Pirms miljardiem gadu Zemes diena bija ievērojami īsāka nekā mūsdienās. Jauns pētījums parādīja, ka aptuveni miljarda gadu garumā dienas garums stabili saglabājās apmēram 19 stundu robežās. Šāds “stagnācija” izrādījās smalkas līdzsvara starp Mēness, Sauli, okeāniem un Zemes atmosfēru rezultāts, kas saistīts ar to, kā mainījās Zemes rotācija. Par to ziņo Earth.
Saturs
Kāpēc diena uz Zemes parasti kļūst garāka
Parastos apstākļos Zemes rotācija ļoti lēni palēninās. Galveno lomu šajā procesā spēlē okeāna plūdmaiņas: Mēness gravitācija rada plūdmaiņu berzi, kas pakāpeniski “nozog” planētas rotācijas enerģiju. Pēc NASA aprēķiniem, šī iemesla dēļ dienas pagarināšanās process notiek ar ātrumu aptuveni divas tūkstošdaļas sekundes simtgadē.
Ģeoloģiskā mērogā tas būtu jāizraisa dienas ilguma pakāpenisku un gandrīz nepārtrauktu pieaugumu — tāpat kā svārstam, kas lēnām zaudē ātrumu. Tomēr iežu dati liecina par sarežģītāku situāciju.
Zemes rotācijas pēdas iežos
Darbu vadīja ģeofiziķis Ross Mitchells no Ķīnas Zinātņu akadēmijas Ģeoloģijas un ģeofizikas institūta. Viņa komanda, izmantojot nogulumu iežus, apkopojusi globālu datu kopu par dienas garumu pēdējo 2,5 miljardu gadu laikā.
Daudzas no tām saglabā cikliskas struktūras, kas saistītas ar tā saukto ciklostratigrāfiju — metodi, kas ļauj “lasīt” Zemes orbītas un rotācijas izmaiņas atkārtojošos slāņos. Šie dati parādīja, ka planētas rotācija palēninājās nevienmērīgi.
Tā vietā, lai būtu vienmērīga līnija, pētnieki atklāja garas plato, kad dienas garums gandrīz nemainījās, un pēc tam — periodus, kad tas pagarinājās straujāk. Šādas plato norāda uz plūdmaiņu rezonanses stāvokli.
Sastingušas dienas, kuru garums ir 19 stundas
Visizteiktākā plato bija periodā starp diviem un vienu miljardu gadu atpakaļ. Šajā laikā daudzi neatkarīgi ģeoloģiskie ieraksti saskan ar vienu vērtību — apmēram 19 stundas dienā.
Iemesls slēpjas pretējos plūdmaiņu spēkos. Papildus Mēness plūdmaiņām Saule katru dienu silda atmosfēru, radot atmosfēras plūdmaiņas — globālas spiediena viļņus. Noteiktos apstākļos tās var nevis palēnināt, bet nedaudz paātrināt planētas rotāciju.
Kad Zemes rotācijas ātrums sakrita ar atmosfēras plūdmaiņu “ritmu”, to paātrinošais efekts gandrīz pilnībā kompensēja Mēness bremzējošo ietekmi. Rezultātā rotācija stabilizējās, un diena “iestājās” apmēram 19 stundu atzīmē uz neparasti ilgu laiku.
Kā dienas garums ietekmēja skābekli
Šis periods sakrita ar svarīgu posmu atmosfēras vēsturē. Galvenie skābekļa ražotāji tolaik bija fotosintēzes mikroorganismi — cianobaktērijas, kas veidoja blīvas paklājas seklūdens zonās. Dienā tās izdalīja skābekli, bet naktī daļēji to patērēja.
Līdzsvars starp ražošanu un patēriņu bija tieši atkarīgs no dienas garuma. Laboratorijas eksperimentos un modeļos pētnieki izpētīja, kā dažāda dienas garuma ietekmē skābekļa apmaiņu mūsdienu mikrobu paklājos — senu ekosistēmu analogos.
Rezultāti parādīja, ka, ja dienas bija īsākas par 16 stundām, šādas kopienas kopumā patērēja vairāk skābekļa, nekā atdeva. Gluži pretēji, garākas dienas ļāva skābeklim uzkrāties ūdenī un atmosfērā, ietekmējot skābekļa līmeni senajā atmosfērā.
Ja Zeme patiešām palika 19 stundu dienas līmenī apmēram miljardu gadu, tas varēja ierobežot skābekļa pieaugumu, izskaidrojot, kāpēc tā globālā koncentrācija ilgu laiku palika mērena.
Atgriešanās pie garākas dienas
Kad rezonanse beidzās un diena atkal sāka pagarināties līdz mūsdienu 24 stundām, fotosintēze ieguva papildu laiku. Tas radīja apstākļus turpmākai skābekļa satura palielināšanai un, galu galā, sarežģītāku dzīvības formu parādīšanās.
Senā un mūsdienu rotācijas izmaiņu salīdzinājums
Senais plato ilga miljardiem gadu, bet arī šodien Zemes rotācija paliek nestabila. Atomu pulksteņi fiksē dienas garuma svārstības tūkstošdaļās sekundes no gada uz gadu. Iemesli — vējš, okeāna straumes un procesi planētas iekšienē.
Pētījumi liecina, ka daļa no šīm svārstībām ir saistīta ar šķidrā ārējā kodola kustību un magnētiskā lauka straujām izmaiņām, kas pazīstamas kā ģeomagnētiskie lēcieni. Tie nedaudz paātrina vai palēnina Zemes rotāciju.
Ģeoloģisko rekonstrukciju plusi un mīnusi
Rūdu analīze ļauj ieskatīties dziļā pagātnē un atjaunot planētas dinamiku. Tomēr šādas metodes prasa sarežģītu interpretāciju un vienmēr balstās uz netiešiem pazīmēm. Tomēr tieši tās palīdz saistīt Zemes rotāciju, klimatu un dzīves attīstību vienotā kopainā.
Populāri jautājumi par Zemes dienas garumu
Vai ir taisnība, ka agrāk diena bija īsāka?
Jā, pirms miljardiem gadu diena bija ievērojami īsāka par 24 stundām.
Kāpēc diena “iestājās” pie 19 stundām?
Sakarā ar rezonansi starp Mēness un atmosfēras plūdmaiņām, kas viena otru kompensēja.
Vai dienas garums tagad mainās?
Jā, bet par tūkstošdaļām sekundes sakarā ar procesiem atmosfērā, okeānos un Zemes kodolā.
