太阳系“混沌舞步”与地球碳循环的隐秘交响

2025-07-04 10:37:43 来源：中国科学报

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在侏罗纪早期的时空长廊里，一场跨越亿万公里的引力互动正悄然改写地球的气候剧本。

中国科学院南京地质古生物研究所（下称南京古生物所）团队牵头，在准噶尔盆地的沉积地层中发现，1.8亿年前太阳系的混沌行为通过火星与地球的引力共振，精准调控着全球碳循环的节律。这场“星际协奏”被远古植物以碳同位素的形式记录在岩层中。

这项7月1日发表于美国《国家科学院院刊》的研究，不仅为限定深时太阳系混沌行为、检验行星演化模型提供了关键地质证据，更揭示地球气候系统存在“星际引力节拍”与“地球内力鼓点”的协同作用。

太阳系的“混沌魔咒”

太阳系的动力学稳定性是天文学研究的核心问题之一。

1812年，法国著名天文学家和数学家皮埃尔-西蒙·拉普拉斯曾提出，根据行星的初始位置和万有引力定律，理论上可以恢复所有行星的运动轨迹。

然而，实际情况因N体问题而复杂，行星间的引力共振导致太阳系呈现混沌特性，微小的初始条件差异即可引发轨道不可预测的“蝴蝶效应”。

尽管依靠现代超级计算机和高精度的数值模型，天文学家能够预测6千万年内的行星轨道演化，但突破这一时间限制，必须依靠地质记录的反演研究。

地球轨道的偏心率、岁差和斜率等参数，如同宇宙调音师的旋钮，通过调控地表日照量在沉积地层中刻下气候年轮。我国准噶尔盆地发育的连续中新生代陆相沉积，因完整保存了早侏罗世晚期三工河组的沉积序列，成为破解深时太阳系混沌行为的“天然实验室”。

准噶尔盆地的“碳同位素密码本”

研究人员对准噶尔盆地郝家沟剖面展开“地毯式勘探”。

通过天文旋回地层学、有机碳同位素分析、孢粉学等多学科交叉研究，他们首次发现约1.8亿年前的Jenkyns全球升温事件（托阿尔期大洋缺氧事件），与火星—地球160万年超长偏心率周期呈现惊人吻合。

晚三叠世至早侏罗世时，准噶尔盆地地处潘吉亚超级大陆高纬度区，曾是大型浅水湖泊系统。研究团队排除有机质来源、微生物降解等干扰因素后证实：三工河组中陆地高等植物构成的有机质，其碳同位素波动直接反映大气二氧化碳的变化。

进一步分析显示，地层中暗藏160万年的引力周期——该周期如同一台“宇宙节拍器”，通过调控全球可交换碳库，驱动大气碳同位素周期性波动并被植物记录。结合晚三叠世180万年、早侏罗世早期240万年的周期记录，首次在地质记录中证实中生代早期火星—地球引力周期的混沌演化。

地球往事有新解

研究团队精确锁定三工河组中詹金（Jenkyns）事件层位，发现该层克拉梭粉孢粉高度富集，佐证当时准噶尔盆地气候干旱高温，极可能与开鲁-菲拉超级火山喷发相关。

更关键的是，事件层位对应超长偏心率周期引发的碳同位素负偏期，但其波动幅度仅为传统海洋记录的1/3——这揭示出关键机制：全球变暖可能放大了深水环境中轨道周期对碳库的扰动，而浅水湖泊沉积如同“纯净记录仪”，更真实保留了碳循环受太阳系引力与火山活动双重驱动的本质。

文章通讯作者、南京古生物所研究员王博对《中国科学报》表示，1.8亿年前的地球往事恰似一部“气候启示录”：太阳系的细微引力变动与地球内部过程的耦合，可能触发远超预期的环境剧变。

相关论文信息：https://doi.org/10.1073/pnas.2419902122.

准噶尔盆地郝家沟剖面三工河组野外工作现场。课题组供图

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