Миллиарды лет назад земные сутки были заметно короче современных. Новое исследование показало, что на протяжении примерно миллиарда лет продолжительность дня стабильно держалась около 19 часов. Такой "застой" оказался результатом тонкого баланса между Луной, Солнцем, океанами и атмосферой Земли, связанного с тем, как менялось вращение Земли. Об этом сообщает Earth.
Почему день на Земле обычно удлиняется
В обычных условиях вращение Земли очень медленно замедляется. Главную роль в этом играют океанские приливы: гравитация Луны создаёт приливное трение, которое постепенно "ворует" энергию вращения планеты. По оценкам NASA, из-за этого процесс удлинения суток идёт со скоростью примерно две тысячные доли секунды за столетие.
На геологических масштабах времени это должно приводить к плавному и почти непрерывному росту продолжительности дня — как у маховика, который медленно теряет скорость. Однако данные горных пород говорят о более сложной картине.
Следы вращения Земли в породах
Работу возглавил геофизик Росс Митчелл из Института геологии и геофизики Китайской академии наук. Его команда собрала глобальный набор данных о продолжительности дня за последние 2,5 миллиарда лет, используя осадочные породы.
Многие из них сохраняют циклические структуры, связанные с так называемой циклостратиграфией — методом, который позволяет "читать" изменения орбиты и вращения Земли по повторяющимся слоям. Эти данные показали, что вращение планеты замедлялось неравномерно.
Вместо плавной линии исследователи обнаружили длинные плато, когда продолжительность суток почти не менялась, а затем — периоды более быстрого удлинения. Такие плато указывают на состояния приливного резонанса.
Застывшие сутки длиной 19 часов
Самое выраженное плато пришлось на период между двумя и одним миллиардами лет назад. В это время множество независимых геологических записей сходятся к одному значению — около 19 часов в сутках.
"Длина дня Земли, по-видимому, остановила своё долгосрочное увеличение и выровнялась примерно на 19 часов в интервале между двумя и одним миллиардами лет назад", — отметил Росс Митчелл.
Причина кроется в противоборстве приливных сил. Помимо лунных приливов, Солнце ежедневно нагревает атмосферу, создавая атмосферные приливы — глобальные волны давления. В определённых условиях они могут не замедлять, а слегка ускорять вращение планеты.
Когда скорость вращения Земли совпала с "ритмом" атмосферных приливов, их ускоряющий эффект почти полностью компенсировал торможение со стороны Луны. В результате вращение стабилизировалось, а сутки "застряли" на отметке около 19 часов на необычайно долгий срок.
Как длина дня повлияла на кислород
Этот период совпал с важным этапом в истории атмосферы. Основными производителями кислорода тогда были фотосинтезирующие микробы — цианобактерии, образующие плотные ковры на мелководье. Днём они выделяли кислород, а ночью частично его потребляли.
Баланс между производством и потреблением напрямую зависел от длины светового дня. В лабораторных экспериментах и моделях исследователи изучали, как разные продолжительности суток влияют на кислородный обмен в современных микробных матах — аналогах древних экосистем.
Результаты показали, что при днях короче 16 часов такие сообщества в целом поглощали больше кислорода, чем отдавали. Более длинные дни, напротив, позволяли кислороду накапливаться в воде и атмосфере, влияя на уровень кислорода в древней атмосфере.
Если Земля действительно оставалась на уровне 19-часовых суток около миллиарда лет, это могло ограничивать рост кислорода, объясняя, почему его глобальная концентрация долгое время оставалась умеренной.
Возвращение к удлинению суток
Когда резонанс закончился и день снова начал удлиняться в сторону современных 24 часов, фотосинтез получил дополнительное время. Это создало условия для последующего роста содержания кислорода и, в конечном счёте, для появления более сложных форм жизни.
Сравнение древних и современных изменений вращения
Древнее плато длилось миллиарды лет, но и сегодня вращение Земли остаётся нестабильным. Атомные часы фиксируют колебания продолжительности суток на тысячные доли секунды из года в год. Причины — ветры, океанские течения и процессы в недрах планеты.
Исследования показали, что часть этих колебаний связана с движением жидкого внешнего ядра и резкими изменениями магнитного поля, известными как геомагнитные рывки. Они слегка ускоряют или замедляют вращение Земли.
Плюсы и минусы геологических реконструкций
Анализ пород позволяет заглянуть в глубокое прошлое и восстановить динамику планеты. Однако такие методы требуют сложной интерпретации и всегда опираются на косвенные признаки. Тем не менее именно они помогают связать вращение Земли, климат и развитие жизни в единую картину.
Популярные вопросы о длине земных суток
Правда ли, что раньше день был короче?
Да, миллиарды лет назад сутки длились значительно меньше 24 часов.
Почему сутки "застряли" на 19 часах?
Из-за резонанса между лунными и атмосферными приливами, которые компенсировали друг друга.
Меняется ли длина дня сейчас?
Да, но на тысячные доли секунды из-за процессов в атмосфере, океанах и ядре Земли.
