 2012

Geology and Paleoclimatology Research参考文献 37被引用数 5

ひとこと要約

この論文は、北アメリカの海洋 87Sr/86Sr比、化石の多様性、堆積炭酸塩パッケージの3つの記録に共通する約60 Myrの周期性を特定し、地球のマグマ対流やプレートテクトニクス、あるいは銀河的振動に起因する可能性のある、地球の巨視的地球物理的プロセスにおける繰り返しの'パルス'が、気候、海洋化学、堆積作用、多様性に周期的な変化を引き起こしていると提唱している。

ABSTRACT

We find that the marine 87Sr/86Sr record shows a significant periodicity of 59.3 \pm 3 Myr. The 87Sr/86Sr record is 171° \pm 12°out of phase with a 62 (\pm 3) Myr periodicity previously reported in the record of marine-animal diversity. These periodicities are close to 58 (\pm 4) Myr cycles found for the number of gap-bounded sedimentary carbonate packages of North America We propose that these periodicities reflect the operation of a periodic "pulse of the Earth" in large-scale, Earth processes. These may be linked to mantle or plate-tectonic events, possibly uplift, which affects Earth's climate and oceans, and so the geochemistry, sedimentation, and biodiversity of the marine realm. Alternately, they may be linked to oscillation of the solar system normal to the plane of the galaxy.

研究の動機と目的

• 海洋 87Sr/86Sr、化石の多様性、堆積記録における周期性が地質時代にわたって相関しているかどうかを調査すること。
• これらの周期性が共通の地球物理的プロセスまたは外部要因によって引き起こされているかどうかを特定すること。
• 観察された60 Myrの周期がマントル対流、プレートテクトニクス、または銀河的スケールの現象と関連しているかどうかを検討すること。
• 3つの記録間の位相差を評価し、因果関係または共変動するプロセスを推定すること。
• 地球システムダイナミクスと長期的環境変化の文脈において、周期性の有意性を評価すること。

提案手法

• パレオゾイク・エオンにわたる海洋 87Sr/86Sr記録にスペクトル解析を適用し、周期性を同定した。
• 海洋動物の多様性に既に報告されている62 Myr周期と照らし合わせ、87Sr/86Sr信号の位相と周期を比較した。
• 北アメリカの堆積層におけるギャップを挟む炭酸塩パッケージの数を分析し、周期的な堆積パターンを特定した。
• クロススペクトル解析を用いて、3つのデータセット（Sr、多様性、堆積作用）間の位相差を評価した。
• Sr同位体における59.3 ± 3 Myrの周期性の統計的有意性を評価し、他の記録との整合性を検証した。
• 周期性の共存を説明するための地球物理的または銀河的駆動メカニズムを提唱した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 海洋 87Sr/86Sr、化石の多様性、大規模な堆積記録の間で共通の周期性が存在するか？
• RQ2 87Sr/86Srの周期性と以前に報告された62 Myrの多様性サイクルとの位相差は何か？
• RQ3 北アメリカの炭酸塩パッケージにおける58 ± 4 Myrの周期は、Srと多様性の周期性とどのように比較できるか？
• RQ4 これらの周期性の共存を説明できる地球物理的または天文学的プロセスは何か？
• RQ5 観察された60 Myrの周期は統計的に有意で、地球科学的に意味を持つものか？

主な発見

• 海洋 87Sr/86Sr記録には、59.3 ± 3 Myrの有意な周期性が認められた。
• このSrの周期性は、62 ± 3 Myrの多様性サイクルと171° ± 12°の位相差を示しており、強い逆相関を示している。
• 北アメリカのギャップを挟む炭酸塩パッケージの数には、58 ± 4 Myrの周期性が確認され、他の2つの記録とよく一致した。
• これらの3つの周期性の共存は、地球システムプロセスに共通の駆動要因が存在することを示唆している。
• 著者らは、この周期性がマントルダイナミクスやプレートテクトニクスに関連する、地球の巨視的プロセスにおける繰り返しの'パルス'を反映していると提唱している。
• 代替的な仮説として、太陽系が銀河平面に対して振動することで周期が生じている可能性がある。