W burzliwej historii Ziemi był taki czas – 1,8 miliarda do 0,8 miliarda lat temu, kiedy wszystko działo się na niej bardzo powoli. Aktywność tektoniczna wówczas osłabła, procesy geochemiczne przebiegały dłużej, a ewolucja najprostszych form życia daleko nie prowadziła.
Teraz nowe badania sugerują, że ten okres, w którym na Ziemi działo się niewiele, pieszczotliwie nazywany „nudnym miliardem”, zbiegł się w czasie ze zmianami tempa rotacji naszej planety. Ziemia potrzebowała wtedy zaledwie 19 godzin na wykonanie pojedynczego obrotu wokół własnej osi, i to najwyraźniej przez bardzo długi czas.
Przeszłość ziemskiej doby
To, że kiedyś ziemska doba trwała zaledwie 19 godzin, było wynikiem delikatnej równowagi sił działających na naszą planetę. Nie bez znaczenia jest fakt, że w okresie od 1,8 miliarda do 0,8 miliarda lat temu Księżyc znajdował się znacznie bliżej Ziemi niż dziś i utrzymywał od niej stałą odległość, zamiast się od niej oddalać, jak to robił wcześniej i później.
„Z biegiem czasu Księżyc ukradł energię rotacji Ziemi, aby przenieść się na wyższą orbitę, dalej od Ziemi.”, wyjaśniają autorzy pracy opublikowanej w czasopiśmie Nature Geoscience.
W wyniku powolnego oddalania się Księżyca od Ziemi, rotacja Ziemi spowalniała, a jej słoneczne dni nieznacznie się wydłużały. Większość modeli ziemskiej rotacji przewiduje, że długość dnia na naszej planecie stale rosła w ciągu ostatnich 3 do 4 miliardów lat. Niektórzy badacze spekulują zaś, że długość ziemskiego dnia tymczasowo przez długi czas się nie zmieniała, zanim wznowiła powolny, stały wzrost do 24 godzin, które dziś nazywamy dobą. Kto ma rację?
Niestety, trudno znaleźć jakiekolwiek geologiczne ślady wskazujące na zmiany długości doby w przeszłości. Długość doby można wywnioskować ze wzrostu stromatolitów nachylonych w kierunku Słońca oraz rytmów pływowych – wzorców osadów błotnych ułożonych przez pływy i zachowanych w skałach. Niemniej, niewiele takich elementów zachowało się sprzed odległych miliardów lat. W ramach swoich nowych badań Ross N. Mitchell z Chińskiej Akademii Nauk oraz Uwe Kirscher z Uniwersytetu Eberharda Karola w Tybindze wykorzystali lawinę nowych danych geologicznych, które pojawiały się w ostatnich latach.
„Zdaliśmy sobie sprawę, że w końcu nadszedł czas na to, aby przetestować coś w rodzaju skrajnego, ale całkowicie rozsądnego, alternatywnego pomysłu na temat paleorotacji Ziemi.”, powiedział Mithchell.
Okres o ogromnym wpływie na życie na Ziemi
Przeprowadzona analiza statystyczka wskazała, że 2 miliardy do 1 miliarda lat temu faktycznie doszło do tymczasowego ustabilizowania długości ziemskiej doby. Miało to miejsce w środku ery proterozoicznej, której kulminacją była „Ziemia śnieżka”, poprzedzająca kambryjską eksplozję życia.
Historia zmian długości ziemskiej doby. | Źródło: Ross N. Mitchell, Uwe Kirscher/Nature Geoscience 2023
Zastanawiając się, co mogło sprawić, że wczesna Ziemia miała do czynienia z okresem względnej stabilności, Mitchel i Kirscher przyjrzeli się innym ważnym wydarzeniom z historii naszej planety. Jeśli ich szacunki są prawidłowe, plateau długości ziemskiego dnia nastąpiło po znacznych wahaniach warunków atmosferycznych planety, a dokładniej mówiąc po tak zwanej Katastrofie tlenowej, w ramach której poziom tlenu w atmosferze nagle wzrósł i utworzył warstwę ozonową, zanim ponownie spadł.
Mitchel i Kirscher twierdzą, że dodatkowy ozon w atmosferze mógł pochłaniać więcej światła słonecznego niż para wodna, pobudzając tak zwane pływy słoneczne, mniej znane niż pływy oceaniczne i pulsujące w atmosferze, gdy ta ogrzewa się podczas dnia. Pływy słoneczne nie są tak silne jak pływy oceaniczne, na które wpływa przyciąganie grawitacyjne Księżyca. To powiedziawszy, dawno temu Ziemia obracała się szybciej, a więc wpływ Księżyca na jej powierzchnię był nawet cztery razy słabszy.
Długość ziemskiej doby mogła ustabilizować się za sprawą pływów słonecznych. | Źródło: Ross N. Mitchell, Uwe Kirscher/Nature Geoscience 2023
Zdaniem badaczy pływy słoneczne mogły być kiedyś na tyle silne, by równoważyć wpływ grawitacji Księżyca i ustabilizować długość ziemskiej doby. To nie miało jednak pozytywnego wpływu na ewolucję życia na Ziemi. Dopiero gdy doba znowu zaczęła się wydłużać, do Ziemi zaczęło docierać więcej światła, które pozwoliło bakteriom fotosyntetyzującym na podniesienie poziomu tlenu w atmosferze do poziomu wystarczającego, by mogły pojawić się bardziej zaawansowane i większe formy życia.
Oczywiście, trzeba przeprowadzić więcej badań, by potwierdzić, czy okres stabilności długości ziemskiej doby faktycznie miał miejsce 2 miliardy do 1 miliarda lat temu, czy w nieco innych ramach. Mitchel i Kirscher są jednak przekonani, że wyniki ich pracy zbiegają się z ideą, że stały wzrost poziomu tlenu w ziemskiej atmosferze i ewolucja złożonych organizmów zostały wstrzymane aż do czasu, w którym ten okres stabilności się zakończył.
Źródło: CAS, fot. tyt. Unsplash/Pierre Borthiry