Tak månen for Jordens forlængelsesdag

For alle, der nogensinde har ønsket, at der var flere timer på dagen, geoforskere har nogle gode nyheder:Dage på Jorden bliver længere.

En ny undersøgelse, der rekonstruerer den dybe historie om vores planets forhold til månen, viser, at for 1,4 milliarder år siden, en dag på Jorden varede godt 18 timer. Dette er i det mindste delvist, fordi månen var tættere på og ændrede den måde, Jorden snurrede rundt om sin akse.

"Når månen bevæger sig væk, Jorden er som en roterende kunstskøjteløber, der bremser farten, når de strækker armene ud, "forklarer Stephen Meyers, professor i geovidenskab ved University of Wisconsin-Madison og medforfatter af undersøgelsen, der blev offentliggjort i denne uge [4. 2018] i Procedurer fra National Academy of Sciences .

Det beskriver et værktøj, en statistisk metode, der forbinder astronomisk teori med geologisk observation (kaldet astrokronologi) for at se tilbage på Jordens geologiske fortid, rekonstruere solsystemets historie og forstå gamle klimaforandringer som fanget i stenrekorden.

"En af vores ambitioner var at bruge astrokronologi til at fortælle tid i den fjerneste fortid, at udvikle meget gamle geologiske tidsskalaer, "Meyers siger." Vi ønsker at kunne studere sten, der er milliarder af år gamle på en måde, der kan sammenlignes med, hvordan vi studerer moderne geologiske processer. "

Jordens bevægelse i rummet påvirkes af de andre astronomiske kroppe, der udøver kraft på det, ligesom andre planeter og månen. Dette hjælper med at bestemme variationer i Jordens rotation rundt og vingle om dens akse, og i kredsløbet sporer Jorden omkring solen.

Disse variationer kaldes samlet Milankovitch -cykler, og de bestemmer, hvor sollyset fordeles på Jorden, hvilket også betyder, at de bestemmer Jordens klimarytmer. Forskere som Meyers har observeret denne klimarytme i rockrekorden, strækker sig over hundredvis af millioner af år.

Men gå tilbage længere, på milliarder af år, har vist sig at være udfordrende, fordi typiske geologiske midler, som radioisotopdating, giver ikke den præcision, der er nødvendig for at identificere cyklusserne. Det er også kompliceret af mangel på viden om månens historie, og ved det, der er kendt som kaos i solsystemet, en teori fra den parisiske astronom Jacques Laskar i 1989.

Solsystemet har mange bevægelige dele, herunder de andre planeter, der kredser om solen. Lille, indledende variationer i disse bevægelige dele kan forplante sig til store ændringer millioner af år senere; dette er kaos i solsystemet, og at forsøge at redegøre for det kan være som at prøve at spore sommerfugleeffekten omvendt.

Sidste år, Meyers og kolleger knækkede koden om det kaotiske solsystem i en undersøgelse af sedimenter fra en 90 millioner år gammel klippeformation, der fangede Jordens klimakredsløb. Stadig, jo længere tilbage i rockpladen han og andre har forsøgt at gå, jo mindre pålidelige deres konklusioner.

For eksempel, månen bevæger sig i øjeblikket væk fra Jorden med en hastighed på 3,82 centimeter om året. Ved hjælp af denne dagspris, forskere, der ekstrapolerer tilbage gennem tiden, har beregnet, at "ud over cirka 1,5 milliarder år siden, månen ville have været tæt nok til, at dens tyngdekraftsinteraktioner med Jorden ville have revet månen fra hinanden, "Forklarer Meyers. Alligevel, vi ved, at månen er 4,5 milliarder år gammel.

Så, Meyers søgte en måde at bedre redegøre for, hvad vores planetariske naboer lavede for milliarder af år siden for at forstå den effekt, de havde på Jorden og dens Milankovitch -cykler. Dette var det problem, han bragte med sig til en tale, han holdt på Columbia Universitys Lamont-Doherty Earth Observatory, mens han var på sabbatsår i 2016.

I publikum den dag var Alberto Malinverno, Lamont Research Professor ved Columbia. ”Jeg sad der, da jeg sagde til mig selv:'Jeg tror, ​​jeg ved, hvordan jeg gør det! Lad os komme sammen! '"Siger Malinverno, den anden medforfatter af undersøgelsen. ”Det var spændende, fordi på en måde, du drømmer om dette hele tiden; Jeg var en løsning på udkig efter et problem. "

De to gik sammen om at kombinere en statistisk metode, som Meyers udviklede i 2015 for at håndtere usikkerhed over tid - kaldet TimeOpt - med astronomisk teori, geologiske data og en sofistikeret statistisk tilgang kaldet Bayesian inversion, der gør det muligt for forskerne at få bedre styr på usikkerheden ved et undersøgelsessystem.

De testede derefter tilgangen, som de kalder TimeOptMCMC, på to stratigrafiske klippelag:den 1,4 milliarder år gamle Xiamaling-formation fra det nordlige Kina og en 55 millioner år gammel rekord fra Walvis Ridge, i det sydlige Atlanterhav.

Med tilgangen, de kunne pålideligt vurdere fra lag af sten i de geologiske registreringer variationer i retningen af ​​Jordens rotationsakse og formen på dens kredsløb både i nyere tid og i dyb tid, samtidig med at der tages højde for usikkerhed. De var også i stand til at bestemme længden af ​​dagen og afstanden mellem jorden og månen.

"I fremtiden, vi ønsker at udvide arbejdet til forskellige intervaller af geologisk tid, ”siger Malinverno.

Undersøgelsen supplerer to andre nylige undersøgelser, der er afhængige af rockrekorden og Milankovitch -cykler for bedre at forstå Jordens historie og adfærd.

Et forskerhold ved Lamont-Doherty brugte en klippeformation i Arizona til at bekræfte den bemærkelsesværdige regelmæssighed af Jordens kredsløbssvingninger fra næsten cirkulær til mere elliptisk på en 405, 000 års cyklus. Og endnu et hold i New Zealand, i samarbejde med Meyers, kigget på, hvordan ændringer i Jordens bane og rotation på dens akse har påvirket udviklingscyklusser og udryddelse af marine organismer kaldet graptoloider, går 450 millioner år tilbage.

"Den geologiske rekord er et astronomisk observatorium for det tidlige solsystem, "siger Meyers." Vi ser på dens pulserende rytme, bevaret i klippen og livets historie. "