Para cualquiera que alguna vez haya deseado que haya más horas en el día, los geocientíficos tienen algunas buenas noticias: los días en la Tierra son cada vez más largos.
Un nuevo estudio que reconstruye la historia profunda de la relación de nuestro planeta con la luna muestra que hace 1.400 millones de años, un día en la Tierra duró poco más de 18 horas. Esto es al menos en parte porque la luna estaba más cerca y cambió la forma en que la Tierra giraba alrededor de su eje.
"A medida que la luna se aleja, la Tierra es como una patinadora giratoria que reduce la velocidad al estirar los brazos", explica Stephen Meyers , profesor de geociencia en la Universidad de Wisconsin-Madison y coautor del estudio publicado el 4 de junio. en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias .
Describe una herramienta, un método estadístico, que vincula la teoría astronómica con la observación geológica (llamada astrocronología) para mirar hacia atrás en el pasado geológico de la Tierra, reconstruir la historia del sistema solar y comprender el antiguo cambio climático según lo registrado en el registro de rocas.
Durante su vuelo a Júpiter en 1992, la nave espacial Galileo de la NASA devolvió imágenes de la Tierra y la Luna. Se combinaron imágenes separadas para generar esta vista. NASA / JPL / USGS
"Una de nuestras ambiciones era utilizar astrocronología para decir la hora en el pasado más lejano, para desarrollar escalas de tiempo geológicas muy antiguas", dice Meyers. "Queremos estudiar rocas que tienen miles de millones de años de una manera comparable a la forma en que estudiamos los procesos geológicos modernos".
El movimiento de la Tierra en el espacio está influenciado por otros cuerpos astronómicos que ejercen fuerza sobre él, como otros planetas y la luna. Esto ayuda a determinar las variaciones en la rotación de la Tierra alrededor y tambalearse en su eje, y en la órbita que la Tierra traza alrededor del sol.
Estas variaciones se conocen colectivamente como ciclos de Milankovitch y determinan dónde se distribuye la luz solar en la Tierra, lo que también significa que determinan los ritmos climáticos de la Tierra. Científicos como Meyers han observado este ritmo climático en el registro de rock, que abarca cientos de millones de años.
Pero retroceder aún más, en la escala de miles de millones de años, ha resultado un desafío porque los medios geológicos típicos, como la datación por radioisótopos, no proporcionan la precisión necesaria para identificar los ciclos. También es complicado por la falta de conocimiento de la historia de la luna, y por lo que se conoce como el caos del sistema solar, una teoría planteada por el astrónomo parisino Jacques Laskar en 1989.
El sistema solar tiene muchas partes móviles, incluidos los otros planetas que orbitan alrededor del sol. Pequeñas variaciones iniciales en estas partes móviles pueden propagarse a grandes cambios millones de años después; este es el caos del sistema solar, y tratar de explicarlo puede ser como intentar rastrear el efecto mariposa al revés.
El año pasado, Meyers y sus colegas descifraron el código del sistema solar caótico en un estudio de los sedimentos de una formación rocosa de 90 millones de años que capturó los ciclos climáticos de la Tierra. Sin embargo, cuanto más atrás en el registro de rock él y otros intentaron ir, menos fiables son sus conclusiones.
Por ejemplo, la luna se está alejando de la Tierra a una velocidad de 3.82 centímetros por año. Utilizando esta tasa actual, los científicos extrapolando a través del tiempo calcularon que "más allá de aproximadamente 1.5 billones de años atrás, la luna habría estado lo suficientemente cerca como para que sus interacciones gravitacionales con la Tierra hubieran desgarrado la luna", explica Meyers. Sin embargo, sabemos que la luna tiene 4.500 millones de años.
Profesor de Geociencias Stephen Meyers © GIGI COHEN
Entonces, Meyers buscó una manera de explicar mejor lo que nuestros vecinos planetarios estaban haciendo hace miles de millones de años para comprender el efecto que tenían en la Tierra y sus ciclos de Milankovitch. Este fue el problema que trajo consigo a una charla que dio en el Observatorio Terrestre Lamont-Doherty de la Universidad de Columbia durante un año sabático en 2016.
En la audiencia de ese día estaba Alberto Malinverno, Catedrático de Investigación de Lamont en Columbia. "Estaba sentado allí cuando me dije: '¡Creo que sé cómo hacerlo! ¡Reunámonos! '", Dice Malinverno, el otro coautor del estudio. "Fue emocionante porque, de alguna manera, sueñas con esto todo el tiempo; Era una solución que buscaba un problema ".
Los dos se unieron para combinar un método estadístico que Meyers desarrolló en 2015 para lidiar con la incertidumbre en el tiempo - llamada TimeOpt - con teoría astronómica, datos geológicos y un enfoque estadístico sofisticado llamado inversión Bayesiana que permite a los investigadores manejar mejor la incertidumbre de un sistema de estudio.
Luego probaron el enfoque, al que denominan TimeOptMCMC, en dos capas estratigráficas de roca: la Formación Xiamaling de 1.400 millones de años del norte de China y un registro de 55 millones de años de Walvis Ridge, en el Océano Atlántico sur.
Con el enfoque, podrían evaluar de manera confiable desde capas de rocas en las variaciones de registros geológicos en la dirección del eje de rotación de la Tierra y la forma de su órbita tanto en tiempo más reciente como en el tiempo profundo, mientras que también abordan la incertidumbre. También pudieron determinar la duración del día y la distancia entre la Tierra y la Luna.
El estudio complementa otros dos estudios recientes que se basan en el registro de rock y los ciclos de Milankovitch para comprender mejor la historia y el comportamiento de la Tierra.
Un equipo de investigación de Lamont-Doherty usó una formación rocosa en Arizona para confirmar la notable regularidad de las fluctuaciones orbitales de la Tierra desde casi circulares a más elípticas en un ciclo de 405,000 años. Y otro equipo en Nueva Zelanda, en colaboración con Meyers, analizó cómo los cambios en la órbita terrestre y la rotación en su eje han afectado los ciclos de evolución y extinción de organismos marinos llamados graptoloides, que se remontan a 450 millones de años.
"El registro geológico es un observatorio astronómico para el sistema solar primitivo", dice Meyers. "Estamos mirando su ritmo pulsante, preservado en la roca y la historia de la vida".
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