在地球歷史中發現了一種令人驚訝的數學模式

根據最近的一項研究，地質學家用來區分地球故事中地質章節之間過渡的事件遵循一種隱藏的等級模式，這種模式可以揭示過去和未來的動蕩。

“地質時間尺度在教科書上可能看起來像整潔的時間線，但它們的邊界講述了一個更加混亂的故事，”說該研究的合著者安德烈·斯皮里多諾夫 （Andrej Spiridonov） 是立陶宛維爾紐斯大學的地質學家和古生物學家。

“我們的研究結果表明，看似不均勻的噪音實際上是了解我們的星球如何變化以及這種變化能走多遠的關鍵，”斯皮里多諾夫說.

相關：人類時代并不正式存在。但我們知道它是什么時候開始的。

我們星球的歷史是充滿動蕩，有些戲劇性足以觸發全新的地質時間塊。這包括相對較短的劃分（如年齡和紀元）之間的變化，以及更長的時間單位（如紀元和億萬年）之間的變化。

這小行星摧毀了恐龍例如，6600 萬年前，造成了足夠的整體破壞，有助于結束中生代并拉開新生代的序幕。延續至今的新生代進一步細分為三個時期和至少七個紀元。

推動這些轉變的過程很復雜，產生了可變的相對穩定區間，其中不時出現不同類型和規模的明顯不可預測的災難。

然而，有跡象表明，這可能沒有看起來那么反復無常。

這項新研究的重點是當前的顯生宙，其歷史可以追溯到大約 5.4 億年前，包括新生代、中生代和古生代。這是迄今為止地球的四個億萬年之一，之前是元古代、太古宙和冥王紀。

斯皮里多諾夫和他的同事使用了國際地層學委員會建立的時間劃分，但也根據海洋動物的地層范圍和古代類群（例如錐齒獸,菊石類,礫石和鈣質納米浮游生物.

他們發現，時間單位之間的邊界始終形成有趣的集群，中間被相對平靜的漫長跨度隔開。

這種不均勻的分布表明多重分形系統，或者其復雜動力學由指數的連續譜.

“地球歷史上關鍵事件之間的間隔，從大規模滅絕到進化爆炸，并沒有完全均勻地分布，”斯皮里多諾夫說.“他們遵循多重分形邏輯，揭示了可變性如何隨時間級聯。”

研究人員試圖估計地球的“外部時間尺度”，即揭示地球自然變異性廣度所需的時間。

根據他們的發現，他們得出結論，這個跨度至少有 5 億年。

“如果我們想了解地球的全部行為，無論是平靜時期還是突然的全球動蕩時期，我們需要至少涵蓋 50 億年的地質記錄。理想情況下，十億，“斯皮里多諾夫說.

研究人員警告說，研究較短的時間尺度可能無法傳達我們的星球能夠產生的極端情況。

因為整個人類歷史發生在最近的一絲寧靜之中，更可靠地掌握地球的大規模模式可能會很有價值。

為了幫助表征這些時間單位的分布及其邊界，研究人員開發了一種新模型，他們將其描述為“復合多重分形泊松過程”。

他們的分析指出了分層嵌套的階段定義事件結構，在集群中形成集群的級聯。

“我們現在有數學證據表明，地球系統的變化不僅僅是不規則的，”斯皮里多諾夫說.“它們結構深刻，等級森嚴。”

除了幫助我們了解過去 45 億年左右地球上已經發生的事情之外，這些發現以及基于這些發現的未來研究還可以為未來的預期提供寶貴的見解。

“這不僅對理解地球的過去具有巨大的影響，”斯皮里多諾夫說，“但也是為了我們如何模擬未來的地球變化。

該研究發表在地球與行星科學快報.

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