旋迴地層學

旋迴地層學發展於前人對第四紀冰期旋迴驅動機制的探索 ^[1-2]  。最早核心的理論大多來自於 Milankovitch (1941) 對地球軌道參數（偏心率、斜率、歲差）的定量計算，提出天文軌道因素驅動第四紀冰期的理論假説 ^[3]  。Milankovitch (1941)認為，北緯65°附近夏季的日照量的週期性變化，導致氣候系統的週期性波動。Hays等（1976）將兩個南印度洋鑽孔的氧同位素、夏季海水錶層温度和放射蟲相對丰度數據作為古氣候替代指標進行分析,表明4500萬年來它們均受到短偏心率、斜率及歲差的影響，進而證實了Milankovitch旋迴理論，被稱作是旋迴地層學發展過程中的里程碑 ^[9]  。

Berger（1977）計算出地球軌道參數的不同週期結果，並首次提出2305 kyr、413 kyr、54 kyr、23 kyr、19 kyr及13 kyr的新週期，研究表明在不同地質時期偏心率週期較為穩定，而斜率和歲差則變化較大 ^[5]  。Laskar（2004）綜合考慮到太陽系九大行星及地球-月球運動導致的潮汐摩擦影響，提出La2004理論模型（Laskar et al.,2004），計算出來過去250Ma地球軌道參數的變化，並認為地球受到金星和木星引力的週期性作用，導致～405-kyr的長偏心率週期是最穩定的週期存在。

旋迴地層學的研究旨在確定記錄在沉積地層中由地球軌道力驅動的米蘭科維奇旋迴。太陽系中地球與太陽、月球和其他行星之間的萬有引力作用導致地球公轉和自轉發生週期性變化，表現為地球軌道參數偏心率（Eccentricity）、斜率（Obliquity）以及歲差（Precession）的週期性變化，引起地球表面日照量的週期性變化，進而導致全球氣候的週期性變化，並記錄在對氣候變化響應敏感的沉積地層中。通過識別地層記錄中的古氣候替代性指標，建立隨時間變化的時間序列並數據分析，建立精度高達 0.02 Ma 的天文年代標尺，使沉積速率的精確反演與地層高分辨劃分、高精度對比成為可能（Astronomical time scale, ATS） ^[8]  （Hinnovand Ogg, 2007）。以下介紹地球軌道參數：偏心率、斜率和歲差的概念及其對氣候變化的影響。偏心率（Eccentricity）：指地球繞太陽公轉時橢圓軌道的橢率，是半焦距與橢圓長半軸的比值，主要分為長偏心率(E)和短偏心率(e)，其數值的變化代表了地日之間的距離變化。而在(Laskar et al.,2004)的天文軌道模型中，40 Ma以來偏心率的數值較為穩定，變化範圍僅為0.00021318～0.0669575。其主要含有95 kyr，99 kyr，124 kyr，131 kyr和405 kyr 的週期，其中405 kyr 和100 kyr 的週期較為常見。405 kyr偏心率長週期是天文上最為穩定的地球軌道參數是地質計時的“節拍器”。偏心率對地球氣候的影響主要體日照量和調製歲差週期的幅度上，主要表現為偏心率值越小，地球季節性越弱，反之，季節性越明顯 。斜率（Obliquity）：地球圍繞太陽公轉軌道平面與赤道面的夾角，其角度的變化範圍為 22. 5°～24. 5 °，所含週期包括 41 kyr、39 kyr、54kyr 和 29 kyr，其中主要週期為 41 kyr。斜率對地球氣候的影響主要體現在高緯度地區，其數值的變化會導致高緯度地區在不同季節所接受到的日照量發生變化。比如，如果斜率為零，太陽將一直直射赤道，地球上不存在季節變化；斜率增加，季節性增強。歲差（Precession）：為地球自轉軸繞公轉面垂直軸的旋轉，主要週期23 kyr、19 kyr ^[10]  。並且歲差週期受到了偏心率週期的調製作用。歲差週期的變化可以通過改變地球季節性差異來影響地球氣候，如：當北半球夏天處於遠日點的時候，而與此相反的是南半球就會有個長且熱的夏天和短且冷的冬天。對比斜率，歲差週期的變化對低緯度地區影響更明顯。

旋迴地層學在地質年代校準方面的突破性進展，推動了時間序列分析和新建模統計技術的發展，使得旋迴地層學被認為是地層學解讀時間的第三里程碑 ^[4]  。利用天文旋迴理論進行地質定年成為現代地質學研究的一個新亮點。特別是將基於古氣候學研究的天文旋迴理論應用於天文地質年代表的校正及地層的對比工作。Wu et al.（2013）利用中國東北松遼盆地 SK1 鑽孔獲取的晚白堊世連續湖相沉積記錄的旋迴地層學分析結果，估算出的康尼亞克階和聖通階的持續時間，這一結果與Locklair和 Sageman（2008）在美國西 Interior 盆地半海相沉積地層獲得的持續時間基本一致，實現了不同沉積相之間的比對 ^[6]  。另一方面，天文旋迴在太陽系歷史行星軌道運動的研究中得到應用，以及為地-月演化史提供了重要依據。研究者們在石炭紀、三疊紀至侏羅紀和白堊紀地層記錄中均發現了太陽系的混沌行為 ^[7]  。