在年代为0.6亿年的岩层中发现的气候循环层与当时地球大气圈中形成的月球潮汐密切相关。在岩层中发现,年代分别为10.8年和20.3年的两循环层之间有一种强烈的“带”效应,确切地说,两循环层和当时与太阳和月球有关的循环期是一致的。
古气候的记录来源于澳大利亚南部的埃拉特那(Elatina)地层。由于细泥沉积在古湖底,因此可以解释这种厚薄沉积物(季侯泥)的沉积模式。每年沉积下来的沉积厚度与沉积物的粒度取决于当年的降雨强度和流入湖中的流水量。
对这些沉积物进行分析时,发现年沉积层中的这些变化表现出明显的周期性,约11 ~ 20年甚至略多。可以看出当时的气候与太阳活动有密切关系。也有迹象证明存在更长的周期,形成这些长周期的原因还不十分清楚。
美国航空航天局加利福尼亚州埃姆斯研究中心的学者凯恩 · 赞勒(Kevin Zahnle)和密执安大学的杰姆斯 · 沃克(James Walker)认为,在埃拉特那地层中出现的这种循环层主要是由于太阳和月球影响的结果。
对此进行分析的原始工作是由纽约州立大学的鲍勃 · 柯勒(Bob Currie)做的,结果证明月球对当今世界范围内的降雨有一定影响。这是受地球大气圈中所谓的月球波节潮汐影响的结果,而波节潮汐则是由黄道周围的月球轨道平面引起的。
月球轨道对于黄道的倾角为5°,黄道对于赤道的倾角为23.5°。 所以,从地球上看,月球轨道的倾角介于18.5° ~ 28.5° 之间,从而出现了大气圈潮汐的规律性变化,继此之后即是长达18.6年的周期。
然而,那时月球距地球较近,因此周期与过去的截然不同。经天文学家计算,当埃拉特那季候泥形成时,此循环周期已达20.3年,所以月球对古季候泥的任何影响都应该出现在这一周期之内。
那时太阳的性质与现在也不尽相同。现在,太阳所展现出来的主要运动周期是太阳黑子周期,约长11年。然而,太阳磁场的变化周期约达22年,这种周期谓之“双倍太阳黑子”周期。哈弗大学的罗伯特 · 诺伊斯(Robert Noyes)与其同事们一直在探索与太阳相似的恒星中是否有恒星黑子存在的证据,并得出周期的长度与恒星的旋转速度成比例。标准的恒星理论认为太阳形成初期其旋转速度极快,因此6.8亿年以前,太阳黑子的运动周期可能是10.6年左右。
当赞勒和沃克仔细检查了由阿德莱德矿业公司做的季候泥记录[最初是由乔治 · 威廉斯(George Williams)确定的]以后,他们认为10.8年这一基本周期是对这些变化的最好解释,这一基本周期比较接近于当时太阳活动的实际情况。但是他们不同意威廉斯的意见,即“双倍太阳黑子”循环是季候泥模式第二特征的最好解释。
基本循环可由一种太阳黑子循环周期为28.4年的正弦曲线波进行图示,此正弦曲线图形比较完整,说服力强。这就意味着在基本循环和循环周期是基本循环两倍的循环之间存在着一种带效应。月球波节潮汐严格说来与《气候变化》上所列的表相吻合。
还有一个令人费解的问题。如果6.8亿年前月球和太阳对气候的影响相当强烈,那么现在为什么又如此微弱呢?赞勒和沃克认为他们找到了答案。
六亿年以前,地球自转明显比现在快,当时一日只有21小时。即使今天,太阳在大气圈中产生的日潮汐也不是由重力引力引起的,而是由水蒸气和臭氧吸收太阳辐射所产生的热引起的。当一日还只有21小时时,这种日潮汐的周期与大气振动的自然周期形成共振,因此即使太阳的影响较小也会产生极大的潮汐效应。例如,如果紫外线能量的大小随受太阳黑子周期影响的太阳的变化而变化,这就有可能在当时的大气圈潮汐上形成不均衡的影响。
由此看来,6.8亿年前,这种可以说是近于共振的大气潮汐能很好地解释埃特拉那地层为什么能表示这样一种效应的强烈“信号”,而从现在看来,这种效应又是极其微弱的。
[New Scientist 1987年10月22日]