Μια διεθνής ερευνητική ομάδα από το Institute of Geology and Geophysics της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και το Curtin University της Αυστραλίας φέρνει στο φως μια ανατρεπτική ανακάλυψη για την ιστορία της Γης
Οι επιστήμονες αλλάζουν όσα ξέραμε για τον χρόνο της Γης
Μια διεθνής ερευνητική ομάδα από το Institute of Geology and Geophysics της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και το Curtin University της Αυστραλίας φέρνει στο φως μια ανατρεπτική ανακάλυψη για την ιστορία της Γης.
Υπό την καθοδήγηση του γεωφυσικού Ross Mitchell και με συν-συγγραφέα τον Uwe Kirscher, οι ερευνητές παρουσιάζουν στοιχεία που δείχνουν ότι η διάρκεια της ημέρας στη Γη έπαψε να αλλάζει για σχεδόν ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Η μελέτη δημοσιεύεται στο επιστημονικό περιοδικό Nature Geoscience και αναγκάζει την επιστημονική κοινότητα να επανεξετάσει βασικές παραδοχές για την περιστροφή του πλανήτη.
Η αργή επιβράδυνση που δεν ήταν πάντα αργή
Η περιστροφή της Γης δεν υπήρξε ποτέ σταθερή. Από τα πρώτα στάδια της ιστορίας της, οι παλιρροϊκές δυνάμεις της Σελήνης λειτουργούν σαν ένα αργό αλλά διαρκές φρένο. Καθώς η Γη περιστρέφεται ταχύτερα από ό,τι περιφέρεται η Σελήνη, το παλιρροϊκό «φούσκωμα» των ωκεανών μετατοπίζεται ελαφρώς μπροστά από τη Σελήνη.
Αυτή η ασυμμετρία ασκεί έλξη, μεταφέροντας στροφορμή από τη Γη προς τη Σελήνη. Το αποτέλεσμα είναι διπλό: η Σελήνη απομακρύνεται σταδιακά και η περιστροφή της Γης επιβραδύνεται, με τις ημέρες να γίνονται ολοένα και μεγαλύτερες.
Για δεκαετίες, τα περισσότερα μοντέλα περιέγραφαν αυτή τη διαδικασία ως ομαλή και συνεχόμενη. Όσο πιο πίσω στον χρόνο πηγαίνει κανείς, τόσο μικρότερη θα έπρεπε να είναι η διάρκεια της ημέρας. Όμως, σύμφωνα με τους Mitchell και Kirscher, τα γεωλογικά δεδομένα δεν υποστηρίζουν αυτή την απλή εικόνα.
Το παλιό αίνιγμα της Προκάμβριας περιόδου
Εδώ και χρόνια υπήρχαν ενδείξεις ότι κάτι ασυνήθιστο συνέβη στην Προκάμβρια περίοδο. Κάποιοι επιστήμονες είχαν προτείνει ότι η διάρκεια της ημέρας ίσως «κόλλησε» για μεγάλο χρονικό διάστημα. Η πιο πειστική εξήγηση αφορούσε την ατμόσφαιρα. Εκτός από τις ωκεάνιες παλίρροιες που προκαλεί η Σελήνη και επιβραδύνουν τη Γη, η ηλιακή ακτινοβολία θερμαίνει την ατμόσφαιρα και δημιουργεί ηλιακές ατμοσφαιρικές παλίρροιες. Αυτές, σε αντίθεση με τις σεληνιακές, τείνουν να επιταχύνουν την περιστροφή του πλανήτη.
«Τα περισσότερα μοντέλα προβλέπουν ότι όσο πάμε πίσω στον χρόνο, οι ημέρες γίνονται συνεχώς μικρότερες», εξηγεί ο Kirscher. «Όμως αυτό δεν είναι αυτό που δείχνουν τα δεδομένα». Αν, σε κάποια φάση, οι δυνάμεις των σεληνιακών και των ηλιακών παλιρροιών εξισορροπήθηκαν, τότε η περιστροφή της Γης θα μπορούσε να σταθεροποιηθεί.
