Geologinio laiko prigimtis ir Žemės sistemos kintamumo ribos

[Andrej Spiridonov]

Viskas, kas įvyko geologinėje praeityje, yra matuojama geologinėmis laiko skalėmis, kurių laiko vienetų ribos apibrėžtos didžiausiais gyvybės evoliucijos ir Žemės fizinės aplinkos pokyčiais. Visos geologinės laiko skalės, nuo vietinių iki globalių, turi bendrą bruožą – netolygų ribų pasiskirstymą, kuris lemia netolygų praeities klimato, paleogeografinių ir evoliucinių pokyčių matavimą. Šis netolygus geologinių laiko periodų trukmių pasiskirstymas, be to, kad trukdo suprasti, kaip keičiasi mūsų planeta, slepia esminę informaciją apie procesų, sukūrusių šiuos geologinės laiko skalės ribas žyminčius įvykius, prigimtį.

Mūsų atliktame tyrime “Nuo eonų iki epochų: multifraktalinis geologinis laikais ir sudėtinis multifraktalinis – Puasono proceas”, paskelbtame žurnale „Earth and Planetary Science Letters“ įvertinome tikėtinas mūsų planetos kintamumo ribas. Naudodami epochas apibrėžiančių ribų laikų pasiskirstymą Tarptautinėje geochronologinėje skalėje ir kitose chronologinėse skalėse, tokiose kaip išnykusių gyvūnų grupių – konodontų, graptolitų ar amonitų – biozonų laiko skalės, kurios taikomos globaliai geologinių sluoksnių koreliacijai, aptikome stebėtiną laiko skalių maštabavimo (priklausomybės nuo laiko mastelio) dėsningumą.

Geologinių laiko skalių ribų pasiskirstymas atskleidžia itin netolygų dėsningumą, aprašytą pasitelkus multifraktalų koncepciją – matematines struktūras, kurios yra savipanašios įvairiose laiko skiriamosiose raiškose. Šis ekstremalus ribų pasiskirstymas, sukeliantis didžiulius geologinės laiko skalės stebimos skiriamosios gebos svyravimus, leido mums įvertinti vadinamąją „išorinę laiko skalę“ – proceso, kuris sukūrė šiuos ribinius įvykius, apimančius ekstremaliausius globalius reiškinius, padėjusius geologams praeityje atskirti jaunesnius sluoksnius nuo senesnių, mastą. Proceso išorinė laiko skalė yra ta laiko skalė, kurioje sistemos kintamumas prisisotina. Šiuo atveju tai yra laiko skalė, kurioje stabilizuojasi procesas, sukūręs ekstremaliausius geologinių ribų įvykius, tokius kaip masiniai išnykimai ar gyvybės kladų evoliucinė radiacija.

Tyrimo metu paaiškėjo, kad mažiausia laiko skalė, kurioje Žemės sistemos kintamumas prisotinamas pagal skirtingas geologines laiko skales, siekia apie pusę milijardo metų. Tai reiškia, kad norint atskleisti visą Žemės sistemos elgsenos diapazoną ir jos galimas staigmenas (pavyzdžiui, anomaliai ramius periodus arba priešingai – nuolatinių pokyčių ir išnykimų laikotarpius), būtina turėti bent pusės milijardo metų geologinį metraštį, o dar geriau – milijardo metų trukmės laiko eilutę.

Atskleistas geologinių ribų, apibrėžiančių epochas, periodus ir eras, pasiskirstymo dėsningumas gali būti aprašytas sudėtiniu multifraktaliniu – Puasono procesu. Šis procesas rodo, kad laiko skalę apibrėžiančių įvykių pasiskirstymą valdo hierarchinis kaskadinis procesas, kuris koncentruoja kintamumą iš ilgesnių laiko skalių į trumpesnes. Šis procesas sukuria vis netolygesnį ribų pasiskirstymą, kai priartiname geologines laiko skales – įvykių sankaupos atsiranda kitų įvykių sankaupose, kurios taip pat randamos atsitiktinių įvykių sankaupose. Ši atrasta geologinių laiko skalių savybė ne tik praturtina mūsų suvokimą apie praeities biotų ir aplinkų evoliuciją, bet ir atskleidžia pačių Žemės sistemos procesų ekstremalią ir hierarchinę prigimtį.

Meninės iliustracijos autorė: Ūla Šveiskauskaitė.

Nuoroda:

Lovejoy S, Spiridonov A, Davies R, Hebert R, Lambert F. 2025. From eons to epochs: multifractal geological time and the compound multifractal - Poisson process. Earth and Planetary Science Letters, Volume 669, 119460 pp. https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119460

--

AS