Вращение Земли в прошлом замедлялось неравномерно
Особенности гравитационного взаимодействия Земли и Луны могли послужить причиной некоторых массовых вымираний живых существ в истории планеты.
Если кто-то жалуется, что в сутках всего 24 часа и ему категорически не хватает времени на все дела, то каково тогда жилось эдиакарской биоте 600 миллионов лет назад, когда день длился почти на три часа меньше, а успевать надо было больше? Ведь эволюционные задачи, «стоявшие» перед древними организмами были может быть и поважнее сидения в офисе – кому-то предстояло обрасти экзоскелетом или раковиной, а кому-то даже «вырастить» целые глаза. За продолжительность дня, неважно какими делами вы занимаетесь, отвечает вращение Земли вокруг своей оси. Вот только скорость этого вращения, хоть и очень медленно, но замедляется. Почему?
«Тормозом» в данном случае выступает наш давний и естественный спутник – Луна, а непосредственном механизм замедления обусловлен так называемым «приливным ускорением». Моря и океаны на Земле «чувствуют» гравитационное притяжение Луны и немного к ней «притягиваются». Но Земля вращается вокруг своей оси быстрее, чем Луна вокруг Земли, из-за этого образуется приливная волна (если быть точнее, то две волны), которая не стоит, а бежит по планете. Однако максимум прилива, если так можно сказать, находится не на оси, соединяющей центры Земли и Луны, а чуть-чуть «впереди». Как если бы мы вращали стрелку компаса сильным магнитом, а она смотрела не точно на него, а чуть-чуть в сторону. Из-за этого возникает компонент гравитационной силы, которая с одной стороны подталкивает Луну на её орбите, а с другой – тормозит Землю, к тому же часть энергии волн приливов и отливов выделяется в виде тепла.
Поскольку никто не отменял законы сохранения энергии и моментов вращения, то в результате действия всех этих факторов вращение Земли замедляется – продолжительность земных суток увеличивается в среднем примерно на 2 миллисекунды за столетие, а Луна отдаляется от Земли – примерно на 3.8 см каждый год. В конечном счёте, это должно вылиться в то, что скорость вращения Земли замедлится до скорости вращения Луны, и она займёт какое-то фиксированное место на небосводе. Вот только дожить ни нам, ни даже нашей планете до этого момента, никак не получится: к тому времени, когда это могло бы произойти, Солнце уже давно высушит все океаны на Земле (и действие приливного ускорения замедлится), а потом и вовсе поглотит Землю с Луной, когда оно превратиться в красного гиганта. А что же было с вращением планеты в прошлом?
Зная текущую скорость «убегания» Луны и высчитав соответствующее ей замедление вращения Земли, можно экстраполировать эти значения в прошлое и посмотреть, сколько длился «рабочий» день, к примеру, у динозавров или даже у каких-нибудь самых древних трилобитов. Но, как оказалось, это не так просто сделать, точнее не сделать, а получить более-менее правдоподобные значения. Потому что на больших отрезках времени на скорость вращения Земли влияет и климат, и расположение материков и много что ещё. Как пишет в недавней статье в PNAS группа исследователей из технологического университета Чэнду, университета Сорбонны и ряда других научных центров, скорость замедления Земли была не постоянна. В период от 650 млн. лет назад до 240 млн. лет назад вращение Земли замедлялось ступенчато: было два периода «быстрого» замедления и один период, когда планета замедлялась медленнее всего.
Прийти к такому выводу исследователям помоги серии данных, полученных из анализа осадочных пород, косвенно связанных с параметрами вращения Земли. Первый период быстрого замедления, длившегося с 650 до 500 млн. лет назад, учёные связали с окончанием криогения – длительного похолодания климата, когда Земля была похожа на большой «снежок» и оледенение доходило до экватора. «Оттаивание» и повышение уровня мирового океана повлекло за собой формирование новых береговых линий, которые стали поглощать энергию приливных волн.
Интересно, что на период «медленного замедления» с 500 по 350 млн. лет назад пришлось несколько крупных оледенений: ордовикское оледенение (445 млн. лет назад) и серия оледенений в период гондванской гляциоэры, связанные с формированием суперконтинента Гондваны и его «отплытием» к Южному полюсу. Но несмотря на казалось бы глобальные перераспределения массы воды и суши на поверхности планеты, эти процессы не оказали заметного влияния на изменения скорости вращения Земли.
Исследователи полагают, что на скорость «торможения» Земли больше всего влияет именно рассеивание энергии приливных волн на береговых линиях. Чем больше, грубо говоря, приливы и отливы «трутся» о сушу, тем медленнее вращается Земля и тем длиннее становятся сутки. В масштабах планеты и на отрезках в миллионы и десятки миллионов лет эти процессы могут служить причинами массовых вымираний, когда за счёт изменения продолжительности дня меняется продуктивность морских экосистем и происходят масштабные перемены в биоразнообразии.
