بر اساس یک پژوهش تازه، رویدادهایی که زمین‌شناسان برای مرزبندی و تشخیص گذارها میان فصل‌های مختلف تاریخ زمین به‌کار می‌برند، در واقع از یک الگوی سلسله‌مراتبی پنهان پیروی می‌کنند؛ الگویی که می‌تواند نه‌تنها به فهم بهتر گذشته زمین کمک کند، بلکه چشم‌اندازی از دگرگونی‌های آینده سیاره ما نیز به دست دهد.
آندری اسپیریدونوف، زمین‌شناس و دیرینه‌شناس دانشگاه ویلنیوس در لیتوانی، در توضیح این یافته می‌گوید:
«مقیاس‌های زمانی زمین‌شناسی شاید در کتاب‌های درسی مانند خط‌های زمانی مرتب و منظم به‌نظر برسند، اما مرزهای آن‌ها در واقع داستانی به‌مراتب آشفته‌تر و پرهرج‌ومرج‌تر روایت می‌کنند.»
او ادامه می‌دهد:
«یافته‌های ما نشان می‌دهد آنچه تاکنون چونان نویزهای نامنظم و بی‌قاعده دیده می‌شد، در حقیقت کلید اصلی فهم دگرگونی‌های سیاره زمین است. این الگو نشان می‌دهد زمین چگونه تغییر می‌کند و این تغییرات تا کجا می‌توانند ادامه یابند.»
زمین؛ صحنه آشوب‌ها و دگرگونی‌های پی‌درپی
تاریخ سیاره ما آکنده از دگرگونی‌ها و رویدادهای بزرگ است؛ برخی از آن‌ها آن‌قدر سهمگین و گسترده‌اند که به پیدایش فصل تازه‌ای از زمان زمین‌شناسی منجر شده‌اند. این تغییرات هم در واحدهای زمانی کوتاه‌تر مانند «دوران» (epoch) و «سن» (age) دیده می‌شوند و هم در بازه‌های طولانی‌تری همچون «عصر» (era) و «دهر» (eon).
به‌عنوان نمونه، شهاب‌سنگی که ۶۶ میلیون سال پیش دایناسورها را نابود کرد، آن‌چنان ویرانی و آشوبی پدید آورد که مرز پایانی «مزوزوئیک» (عصر میانه‌زیستی) و آغاز «سنوزوئیک» (عصر نوزیستی) را شکل داد. عصر سنوزوئیک که هنوز ادامه دارد، خود به سه دوره و دست‌کم هفت دوران تقسیم می‌شود.
فرایندهایی که این گذارهای زمانی را پدید می‌آورند، بسیار پیچیده‌اند. آن‌ها ترکیبی از دوره‌های پایداری نسبی و ناگهان انفجارهای فاجعه‌آمیز هستند؛ فجایعی که از نظر نوع و شدت به‌شدت متغیرند. با این حال، نشانه‌هایی وجود دارد که نشان می‌دهد این آشفتگی‌ها چندان هم تصادفی نیستند.
تمرکز بر دهر فانروزوئیک
پژوهش تازه بر دهر فانروزوئیک (Phanerozoic) تمرکز دارد؛ دهری که حدود ۵۴۰ میلیون سال پیش آغاز شده و شامل سه عصر بزرگ پالئوزوئیک، مزوزوئیک و سنوزوئیک است. این دهر یکی از چهار دهر زمین است و پس از دهرهای «هادیان»، «آرکئن» و «پروتروزوئیک» پدید آمده است.
اسپیریدونوف و همکارانش تقسیم‌بندی‌های زمانی کمیسیون بین‌المللی چینه‌شناسی را مبنا قرار دادند، اما علاوه بر آن، مرزها را بر اساس شواهد دیرینه‌شناسی نیز بررسی کردند؛ از جمله محدوده‌های چینه‌ای حیوانات دریایی و بقایای موجودات باستانی همچون کونودونت‌ها، آمونوئیدها، گراپتولیت‌ها و نانوپلانکتون‌های آهکی.
آن‌ها دریافتند مرزهای زمانی به‌طور مداوم خوشه‌هایی جالب‌توجه تشکیل می‌دهند که با دوره‌های طولانی آرامش نسبی از هم جدا شده‌اند. این توزیع ناهموار حاکی از وجود یک سیستم چندفراکتالی (multifractal) است؛ سامانه‌ای که در آن پویایی‌های پیچیده توسط طیفی پیوسته از نماهای ریاضی توصیف می‌شوند.
اسپیریدونوف توضیح می‌دهد:
«فواصل میان رویدادهای کلیدی تاریخ زمین – از انقراض‌های گسترده گرفته تا انفجارهای تکاملی – کاملاً تصادفی و پراکنده نیستند. آن‌ها از یک منطق چندفراکتالی پیروی می‌کنند که نشان می‌دهد تغییرات چگونه به‌صورت آبشاری در طول زمان جاری می‌شوند.»
مقیاس زمانی بیرونی زمین
پژوهشگران در تلاش بودند تا «مقیاس زمانی بیرونی» زمین را برآورد کنند؛ یعنی مدت‌زمانی که لازم است تا گستره کامل تنوع طبیعی سیاره ما آشکار شود. بر اساس نتایج، این بازه دست‌کم ۵۰۰ میلیون سال است.
اسپیریدونوف می‌گوید:
«اگر بخواهیم کل دامنه رفتارهای زمین – از دوره‌های آرامش گرفته تا آشوب‌های ناگهانی جهانی – را درک کنیم، باید به سوابق زمین‌شناسی‌ای دست یابیم که دست‌کم نیم میلیارد سال را دربرگیرند. و اگر بهتر بخواهیم، یک میلیارد سال.»
او هشدار می‌دهد که مطالعه در بازه‌های زمانی کوتاه‌تر ممکن است نتواند نهایت توانایی زمین در تولید دگرگونی‌های شدید را نشان دهد.
جایگاه انسان در این مقیاس عظیم
از آنجا که کل تاریخ بشر تنها در بخشی بسیار کوچک و آرام از این بازه عظیم رخ داده، دستیابی به درکی کامل‌تر از الگوهای بزرگ‌مقیاس زمین می‌تواند بسیار ارزشمند باشد.
برای توصیف بهتر توزیع این واحدهای زمانی و مرزهای آن‌ها، پژوهشگران یک مدل تازه طراحی کردند که آن را فرایند مرکب چندفراکتالی-پواسون (compound multifractal-Poisson process) می‌نامند. تحلیل آن‌ها نشان می‌دهد رویدادهای تعیین‌کننده هر مرحله، به‌طور سلسله‌مراتبی در دل یکدیگر جای گرفته‌اند و یک آبشار از خوشه‌ها درون خوشه‌های دیگر را پدید آورده‌اند.
اسپیریدونوف تأکید می‌کند:
«اکنون ما شواهد ریاضی داریم که تغییرات سامانه زمین صرفاً نامنظم نیستند؛ بلکه به‌طور عمیق ساختاریافته و سلسله‌مراتبی هستند.»
پیامدها برای گذشته و آینده
این یافته‌ها نه‌تنها در فهم آنچه طی ۴.۵ میلیارد سال گذشته بر زمین گذشته یاری می‌رسانند، بلکه می‌توانند با پژوهش‌های آینده، چشم‌اندازی گرانبها درباره آینده نیز فراهم آورند.
اسپیریدونوف در پایان می‌گوید:
«این نتایج پیامدهای بزرگی دارد؛ نه‌فقط برای درک گذشته زمین، بلکه برای آنکه بدانیم در آینده چگونه باید تغییرات سیاره‌ای را مدل‌سازی کنیم.»
