Es ist schwierig, alles, was wir wollen, an einem Tag zu erreichen. Aber es wäre noch schwieriger gewesen, wenn wir früher in der Erdgeschichte gelebt hätten.
Obwohl wir den 24-Stunden-Tag als selbstverständlich betrachten, waren die Tage in der Urgeschichte der Erde noch kürzer.
Die Tageslänge war kürzer, weil der Mond näher war. „Im Laufe der Zeit hat der Mond der Erde die Rotationsenergie gestohlen, um sie in eine höhere Umlaufbahn weiter von der Erde zu befördern“, sagte Ross Mitchell, Geophysiker am Institut für Geologie und Geophysik der Chinesischen Akademie der Wissenschaften und Hauptautor einer neuen Studie, die in veröffentlicht wurde Naturgeowissenschaften.
„Die meisten Modelle der Erdrotation sagen voraus, dass die Tageslänge im Laufe der Zeit immer kürzer wurde“, sagte Uwe Kirscher, Co-Autor der Studie und jetzt wissenschaftlicher Mitarbeiter an der Curtin University in Australien.
Aber eine langsame und stetige Veränderung der Tageslänge in der Zeit zurück ist nicht das, was Mitchell und Kirscher herausgefunden haben.
Wie messen Forscher die Länge früherer Tage? In den vergangenen Jahrzehnten nutzten Geologen Aufzeichnungen aus speziellen Sedimentgesteinen, die in Wattenmeeren eine sehr feine Schichtung aufrechterhielten. Zählen Sie die Anzahl der Sedimentschichten pro Monat, die durch Gezeitenschwankungen verursacht werden, und Sie wissen, wie viele Stunden ein früherer Tag hatte.
Solche Gezeitenaufzeichnungen sind jedoch selten, und die erhaltenen Aufzeichnungen sind oft umstritten. Glücklicherweise gibt es eine andere Möglichkeit, die Tageslänge abzuschätzen.
Die Zyklostratigraphie ist eine geologische Methode, die rhythmische Sedimentschichten nutzt, um astronomische „Milankovitch“-Zyklen zu erkennen, die widerspiegeln, wie sich Änderungen in der Erdumlaufbahn und -rotation auf das Klima auswirken.
„Zwei Milankovitch-Zyklen, Präzession und Obliquität, hängen mit dem Wackeln und Kippen der Rotationsachse der Erde im Weltraum zusammen. Die schnellere Rotation der frühen Erde kann daher in der Vergangenheit in kürzeren Präzessions- und Obliquitätszyklen nachgewiesen werden“, erklärte Kirscher.
Mitchell und Kirscher machten sich die jüngste Verbreitung von Milankovitch-Aufzeichnungen zunutze, wobei mehr als die Hälfte der Daten für die Antike in den letzten sieben Jahren generiert wurden.
„Uns wurde klar, dass es endlich an der Zeit war, eine Art marginale, aber völlig vernünftige Alternatividee zur Paläorotation der Erde zu testen“, sagte Mitchell.
Eine unbewiesene Theorie besagt, dass die Tageslänge in der fernen Vergangenheit der Erde auf einem konstanten Wert geblieben sein könnte. Zusätzlich zu den Gezeiten im Ozean, die mit der Anziehungskraft des Mondes zusammenhängen, gibt es auf der Erde auch Sonnengezeiten, die mit der Erwärmung der Atmosphäre während des Tages zusammenhängen.
Die atmosphärischen Gezeiten der Sonne sind nicht so stark wie die ozeanischen Gezeiten des Mondes, aber das wäre nicht immer der Fall gewesen. Als die Erde früher schneller rotierte, wäre die Anziehungskraft des Mondes viel schwächer gewesen. Im Gegensatz zur Anziehungskraft des Mondes drückt die Sonnenflut stattdessen die Erde. Während also der Mond die Erdrotation verlangsamt, beschleunigt die Sonne sie.
„Wenn diese beiden gegensätzlichen Kräfte in der Vergangenheit einander gleich geworden wären, hätte eine solche Gezeitenresonanz daher dazu geführt, dass sich die Tageslänge der Erde nicht mehr veränderte und für einige Zeit konstant bliebe“, sagte Kirscher.
Und genau das hat die neue Datenerhebung gezeigt.
Die Tageslänge der Erde scheint vor etwa zwei bis einer Milliarde Jahren ihren langfristigen Anstieg gestoppt zu haben und auf etwa 19 Stunden eingependelt zu sein – „die Milliarde Jahre“, bemerkte Mitchell, „die gemeinhin als ‚langweilige‘ Milliarde bezeichnet werden.“
Der Zeitpunkt des Abwürgens liegt interessanterweise zwischen den beiden größten Sauerstoffanstiegen. Timothy Lyons von der University California, Riverside, der nicht an der Studie beteiligt war, sagte: „Es ist faszinierend zu glauben, dass die Entwicklung der Erdrotation die sich entwickelnde Zusammensetzung der Atmosphäre beeinflusst haben könnte.“
Die neue Studie unterstützt somit die Idee, dass der Aufstieg der Erde auf den modernen Sauerstoffgehalt längere Tage warten musste, bis photosynthetische Bakterien jeden Tag mehr Sauerstoff erzeugen konnten.
Mehr Informationen:
Mitchell, RN et al., Tageslänge im mittleren Proterozoikum durch Gezeitenresonanz blockiert, Naturgeowissenschaften (2023). DOI: 10.1038/s41561-023-01202-6. www.nature.com/articles/s41561-023-01202-6