I över en miljard år låste en känslig balans mellan solen och månen jordens rotation i en stadig rytm, och höll längden på en dag på ungefär 19,5 timmar. Enligt en ny studie av forskare vid University of Toronto och University of Bordeaux, utan denna sekellånga paus skulle dagen ha sträckt sig till mer än 60 timmar vid det här laget.
Verket, publicerat i Science Advances , kombinerar sofistikerade matematiska modeller med geologiska bevis – som sedimentära lager som registrerar uråldriga tidvattencykler – för att spåra hur jordens spinn har utvecklats under de senaste 4,5 miljarder åren.
När månen först bildades för cirka 4,5 miljarder år sedan, kretsade den nära jorden, och vår planet snurrade snabbt, vilket gjorde att en dag varade mindre än 10 timmar. Idag går månen långsamt tillbaka och jordens rotation saktar ner, vilket ökar längden på en dag med cirka 1,7 millisekunder varje århundrade.
Månens gravitationskraft skapar oceaniska utbuktningar - tidvatten - på motsatta sidor av planeten. Dessa utbuktningar släpar mot havsbotten och producerar friktion som extraherar rörelsemängd från jordens rotation och gradvis förlänger dagen.
Däremot genererar solvärme atmosfäriska tidvatten som kan påskynda jordens spinn. Atmosfären buktar ut som svar på solens termiska kraft, och det resulterande vridmomentet kan påskynda rotationen något. Historiskt sett har månens effekt varit ungefär tio gånger starkare, och dominerat avmattningsprocessen.
Under perioden för mellan 2 miljarder och 600 miljoner år sedan var solens och månens motsatta vridmoment i nästan exakt resonans. Jordens atmosfär, som värmdes upp av en högre global temperatur, stödde stående vågor som avslutade en hel cykel var 10:e timme - exakt två gånger per jordrotation. Detta resonanstillstånd förstärkte de atmosfäriska utbuktningarna, vilket gjorde att solen kunde lägga fart på jordens rotation och motverka månens bromseffekt. Resultatet blev en platå i dagens längd vid ~19,5 timmar som varade i en miljard år.
När atmosfären svalnade och resonansfrekvensen sjönk förlorades den känsliga balansen. Sedan dess har dagen blivit längre, och idag tar solens atmosfäriska tidvatten 22,8 timmar att slutföra en hel cykel, vilket släpar efter 24-timmarsdygnet.
Viktigt är att studien bekräftar noggrannheten hos de globala atmosfäriska cirkulationsmodellerna som används av klimatforskare. Genom att reproducera tidigare temperaturer och tidvattenbeteenden visar forskarna att dessa modeller på ett tillförlitligt sätt kan förutsäga hur framtida klimatförändringar kommer att påverka atmosfäriska tidvatten – och, i förlängningen, längden på en dag.
Eftersom stigande globala temperaturer kan flytta den atmosfäriska resonansen längre bort från dess historiska balans, kan solens förmåga att accelerera jordens rotation minska, vilket potentiellt accelererar den dagsförlängande trenden. Denna subtila men djupgående effekt understryker ett annat sätt på vilket mänsklig aktivitet omformar vår planet.