Το πρόβλημα ήταν η έλλειψη αξιόπιστων δεδομένων. Οι πρώτες εκτιμήσεις βασίζονταν σε σπάνια γεωλογικά αρχεία, όπως οι στρωματόλιθοι ή οι παλιρροϊκές ρυθμίτες, τα οποία συχνά αμφισβητούνταν και άφηναν τεράστια κενά στο χρονολόγιο.
Πώς τα πετρώματα «μετρούν» τον χρόνο
Η εικόνα άρχισε να αλλάζει χάρη στην κυκλοστρωματογραφία, μια μέθοδο που αναλύει ρυθμικά μοτίβα σε ιζηματογενή πετρώματα. Τα μοτίβα αυτά αντανακλούν τους κύκλους Milankovitch, δηλαδή τις περιοδικές μεταβολές στην τροχιά και την περιστροφή της Γης που επηρεάζουν το κλίμα. Επειδή η διάρκεια αυτών των κύκλων εξαρτάται από την ταχύτητα περιστροφής της Γης, τα πετρώματα λειτουργούν σαν φυσικά χρονόμετρα.
Όπως εξηγεί ο Kirscher, δύο από αυτούς τους κύκλους, η μετάπτωση και η λόξωση, σχετίζονται με την ταλάντωση και την κλίση του άξονα περιστροφής της Γης. Όσο πιο γρήγορα περιστρεφόταν ο πλανήτης στο παρελθόν, τόσο μικρότερης διάρκειας ήταν αυτοί οι κύκλοι. Τα τελευταία επτά χρόνια, περισσότερο από το μισό των διαθέσιμων εκτιμήσεων για τη διάρκεια της ημέρας στην Προκάμβρια περίοδο προήλθαν από αυτή τη μέθοδο.
Οι Mitchell και Kirscher συγκέντρωσαν 12 νέους περιορισμούς, δημιουργώντας το πιο λεπτομερές αρχείο μέχρι σήμερα για την πρώιμη περιστροφή της Γης. «Καταλάβαμε ότι είχε έρθει η ώρα να δοκιμάσουμε μια ιδέα που θεωρούνταν περιθωριακή, αλλά απολύτως λογική», λέει ο Mitchell.
Ένα δισεκατομμύριο χρόνια στις 19 ώρες
Το διευρυμένο σύνολο δεδομένων αποκάλυψε ένα εντυπωσιακό μοτίβο. Από περίπου δύο δισεκατομμύρια έως ένα δισεκατομμύριο χρόνια πριν, η διάρκεια της ημέρας φαίνεται να έχει «παγώσει» στις περίπου 19 ώρες. Η στατιστική ανάλυση δείχνει ξεκάθαρα ένα σημείο καμπής, όπου η σταδιακή επιμήκυνση της ημέρας διακόπτεται για σχεδόν ένα δισεκατομμύριο χρόνια.
Η περίοδος αυτή συμπίπτει με αυτό που οι γεωλόγοι αποκαλούν συχνά «το βαρετό δισεκατομμύριο», μια εποχή σχετικά αργής βιολογικής εξέλιξης και περιβαλλοντικής σταθερότητας. Σύμφωνα με τους ερευνητές, τότε η Γη εισήλθε σε μια παλιρροϊκή συντονία, όπου η επιβράδυνση από τις σεληνιακές παλίρροιες εξισορροπήθηκε από την επιτάχυνση των ηλιακών ατμοσφαιρικών παλιρροιών.
Εντυπωσιακό είναι ότι ο συντονισμός αυτός φαίνεται να συνέβη στις 19 ώρες και όχι στις 21, όπως υπέθεταν παλαιότερα μοντέλα. Αυτό υποδηλώνει ότι η αρχαία ατμόσφαιρα της Γης είχε διαφορετικές ιδιότητες, επιτρέποντας στα ατμοσφαιρικά κύματα να κινούνται ταχύτερα.
Ο ρόλος της οξυγόνωσης της ατμόσφαιρας
Για να διατηρηθεί μια ημέρα 19 ωρών, η ατμόσφαιρα έπρεπε να υποστηρίζει ισχυρότερες και ταχύτερες ατμοσφαιρικές παλίρροιες. Το χρονικό αυτό διάστημα συμπίπτει με μεγάλες αλλαγές στη χημεία της ατμόσφαιρας, όπως το Μεγάλο Συμβάν Οξυγόνωσης. Η αύξηση του οξυγόνου οδήγησε στον σχηματισμό όζοντος, το οποίο απορροφά την ηλιακή ακτινοβολία σε μεγαλύτερα υψόμετρα και ενισχύει τις ατμοσφαιρικές παλίρροιες.
