[论文解读] An ubiquitous ~62 Myr periodic fluctuation superimposed on general trends in fossil biodiversity

A. L. Melott, Richard K. Bambach|arXiv (Cornell University)|Jan 20, 2010

Complex Systems and Time Series Analysis被引用 5

一句话总结

该论文识别出化石多样性中普遍存在约6200万年的周期性波动，该波动在多个海洋化石数据库中均可检测到，并与海平面变化相关。该周期与显生宙大规模灭绝事件的时间高度相关，表明宏进化动态中存在一种重复出现的非随机模式，很可能反映了潜在的天体物理或地球物理驱动机制，而非采样偏差所致。

ABSTRACT

A 62 Myr periodicity is superimposed on other longer-term trends in fossil biodiversity. This cycle can be discerned in marine data based on the Sepkoski compendium, the Paleobiology Database, and the Fossil Record 2. The signal also exists in changes in sea level/sediment, but is much weaker than in biodiversity itself. A significant excess of 19 previously identified Phanerozoic mass extinctions occur on the declining phase of the 62 Myr cycle. appearance of the signal in sampling-standardized biodiversity data, it is likely not to be a sampling artifact, but either a consequence of sea-level changes or an additional effect of some common cause for them both. In either case, it is intriguing why both changes would have a regular pattern.

研究动机与目标

• 调查化石多样性中是否存在超越长期趋势的周期性信号。
• 确定6200万年周期是否为化石采样偏差所致的人为产物，还是真实反映生物或环境信号。
• 探讨6200万年周期与已知显生宙大规模灭绝事件之间的相关性。
• 评估生物多样性周期性是否与海平面波动相关，或存在共同的潜在成因。
• 评估该信号在多个独立化石数据库和数据集中的稳健性。

提出的方法

• 分析来自塞科斯基文集、古生物学数据库和《化石记录2》的化石多样性数据，以检测长期趋势和周期性信号。
• 应用谱分析技术，识别生物多样性时间序列中的重复周期性。
• 将生物多样性信号与独立的海平面变化和沉积速率记录进行比较。
• 使用经采样标准化的生物多样性数据，以最小化化石采集偏差的影响。
• 通过统计方法评估大规模灭绝事件发生时间与6200万年周期相位的关系。
• 通过多个独立数据集的交叉验证，确认信号的一致性。

实验结果

研究问题

• RQ1 是否存在一个在约6200万年周期附近、统计显著的化石多样性周期性波动？
• RQ2 在纠正化石记录中的采样偏差后，6200万年周期性是否依然存在？
• RQ3 显生宙大规模灭绝事件是否系统性地与6200万年周期的特定相位对齐？
• RQ4 生物多样性中的6200万年信号是否与海平面或沉积速率的变化相关？
• RQ5 6200万年周期是否可能由影响生物多样性和海平面的共同外部驱动力所导致？

主要发现

• 在多个独立的海洋化石数据库中，包括塞科斯基文集和古生物学数据库，均检测到显著的6200万年周期性波动，表明该周期性广泛存在。
• 在经采样标准化的生物多样性数据中，该信号依然稳健，表明其不太可能是化石采集频率所致的人为偏差。
• 在6200万年周期的下降阶段，大规模灭绝事件的数量显著偏多，表明其存在非随机的时间聚集性。
• 海平面和沉积速率记录中也存在较弱但可检测到的6200万年周期性信号，尽管其显著性低于生物多样性记录。
• 生物多样性与海平面数据中周期性的共现，暗示存在共同的因果机制或共同的外部驱动因素。
• 多个数据集间信号的一致性支持了宏观进化动态中存在持久、长期周期性影响的结论。