Hierarchical recurrence domains wtih 129600 year unit across Earth-system evolution revealed by stratigraphic boundaries and climate records

Technische Samenvatting: Hiërarchische Recurrente Domeinen met een 129.600-jaar Eenheid over de Evolutie van het Aardsysteem

Probleemstelling
De variabiliteit van het aardsysteem manifesteert zich over een breed spectrum van temporele schalen, van orbitale cycli tot diepe geologische overgangen. Hoewel specifieke periodiciteiten (bijv. Milankovitch-cycli) goed gevestigd zijn in de Quartaire records, worden signalen geïdentificeerd uit verschillende geologische records zelden binnen een gemeenschappelijk statistisch kader geëvalueerd. Bestaande claims van langdurige recurrente patronen in fossiele diversiteit, extinctie en tektoniek blijven moeilijk te valideren vanwege eindige, ongelijkmatig bemonsterde en chronologisch onzekere records. Bovendien leiden analytische keuzes en kandidaat-bereiken vaak tot conflicterende voorkeursperiodiciteiten. Deze studie adresseert het gebrek aan een verenigd kader om kandidaat-recurrente domeinen over meerdere grootheden te vergelijken, waarbij onderscheid wordt gemaakt tussen robuuste empirische signalen, dataset-afhankelijke optima en conceptuele tijdschalen.

Methodologie
De studie heeft een multiscale analytisch kader ontwikkeld om zeven doel-domeinen (P1–P7) te evalueren, variërend van 129,6 kyr tot 16,79616 Gyr. Deze domeinen zijn afgeleid van een hiërarchische cyclustheorie gebaseerd op conversiefactoren van 12 en 30, verankerd door een 129.600-jaar eenheid.

• Databronnen: De analyse integreerde discrete stratigrafische grenzen uit de International Chronostratigraphic Chart (ICS) en continue proxy-records (benthische $\delta^{18}$O, gereconstrueerde temperatuur, zeeniveau, ijsvolume, atmosferische CO$_2$, magnetochron-grenzen en orbitale oplossingen).
• Hiërarchische Matching: Verschillende ICS-niveaus werden gekoppeld aan specifieke domeinen: Eonothem voor P6 (1,399 Gyr), Erathem voor P5 (466,56 Myr), System voor P4 (46,656 Myr) en Stage voor P3 (3,888 Myr) en P2 (1,296 Myr).
• Analytische Technieken:
  • Discrete Gebeurtenissen (P2–P5): Kandidaat-perioden werden getest tegen geologische grenzen middels circulaire fase-uitlijning en een resultaat-gebaseerde fit-score ($score_R$). Chronologische robuustheid werd beoordeeld via 2.000 timing-onzekerheidsrealisaties (Monte Carlo-sampling van grensleeftijden).
  • Continue Records (P1, P2): Lomb–Scargle spectrale analyse werd toegepast om met ongelijkmatig bemonsterde data om te gaan. Bandbegrensde decompositie en filtering werden gebruikt om specifieke frequentiebanden te isoleren (bijv. 80–150 kyr).
  • Significantietoetsing: Statistische significantie werd geëvalueerd met behulp van surrogaat-datasets (willekeurig verdeelde gebeurtenissen voor discrete data; AR(1) autoregressieve surrogaten voor continue data). Zowel lokale $p$-waarden als kandidaat-set globale $p$-waarden (rekening houdend met multiple testing over vooraf gedefinieerde kandidaten) werden berekend.
• Omvang: P1–P5 werden empirisch geëvalueerd. P6 (1,39968 Gyr) en P7 (16,79616 Gyr) werden behandeld als conceptuele hogere-orde groeperingen in plaats van formeel gevalideerde periodiciteiten.

