[논문 리뷰] An additional planet as a model for the Pleistocene Ice Age

W. Woelfli, W. Baltensperger외 1명|ArXiv.org|2002. 03. 30.

Geology and Paleoclimatology Research참고 문헌 20인용 수 9

한 줄 요약

이 논문은 300만 년에서 11,500년 전 사이에 궤도 이심률이 높은 궤도를 도는 화성 크기의 행성 Z가 존재했으며, 이로 인해 간성간 가스 구름으로 인해 태양 복사량 감소로 장기적인 냉각이 발생했다고 제안한다. 11,500년 전에 발생한 밀접한 근접 접근으로 지구가 tidal 변형을 겪었고, 이로 인해 그린란드에서 현재 위치로의 급속한 지리적 극 이동이 발생하여 빙하기가 종료되었다. Z는 분열되고 증발함으로써 빙하기가 끝났다.

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.

연구 동기 및 목표

• 밀란코비치 주기만으로는 설명할 수 없을 정도로 장기적이고 비대칭적인 페리스테오닉 빙하기의 냉각을 설명하기 위해.
• 현재 극점이 아닌 그린란드에 중심을 두고 있었던 최후의 빙하기 최대기 동안의 북극의 지리적 이동을 설명하기 위해.
• 11,500년 전에 발생한 급격한 빙하기 종료를 설명하기 위해, 이는 전 세계 지질학적 이４ anomalies와 대량 멸종과 동시에 발생했다.
• 거대한 외부 천체와의 밀접한 접근 동안 지구의 형태가 어떻게 tidal 변형을 겪었는지 물리적 메커니즘을 모델링하기 위해.
• 시베리아의 얼어붙은 맘모스의 존재를 갑작스러운 기후 재앙과 연결지어 설명하기 위해.

제안 방법

• 행성 Z가 근일점 약 400만 km인 매우 이심률이 높은 궤도를 도는 것으로 가정하며, 이로 인해 강한 가열과 가스 분출이 발생한다.
• 생성된 간성간 가스 구름을 동적이고 시간에 따라 변화하는 매질로 모델링하여 지구의 태양 복사량 감소와 기후 냉각을 설명한다.
• 지구의 형태 변화를 계산하기 위해 tidal 힘 방정식을 사용하며, 힘 F(z) = 2MZGz/R³이다.
• 지구의 변형을 동적 회복 모델로 적용하며, 에너지 최소화와 회복 시간 τ = 1,000일을 고려한다.
• 자유 강체 운동의 오일러 방정식을 풀어 변형 중 지구의 자전축 이동을 시뮬레이션한다.
• 지구의 관성 텐서와 각속도의 시간에 따른 진화를 수치적으로 통합하여 극 이동 역학을 모델링한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 밀란코비치 모델의 한계를 감안할 때, 장기적이고 비대칭적인 페리스테오닉 빙하기의 냉각을 일으킨 외부 요인은 무엇이었는가?
• RQ2 최후의 빙하기 최대기 동안 북극이 어떻게 그린란드에 지리적으로 위치하게 되었고, 그 위치를 현재의 위치로 옮긴 메커니즘은 무엇이었는가?
• RQ3 11,500년 전에 발생한 급격한 빙하기 종료를 설명할 수 있는 물리적 사건은 무엇이었는가? 이는 전 세계의 퇴적물 이상 현상과 대량 멸종과 동시에 발생했다.
• RQ4 어떻게 Z와 같은 거대하고 밀접하게 접근한 천체가 수백만 년에 걸쳐 지구의 태양 복사량 감소를 지속적으로 초래했는가?
• RQ5 왜 시베리아의 얼어붙은 맘모스가 보존되어 있었으며, 이는 갑작스러운 기후 변화와 어떻게 연결되어 있는가?

주요 결과

• 모델은 행성 Z의 궤도 에너지와 운동량 감소에 따라 점차 증가하는 가스 구름 밀도로 인해 10만 년 주기의 빙하기-온기 주기의 원인이 되었다고 설명한다.
• 11,500년 전에 발생한 밀착 접근으로 거리가 300만 km 미만이었으며, 이로 인해 지구의 tidal 변형이 발생했고, 최대 변형 진폭 H₀ = 6.45 km였다.
• 그린란드에서 현재 위치로의 지리적 극 이동은 몇 년 내로 발생했으며, 지구의 형태가 평형 상태로 복귀하는 데 필요한 회복 시간 1,000일과 일치한다.
• Z의 분열과 증발로 냉각 작용이 사라져 빙하기가 종료되었고, 안정적이고 따뜻한 홀로세 기후가 나타났다.
• 모델은 시베리아의 얼어붙은 맘모스가 급속한 극 이동과 급격한 기후 변화의 직접적인 결과로 발생했다고 설명한다.
• 오늘날 Z가 존재하지 않는 것은 반복적인 근일점 통과 중 태양의 가열로 인한 파괴와 일치하며, 궤도의 원일점은 지구 궤도를 초과한다.