Геологи уточнили длительность суток полтора миллиарда лет назад

WillowW / Wikimedia commons

Американские геологи обнаружили, что в протерозое — около 1,4 миллиарда лет назад, — расстояние от Земли до Луны было примерно на 10 процентов меньше, чем сейчас, а длительность суток составляла всего 18,7 часов. К такому выводу ученые пришли по результатам статистического анализа колебаний концентраций меди и алюминия в протерозойских породах. Эти периодические изменения связаны с периодическими изменениями климата на Земле и, соответственно, характеризуют положение планеты относительно других тел в Солнечной системе, пишут геологи в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Одной из основных причин глобальных колебаний климата на Земле, в частности, смены ледниковых и межледниковых эпох, считают циклы Миланковича. Эти циклы определяют изменения взаимного расположения Луны, Земли, Солнца и других тел Солнечной системы на протяжении больших промежутков времени — порядка десятков и сотен тысяч лет, — что становится причиной колебания количества солнечного света, попадающего на Землю. Анализ этих климатических циклов — один из мощных геохронологических инструментов, однако надежность этого подхода заметно снижается с увеличением возраста исследуемых пород и, например, для геологических пород возрастом старше 50 миллионов лет его точность довольно невелика. Связано это в первую очередь с недостаточным количеством точной информации о взаимном влиянии тел в Солнечной системе несколько сот миллионов лет назад.

Американские геологи Стивен Мейерс (Stephen R. Meyers) из Висконсинского университета в Мадисоне и Альберто Малинверно (Alberto Malinverno) из Колумбийского университета разработали метод, который с помощью статистического анализа известных геологических данных позволил оценить параметры орбиты Земли в протерозое. Для этого ученые исследовали циклы Миланковича по геологическому составу горных пород, взятых в формации Сяолин возрастом около 1,4 миллиарда лет. Максимальное внимание геологи уделили содержанию меди и алюминия в образцах черного и кремнистого сланцев, на которых периодические изменения климата на Земле выражены наиболее четко.

Для анализа геологических данных о колебаниях соотношения количества меди и алюминия ученые использовали метод байесовской инверсии, с помощью которого им удалось оценить скорость седиментации при формировании пород. А из динамики скорости седиментации геологи рассчитали коэффициент прецессии Земли и вклад гравитационного влияния ближайших четырех планет Солнечной системы на ее орбиту (как по отдельности, так и парное). Из этих данных ученым удалось рассчитать основные параметры орбиты Земли, периодичность ее колебаний, а также длительность суток и расстояние от Земли до Луны с очень высокой точностью.

Оказалось, что длительность суток 1,4 миллиарда лет назад составляла 18,7 часов, а расстояние от Земли до Луны — 341 тысячу километров (сейчас — больше 384 тысяч километров). При этом погрешность этих значений и других полученных данных составила около одного процента, а в некоторых случаях — даже меньше. Длительность одного глобального климатического цикла (со сменой ледниковых и межледниковых эпох) в протерозое составляла примерно 14 тысяч лет, что почти в два раза меньше, чем сейчас. По словам ученых, эти данные косвенно подтверждают предположение о произошедшем в протерозое уменьшении диссипации приливно-отливных процессов.

Для сравнения ученые подобным образом исследовали данные анализа пород, взятых в Китовом хребте, относящихся к эоцену — его возраст составляет около 55 миллионов лет. В эоцене, как и ожидалось, параметры орбиты Земли были уже очень близки к современным: длительность суток лишь на несколько минут была меньше, чем сейчас, а расстояние от Луны до Земли отличалось от современного всего примерно на 1300 километров.

Авторы работы отмечают, что предложенный ими метод позволяет количественно (и с достаточно небольшими погрешностями) оценить параметры движения Земли в Солнечной системе — как временные, так и пространственные, в результате довольно значительно удалось уточнить данные о динамике Солнечной системы на относительно ранних этапах ее развития.

Один из факторов, влияющий на форму эллиптической орбиты Земли, который учитывали авторы данной работы — это совместное гравитационное влияние Юпитера и Венеры. Их воздействие приводит к сплющиванию и растягиванию орбиты с длительностью одного цикла более 400 тысяч лет. Недавно ученые, тоже по геологическим данным, обнаружили, что цикличность этого процесса остается постоянной, как минимум, последние 215 миллионов лет.

Александр Дубов

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.