Belangrijkste Resultaten
De analyse onthulde een hiërarchisch spectrum van kandidaat-tijdschalen in plaats van een enkele universele geologische klok:

1. ~100-kyr Domein (P1): Late Quartaire klimaatrecords (benthische $\delta^{18}$O, temperatuur, zeeniveau, ijsvolume, CO$_2$) ondersteunden consistent een benaderende 100-kyr recurrente cyclus. Dit signaal was robuust over verschillende proxies, bleef significant na FWER-correctie (family-wise error rate), en vertoonde een verschuiving van 41-kyr dominantie naar 100-kyr dominantie tijdens de Mid-Pleistocene Transit.
2. ~1,2–1,4-Myr Domein (P2): De resultaten waren dataset-afhankelijk. Cenozoïsche ICS Stage-grenzen selecteerden bij voorkeur 1,2 Myr, terwijl magnetochron-grenzen ~1,30 Myr bevoordeelden en isotooprecords ($\delta^{13}$C, $\delta^{18}$O) ~1,40 Myr bevoordeelden. Geen enkele periode bereikte statistische significantie over alle proxies heen.
3. ~3,5-Myr Domein (P3): Binnen de 2,5–5,0 Myr kandidaat-set kwam ~3,5 Myr naar voren als de best passende kandidaat. Deze werd geselecteerd in 67% van de onzekerheidsrealisaties over de volledige Phanerozoïcum en in 100% van de realisaties in het beperkte 0–80 Myr venster. Hoewel het een sterke relatieve stabiliteit vertoonde, bereikte het geen globale significantie voor de kandidaat-set.
4. ~46,656-Myr Domein (P4): Onder de intermediaire-schaal kandidaten (30–60 Myr) produceerde ~46,656 Myr de hoogste mediane fit-score en werd het geselecteerd als de beste kandidaat in 96% van de onzekerheidsrealisaties.
5. ~500-Myr Domein (P5): Onder de lang-periode kandidaten (300–600 Myr) was ~500 Myr de meest robuuste fit, geselecteerd met een waarschijnlijkheid van 1,00 via onzekerheidssampling. Echter, net als de 46,656-Myr kandidaat, bereikte het geen globale statistische significantie voor de kandidaat-set ($p > 0,05$).
6. Conceptuele Domeinen (P6 & P7): Het ~1,39968-Gyr domein werd behouden als een conceptuele groepering van de pre-Phanerozoïsche record (ongeveer 3 segmenten van ~1,34 Gyr). Het ~16,79616-Gyr domein werd behandeld als een kosmologische-schaal enveloppe. Geen van beide werd formeel getest op periodiciteit.

Betekenis en Claims
Het artikel claimt een verenigd kader te bieden dat onderscheid maakt tussen:

• Sterke cross-proxy signalen: Specifiek de ~100-kyr recurrente cyclus in het Quatair klimaat.
• Robuuste relatieve voorkeuren: Stabiele rangschikkingen voor ~3,5, ~46,656 en ~500 Myr kandidaten, zelfs in afwezigheid van strikte statistische significantie.
• Dataset-afhankelijke optima: De variatie in voorkeursperioden op de ~1,2–1,4 Myr schaal afhankelijk van de gebruikte proxy.
• Conceptuele tijdschalen: Hogere-orde organisatorische hypothesen voor de diepe aarde-geschiedenis.

De auteur concludeert dat de variabiliteit van het aardsysteem het best beschreven kan worden als een "hiërarchisch spectrum van recurrente domeinen" in plaats van een enkele periodieke klok. De studie benadrukt dat hoewel bepaalde tijdschalen reproduceerbare relatieve voorkeuren vertonen, het bewijs momenteel wijst op hen als robuuste kandidaten voor toekomstige evaluatie met onafhankelijke geologische en geochemische records, in plaats van als definitief bewijs voor universele fysieke forceringmechanismen. Het kader maakt de systematische evaluatie van kandidaat-domeinen mogelijk, terwijl rekening wordt gehouden met chronologische onzekerheid en biases door multiple testing.