在地球歷史中發(fā)現(xiàn)了一種令人驚訝的數(shù)學(xué)模式

根據(jù)最近的一項(xiàng)研究，地質(zhì)學(xué)家用來(lái)區(qū)分地球故事中地質(zhì)章節(jié)之間過(guò)渡的事件遵循一種隱藏的等級(jí)模式，這種模式可以揭示過(guò)去和未來(lái)的動(dòng)蕩。

“地質(zhì)時(shí)間尺度在教科書(shū)上可能看起來(lái)像整潔的時(shí)間線，但它們的邊界講述了一個(gè)更加混亂的故事，”說(shuō)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(xué)的地質(zhì)學(xué)家和古生物學(xué)家。

“我們的研究結(jié)果表明，看似不均勻的噪音實(shí)際上是了解我們的星球如何變化以及這種變化能走多遠(yuǎn)的關(guān)鍵，”斯皮里多諾夫說(shuō).

相關(guān)：人類時(shí)代并不正式存在。但我們知道它是什么時(shí)候開(kāi)始的。

我們星球的歷史是充滿動(dòng)蕩，有些戲劇性足以觸發(fā)全新的地質(zhì)時(shí)間塊。這包括相對(duì)較短的劃分（如年齡和紀(jì)元）之間的變化，以及更長(zhǎng)的時(shí)間單位（如紀(jì)元和億萬(wàn)年）之間的變化。

這小行星摧毀了恐龍例如，6600 萬(wàn)年前，造成了足夠的整體破壞，有助于結(jié)束中生代并拉開(kāi)新生代的序幕。延續(xù)至今的新生代進(jìn)一步細(xì)分為三個(gè)時(shí)期和至少七個(gè)紀(jì)元。

推動(dòng)這些轉(zhuǎn)變的過(guò)程很復(fù)雜，產(chǎn)生了可變的相對(duì)穩(wěn)定區(qū)間，其中不時(shí)出現(xiàn)不同類型和規(guī)模的明顯不可預(yù)測(cè)的災(zāi)難。

然而，有跡象表明，這可能沒(méi)有看起來(lái)那么反復(fù)無(wú)常。

這項(xiàng)新研究的重點(diǎn)是當(dāng)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(gè)億萬(wàn)年之一，之前是元古代、太古宙和冥王紀(jì)。

斯皮里多諾夫和他的同事使用了國(guó)際地層學(xué)委員會(huì)建立的時(shí)間劃分，但也根據(jù)海洋動(dòng)物的地層范圍和古代類群（例如錐齒獸,菊石類,礫石和鈣質(zhì)納米浮游生物.

他們發(fā)現(xiàn)，時(shí)間單位之間的邊界始終形成有趣的集群，中間被相對(duì)平靜的漫長(zhǎng)跨度隔開(kāi)。

這種不均勻的分布表明多重分形系統(tǒng)，或者其復(fù)雜動(dòng)力學(xué)由指數(shù)的連續(xù)譜.

“地球歷史上關(guān)鍵事件之間的間隔，從大規(guī)模滅絕到進(jìn)化爆炸，并沒(méi)有完全均勻地分布，”斯皮里多諾夫說(shuō).“他們遵循多重分形邏輯，揭示了可變性如何隨時(shí)間級(jí)聯(lián)。”

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

根據(jù)他們的發(fā)現(xiàn)，他們得出結(jié)論，這個(gè)跨度至少有 5 億年。

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

研究人員警告說(shuō)，研究較短的時(shí)間尺度可能無(wú)法傳達(dá)我們的星球能夠產(chǎn)生的極端情況。

因?yàn)?a>整個(gè)人類歷史發(fā)生在最近的一絲寧?kù)o之中，更可靠地掌握地球的大規(guī)模模式可能會(huì)很有價(jià)值。

為了幫助表征這些時(shí)間單位的分布及其邊界，研究人員開(kāi)發(fā)了一種新模型，他們將其描述為“復(fù)合多重分形泊松過(guò)程”。

他們的分析指出了分層嵌套的階段定義事件結(jié)構(gòu)，在集群中形成集群的級(jí)聯(lián)。

“我們現(xiàn)在有數(shù)學(xué)證據(jù)表明，地球系統(tǒng)的變化不僅僅是不規(guī)則的，”斯皮里多諾夫說(shuō).“它們結(jié)構(gòu)深刻，等級(jí)森嚴(yán)?！?/p>

除了幫助我們了解過(guò)去 45 億年左右地球上已經(jīng)發(fā)生的事情之外，這些發(fā)現(xiàn)以及基于這些發(fā)現(xiàn)的未來(lái)研究還可以為未來(lái)的預(yù)期提供寶貴的見(jiàn)解。

“這不僅對(duì)理解地球的過(guò)去具有巨大的影響，”斯皮里多諾夫說(shuō)，“但也是為了我們?nèi)绾文M未來(lái)的地球變化。

該研究發(fā)表在地球與行星科學(xué)快報(bào).

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