В бурной истории Земли было время, когда все почти остановилось. Тектоническая активность ослабла, геохимические процессы просочились, а эволюция жизни в ее простейших формах мало что дала. Теперь новое исследование предполагает, что этот период немногочисленности —называемый «скучным миллиардом» — совпал со временем, когда планета Земля была подвешена в устойчивом состоянии постоянного вращения, а орбита вращалась в космосе за один день (один оборот), занимающий всего 19 часы. Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.
Это «замедление» продолжительности земного дня в 19 часов длилось примерно 1 миллиард лет и было результатом хрупкого баланса противоборствующих сил в далеком прошлом нашей планеты, предполагает исследование двух геофизиков.
В то время Луна была ближе к Земле и зависла на постоянном расстоянии, не выскальзывая из ее гравитационных объятий, как это было раньше и выпадает после.
«Со временем Луна украла энергию вращения Земли, чтобы вывести ее на более высокую орбиту дальше от Земли», — объясняют в своей опубликованной статье Росс Митчелл из Китайской академии наук и Уве Киршер из Университета Кертина в Австралии.
В результате движения Луны наружу вращение Земли замедляется, и наши солнечные дни немного удлиняются — не то чтобы мы замечали крошечное дополнение к нашим 24-часовым ежедневным вращениям.
Многие прошлые исследования изучали, как дни на нашей планете медленно становятся длиннее, по некоторым недавним оценкам, с шагом более 0,000015 секунды в год.
Большинство моделей вращения Земли в подобных исследованиях предсказывают, что продолжительность дня на нашей родной планете неуклонно увеличивалась за последние 3–4 миллиарда лет. Например, исследование 2018 года показало, что один земной день 1,4 миллиарда лет назад длился 18 часов.
Хотя есть еще один лагерь исследователей, которые предполагают — еще с 1987 года — что, возможно, продолжительность земного дня оставалась неизменной в течение длительного периода, прежде чем возобновить свое медленное, неуклонное увеличение до 24 часов, которые мы сегодня называем сутками.
Но трудно найти какой-либо геологический след, указывающий на изменение вращения Земли. О продолжительности дня можно судить по росту строматолитов, наклоненных к Солнцу, и по приливным ритмитам, образцам грязевых отложений, отложенных приливами и сохранившихся в горных породах. За исключением того, что они редко сохраняются в далеком прошлом.
В этом новом исследовании Митчелл и Киршер воспользовались потоком новых геологических данных, появившихся в последние годы. Данные циклостратиграфии представляют собой записи ритмичных изменений климата Земли, вызванных астрономическими силами, включая колебание Земли и осевой наклон.
«Мы поняли, что наконец-то пришло время проверить своего рода маргинальную, но вполне разумную альтернативную идею о палеовращении Земли», — говорит Митчелл.
Их статистический анализ указывает на стабилизацию продолжительности земных суток между 2 и 1 миллиардом лет назад, в середине протерозойской эры, кульминацией которой стала «Земля-снежок» и которая предшествовала кембрийскому взрыву жизни.
Задаваясь вопросом, что могло привести раннюю Землю к периоду относительной стабильности, Митчелл и Киршер обратились к другим важным событиям в каменистой истории нашей планеты.
Если их время правильное, плато продолжительности дня последовало за значительными колебаниями атмосферных условий на ранней Земле: в частности, Великим событием окисления, при котором уровень кислорода поднялся и создал озоновый слой, прежде чем снова упасть.
Митчелл и Киршер говорят, что добавление озона могло поглотить больше солнечного света, чем водяного пара, вызывая менее известные солнечные приливы Земли, которые пульсируют в атмосфере, когда она нагревается в течение дня.
Солнечные атмосферные приливы не так сильны, как океанические приливы, управляемые гравитационным притяжением Луны. Но когда в прошлом планета Земля вращалась быстрее, притяжение Луны было бы слабее — в четыре раза меньше его нынешней силы.
И если атмосферные приливы ускорились с введением озона и солнечного света, как предполагают Митчелл и Киршер, этого могло быть достаточно, чтобы уравновесить противоборствующие силы и убаюкать Землю в очень длительный стабильный период 19-часовых дней.
«В точке резонанса океанический и атмосферный приливные моменты уравновесятся, стабилизируя скорость вращения Земли при постоянной продолжительности дня», — объясняют Митчелл и Киршер.
Конечно, требуется гораздо больше исследований для «дальнейшей проверки и более точного определения периода резонанса», отмечают Митчелл и Киршер.
Хотя дуэт приходит к выводу, что их работа согласуется с идеей о том, что повышение уровня кислорода и сложная жизнь на Земле были отложены «до тех пор, пока резонанс не был нарушен» внезапным изменением климата.
«Более длинные дни могли [тогда] обеспечить фотосинтезирующие бактерии достаточным солнечным светом, чтобы поднять уровень кислорода достаточно высоко, чтобы поддерживать большую жизнь многоклеточных животных», — пишут они.
Но если верить нашему растущему пониманию «скучного миллиарда», ожидайте, что эти оценки суточного вращения ранней Земли изменятся по мере появления новых доказательств.
Некоторые исследователи в последние годы утверждали, что скучный миллиард был гораздо более динамичным, чем можно предположить из его названия, а его плодородная почва обеспечила «рогатку» к сложной жизни, которой мы до сих пор восхищаемся.
