在地球历史中发现了一种令人惊讶的数学模式

根据最近的一项研究，地质学家用来区分地球故事中地质章节之间过渡的事件遵循一种隐藏的等级模式，这种模式可以揭示过去和未来的动荡。

“地质时间尺度在教科书上可能看起来像整洁的时间线，但它们的边界讲述了一个更加混乱的故事，”说该研究的合著者安德烈·斯皮里多诺夫 （Andrej Spiridonov） 是立陶宛维尔纽斯大学的地质学家和古生物学家。

“我们的研究结果表明，看似不均匀的噪音实际上是了解我们的星球如何变化以及这种变化能走多远的关键，”斯皮里多诺夫说.

相关：人类时代并不正式存在。但我们知道它是什么时候开始的。

我们星球的历史是充满动荡，有些戏剧性足以触发全新的地质时间块。这包括相对较短的划分（如年龄和纪元）之间的变化，以及更长的时间单位（如纪元和亿万年）之间的变化。

这小行星摧毁了恐龙例如，6600 万年前，造成了足够的整体破坏，有助于结束中生代并拉开新生代的序幕。延续至今的新生代进一步细分为三个时期和至少七个纪元。

推动这些转变的过程很复杂，产生了可变的相对稳定区间，其中不时出现不同类型和规模的明显不可预测的灾难。

然而，有迹象表明，这可能没有看起来那么反复无常。

这项新研究的重点是当前的显生宙，其历史可以追溯到大约 5.4 亿年前，包括新生代、中生代和古生代。这是迄今为止地球的四个亿万年之一，之前是元古代、太古宙和冥王纪。

斯皮里多诺夫和他的同事使用了国际地层学委员会建立的时间划分，但也根据海洋动物的地层范围和古代类群（例如锥齿兽,菊石类,砾石和钙质纳米浮游生物.

他们发现，时间单位之间的边界始终形成有趣的集群，中间被相对平静的漫长跨度隔开。

这种不均匀的分布表明多重分形系统，或者其复杂动力学由指数的连续谱.

“地球历史上关键事件之间的间隔，从大规模灭绝到进化爆炸，并没有完全均匀地分布，”斯皮里多诺夫说.“他们遵循多重分形逻辑，揭示了可变性如何随时间级联。”

研究人员试图估计地球的“外部时间尺度”，即揭示地球自然变异性广度所需的时间。

根据他们的发现，他们得出结论，这个跨度至少有 5 亿年。

“如果我们想了解地球的全部行为，无论是平静时期还是突然的全球动荡时期，我们需要至少涵盖 50 亿年的地质记录。理想情况下，十亿，“斯皮里多诺夫说.

研究人员警告说，研究较短的时间尺度可能无法传达我们的星球能够产生的极端情况。

因为整个人类历史发生在最近的一丝宁静之中，更可靠地掌握地球的大规模模式可能会很有价值。

为了帮助表征这些时间单位的分布及其边界，研究人员开发了一种新模型，他们将其描述为“复合多重分形泊松过程”。

他们的分析指出了分层嵌套的阶段定义事件结构，在集群中形成集群的级联。

“我们现在有数学证据表明，地球系统的变化不仅仅是不规则的，”斯皮里多诺夫说.“它们结构深刻，等级森严。”

除了帮助我们了解过去 45 亿年左右地球上已经发生的事情之外，这些发现以及基于这些发现的未来研究还可以为未来的预期提供宝贵的见解。

“这不仅对理解地球的过去具有巨大的影响，”斯皮里多诺夫说，“但也是为了我们如何模拟未来的地球变化。

该研究发表在地球与行星科学快报.

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