[论文解读] 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 5

一句话总结

该论文在北美海洋 87Sr/86Sr 比值、化石生物多样性以及沉积碳酸盐岩层中识别出约 60 Myr 的周期性，提出这反映了地球大规模地质动力学过程的周期性‘脉冲’——可能与地幔对流或板块构造有关，或与银河系振荡相关——从而驱动气候、海洋化学、沉积作用以及生物多样性的周期性变化。

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.

研究动机与目标

• 调查地质时间尺度上海洋 87Sr/86Sr、化石生物多样性和沉积记录中的周期性是否相关。
• 确定这些周期性是否反映了共同的地球动力学过程或外部强迫机制。
• 探讨所观测到的 60 Myr 周期是否与地幔对流、板块构造或银河系尺度现象相关。
• 评估三个记录之间的相位关系，以推断因果关系或共同变化的过程。
• 在地球系统动力学和长期环境变化的背景下，评估该周期性的显著性。

提出的方法

• 对寒武纪以来的海洋 87Sr/86Sr 记录应用谱分析，以检测显生宙期间的周期性。
• 将 87Sr/86Sr 信号的相位和周期与先前记录的 62 Myr 生物多样性周期进行比较。
• 分析北美沉积序列中间隙限定的碳酸盐岩层数量，以识别周期性沉积模式。
• 使用交叉谱分析评估三个数据集（Sr、生物多样性、沉积作用）之间的相位关系。
• 评估 Sr 同位素中 59.3 ± 3 Myr 周期性的统计显著性及其与其他记录的一致性。
• 提出一种地球动力学或银河系强迫机制，以解释这些周期性的同时出现。

实验结果

研究问题

• RQ1 海洋 87Sr/86Sr、化石生物多样性和大规模沉积记录之间是否存在共同的周期性？
• RQ2 87Sr/86Sr 周期性与先前报道的 62 Myr 生物多样性周期之间的相位关系如何？
• RQ3 北美碳酸盐岩层中 58 ± 4 Myr 的周期性与 Sr 和生物多样性周期性相比如何？
• RQ4 哪些地球动力学或天体物理过程可能解释这些周期性的共现？
• RQ5 所观测到的 60 Myr 周期在统计学上是否显著且具有地质学意义？

主要发现

• 海洋 87Sr/86Sr 记录显示出 59.3 ± 3 Myr 的显著周期性。
• 该 Sr 周期性与 62 ± 3 Myr 的生物多样性周期相差 171° ± 12°，表明存在强烈反相关性。
• 在北美间隙限定的碳酸盐岩层数量中识别出 58 ± 4 Myr 的周期性，与另外两个记录高度一致。
• 这三个周期性的共现表明地球系统过程中存在一个共同的驱动力。
• 作者提出，该周期性反映了地球大规模过程的周期性‘脉冲’，可能与地幔动力学或板块构造有关。
• 另一种假设是，该周期可能由太阳系相对于银河系平面的振荡所驱动。