Геологи уточнили длительность суток полтора миллиарда лет назад

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