[论文解读] On the change of latitude of Arctic East Siberia at the end of the Pleistocene

W. Woelfli, W. Baltensperger|ArXiv.org|Apr 19, 2007

Geology and Paleoclimatology Research参考文献 19被引用 4

一句话总结

该论文提出，在更新世末期，一颗质量巨大、温度极高的天体在偏心轨道上运行，导致地理极点迅速移动，使东西伯利亚北极地区的纬度降低，从而使得猛犸象能够在原本过于寒冷的地区生存。该天体的电离云层屏蔽了太阳辐射，引发类似米兰科维奇的气候周期；其与地球的近距离相遇诱发了1000年的地壳形变与极点移动，随后该天体蒸发并消失，解释了更新世的持续时间与气候模式。

ABSTRACT

Mammoths lived in Arctic East Siberia. In this region there is not sufficient sunlight over the year for the growth of the plants on which these animals feed. Therefore the latitude of this region was lower before the end of the Pleistocene. As the cause of this geographic pole shift, we postulate a massive object, which moved in an extremely eccentric orbit and was hot from tidal work and solar radiation. Evaporation produced a disk-shaped cloud of ions around the Sun. This cloud partially shielded the solar radiation, producing the cold and warm periods that characterize the Pleistocene. The shielding depends on the inclination of Earth's orbit, which has a period of 100'000 years. The cloud builds up to a density at which inelastic particle collisions induce its collapse The resulting near-periodic time dependence resembles that of Dansgaard-Oeschger events. During cold periods fine grained inclusions were deposited into the ice. The Pleistocene ended when the massive object had a close encounter with the Earth, which suffered a one per mil stretching deformation. While the deformation relaxed to an equilibrium shape in one to several years, the globe turned relative to the rotation axis: The North Pole moved from Greenland to the Arctic Sea. The massive object was torn to pieces, which evaporated.

研究动机与目标

• 解释古生物学上的异常现象：猛犸象遗骸为何出现在高纬度的北极东西伯利亚，而该地现今的太阳辐射量不足以支持其植食性饮食。
• 通过提出过去地理极点向较低纬度移动的假设，调和更新世猛犸象栖息地与现代太阳辐射限制之间的矛盾。
• 提出一个物理上合理的场景，即一颗巨大天体近距离飞掠地球，引发快速极点移动与气候波动。
• 通过轨道动力学与屏蔽效应，解释更新世冰川期的持续时间与气候事件（如丹斯高-厄施格事件与亨宁斯事件）。
• 通过该天体短暂存在并蒸发的电离云层，解释其现今的消失与过去对气候的显著影响，同时解释其无长期极端屏蔽效应的原因。

提出的方法

• 提出一颗质量巨大的天体Z，其轨道极为偏心，受潮汐功与太阳辐射加热，形成围绕太阳的盘状电离云层。
• 将云层对太阳辐射的屏蔽作用建模为地球轨道倾角相对于云层平面的函数，周期约为10万年。
• 引入云层中非弹性粒子碰撞，触发云层坍缩，产生随时间变化的屏蔽效应，从而解释丹斯高-厄施格事件。
• 模拟地球与Z的近距离飞掠，导致地壳产生约千分之一的拉伸形变。
• 计算该形变的松弛时间（≥200天），在此期间地轴进动使地理极点从格陵兰移动至北冰洋。
• 分析飞掠后的动力学：Z的碎片被散射，可能重新形成倾斜的电离云层，从而降低长期屏蔽效应。

实验结果

研究问题

• RQ1 为何猛犸象能在太阳辐射量不足以支持其食物植物生长的北极东西伯利亚地区生存？
• RQ2 何种物理机制可导致地理极点迅速移动，使北极点从格陵兰移动至北冰洋？
• RQ3 一颗短暂存在的巨大天体如何解释更新世所观测到的气候波动，包括丹斯高-厄施格事件与亨宁斯事件？
• RQ4 为何更新世冰川期在约300万年后结束？其持续时间由何决定？
• RQ5 为何该巨大天体如今已完全消失而无迹可寻，却仍留下可检测的气候与地质痕迹？

主要发现

• 地理极点从格陵兰移动至北冰洋，使东西伯利亚北极地区的纬度降低至足以支持猛犸象在更新世期间觅食的程度。
• 极点移动过程持续至少200天，由一颗巨大天体近距离飞掠引发的千分之一量级地壳形变松弛所致。
• 更新世冰川期的持续时间预测为数百万个该天体轨道周期的总和，与观测到的时间一致。
• 由短暂存在的电离云层对太阳辐射的时变屏蔽效应，可解释气候周期的10万年周期性及丹斯高-厄施格事件。
• 天体飞掠后蒸发与碎裂，解释了其现今的消失以及地球未经历长期极端屏蔽效应的原因。
• 飞掠过程中Z的碎片被散射，可能避免了持续的完全屏蔽，使地球未陷入永久冰河时代。