Preview

PDF, English Download (5MB) | Terms of use

Abstract

This thesis assesses the influence of astronomical phenomena on the Earth’s biosphere and climate. I examine in particular the relevance of both the path of the Sun through the Galaxy and the evolution of the Earth’s orbital parameters in modulating non-terrestrial mechanisms. I build models to predict the extinction rate of species, the temporal variation of the impact cratering rate and ice sheet deglaciations, and then compare these models with other models within a Bayesian framework. I find that the temporal distribution of mass extinction events over the past 550 Myr can be explained just as well by a uniform random distribution as by other models, such as variations in the stellar density local to the Sun arising from the Sun’s orbit. Given the uncertainties in the Galaxy model and the Sun’s current phase space coordinates, as well as the errors in the geological data, it is not possible to draw a clear connection between terrestrial extinction and the solar motion. In a separate study, I find that the solar motion, which modulates the Galactic tidal forces imposed on Oort cloud comets, does not significantly influence this cratering rate. My dynamical models, together with the solar apex motion, can explain the anisotropic perihelia of long period comets without needing to invoke the existence of a Jupiter-mass solar companion. Finally, I find that variations in the Earth’s obliquity play a dominant role in triggering terrestrial deglaciations over the past 2 Myr. The precession of the equinoxes, in contrast, only becomes important in pacing large deglaciations after the transition from the 100-kyr dominant periodicity in the ice coverage to a 41-kyr dominant periodicity, which occurred 0.7 Myr ago.

Translation of abstract (German)

Die vorliegende Doktorarbeit behandelt den Einfluss astronomischer Phänomene auf die Biosphäre und das Klima der Erde. Ich untersuche dabei im Besonderen die Sonnenbahn durch die Galaxie und die Evolution der Erdbahnparameter hinsichtlich ihrer Beeinflussung extraterrestrischer Mechanismen. Ich erstelle Modelle zur Vorhersage der Geschwindigkeit des Artensterbens, der zeitlichen Variation von Einschlagshäufigkeiten, sowie des Abschmelzens von Eisschilden, und vergleiche diese mittels Bayesscher Statistik mit alternativen Modellen. Ich schließe daraus, daß die zeitliche Verteilung der Massensterbeereignisse innerhalb der letzten 550 Millionen Jahre durch eine Gleichverteilung ebenso gut beschrieben wird wie durch andere Modelle, wie zum Beispiel der Veränderung der sonnennahen Sternendichte aufgrund der Sonnenbahn. In Anbetracht der Unsicherheiten, die der Modellierung unserer Galaxie und der gegenwärtigen Bahndaten der Sonne anhaften, aber auch durch Meßfehler in geologischen Daten, ist es nicht möglich eine klare Verbindung zwischen terrestrischer Extinktion und Sonnenbewegung herzustellen. Im Rahmen einer separaten Untersuchung stelle ich fest, daß die Bewegung der Sonne, welche Veränderungen der Gezeitenkräfte auf die Kometen der Oortschen Wolke bedingt, keinen bedeutenden Einfluss auf die Einschlagshäufigkeit hat. In Kombination mit der Bewegung des Sonnenapex können meine dynamischen Modelle die anisotropischen Perihelien langperiodischer Kometen erklären, ohne dabei auf die Existenz eines Sonnebegleiters mit Jupitermasse abzustellen.Abschließend ermittle ich, daß Veränderungen der Erdbahnneigung innerhalb der letzten 2 Millionen Jahre eine hervorragende Rolle beim Auslösen von Eisschildschmelzen spielen. Im Gegensatz dazu wird die Präzession der Äquinoktia für das Abschmelzen erst seit 0.7 Millionen jahren bedeutsam, nämlich nach dem Übergang von der 100- zur 41-tausendjährigen Schmelzperiode.