Αργότερα, όταν τα επίπεδα οξυγόνου μειώθηκαν ξανά, οι αλλαγές στη θερμοκρασία και στη δομή της ατμόσφαιρας ίσως κράτησαν τη Γη κοντά στον συντονισμό. Το πώς ακριβώς ο πλανήτης «ξέφυγε» τελικά από αυτή την ισορροπία παραμένει ασαφές, αλλά πιθανότατα συνδέεται με τις δραματικές κλιματικές μεταβολές της Νεοπρωτεροζωικής περιόδου.
Γιατί έχει σημασία μια «παγωμένη» ημέρα
Ένα δισεκατομμύριο χρόνια σταθερής διάρκειας ημέρας δεν είναι απλώς μια κοσμική περιέργεια. Αν η περιστροφή της Γης παρέμεινε σταθερή, τότε το σύστημα Γης–Σελήνης μπορεί να απέκτησε επιπλέον στροφορμή, κάτι που αμφισβητεί βασικές παραδοχές πολλών μοντέλων.
Στην επιφάνεια του πλανήτη, η σταθερή περιστροφή θα μπορούσε να έχει επηρεάσει και την τεκτονική δραστηριότητα. Η περιστροφική ενέργεια συνδέεται με τις τάσεις στον φλοιό της Γης. Μια παρατεταμένη σταθερότητα ίσως περιόρισε την τεκτονική ανακύκλωση, μειώνοντας τη διαθεσιμότητα θρεπτικών στοιχείων και επιβραδύνοντας τη βιολογική εξέλιξη.
Όπως σημειώνει ο Mitchell, οι μικρότερες ημέρες μπορεί να περιόρισαν και τη φωτοσύνθεση. Με μόλις 19 ώρες φωτός και σκότους, οι πρώτοι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί είχαν λιγότερο χρόνο για να παράγουν οξυγόνο. Μόνο όταν η Γη βγήκε από τον συντονισμό και οι ημέρες άρχισαν να μεγαλώνουν, η φωτοσύνθεση μπόρεσε να λειτουργήσει αρκετά ώστε να υποστηρίξει την άνοδο του οξυγόνου και, τελικά, την εμφάνιση σύνθετης ζωής.
Μια νέα ματιά στο παρελθόν του πλανήτη
Η νέα καταγραφή της Προκάμβριας περιόδου προσφέρει τις ισχυρότερες μέχρι σήμερα αποδείξεις ότι η περιστροφή της Γης «πάγωσε» για περίπου ένα δισεκατομμύριο χρόνια. Συνδέει τη μηχανική του διαστήματος με τη χημεία της ατμόσφαιρας, το κλίμα και τη βιολογία σε μια ενιαία αφήγηση.
Το γεγονός ότι τα γεωλογικά δεδομένα ταιριάζουν τόσο καλά με τη θεωρία του παλιρροϊκού συντονισμού ενισχύει τη μελέτη, ενώ η απρόσμενη διάρκεια των 19 ωρών ανοίγει νέα ερωτήματα για τη συμπεριφορά της αρχαίας ατμόσφαιρας. Περισσότερες μελέτες θα βοηθήσουν να αποσαφηνιστεί πότε και πώς η Γη μπήκε και βγήκε από αυτή την παράξενη ισορροπία.
Σε έναν κόσμο όπου ακόμα και οι 24 ώρες δεν φαίνονται αρκετές, η ζωή στην πρώιμη Γη έπρεπε να τα καταφέρει με πολύ λιγότερο χρόνο. Και όμως, μέσα σε αυτές τις σύντομες ημέρες, τέθηκαν τα θεμέλια για ό,τι ακολούθησε.
*Τα ερευνητικά ευρήματα είναι διαθέσιμα διαδικτυακά στο επιστημονικό περιοδικό Nature Geoscience