Продолжительность суток на Земле увеличивается скачками

«Королевский прилив» — редкое явление на побережье Калифорнии. Он тоже вызван приливной диссипацией. https://www.iheart.com

Международная команда ученых-геологов показала, что скорость вращения Земли замедляется скачками. Ученые выделили два главных момента замедления скорости вращения за период от 650 до 280 миллионов лет назад. Оба момента приходятся на важнейшие периоды развития жизни на Земле.

Скорость вращения Земли постепенно замедляется, и соответственно удлиняются сутки. В основном за такое замедление ответственно хорошо изученное явление приливной диссипации. Скорость вращения Земли почти в 30 раз выше скорости вращения Луны. Когда Земля вращается, Луна постоянно ее чуть-чуть притормаживает за счет приливной диссипации, которая постоянно направлена против вращения Земли. Это же явление ответственно и за удаление Луны от Земли.

Рисунок, показывающий приливное искажение планеты с массой Mp и радиусом Rp (Земля), из-за луны с массой Mm на расстоянии am. Частота вращения планеты равна Ωp, а орбитальная частота Луны равна Ωm. Приливной коэффициент качества планеты, δ, можно представить как угол запаздывания между приливной выпуклостью и положением Луны. В реальности эффективное значение коэффициента может включать в себя более сложные приливные искажения внутри планеты из-за динамических приливов.

Положение и скорости вращения Земли и Луны меняются, но, если за это отвечает только приливная диссипация, это должно происходить равномерно и никаких «скачков» в этом процессе быть не может.

Каково же было удивление ученых, когда они обнаружили, что замедление вращения Земли и удаление Луны происходят скачками, хотя эти скачки и занимают сотни миллионов лет.

Как менялись земные сутки за последние 650 миллионов лет

Отлив. Норфолк, Уэльс./https://www.americanoceans.org

Исследователи проанализировали восемь геологических наборов данных, собранных за многие десятилетия. Эти архивы осадочных пород содержат не только геологическую историю Земли, но могут рассказать и о том, как менялась скорость вращения Земли. Наборы данных охватывают период от 280 до 650 миллионов лет назад. Работа опубликована в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Исследовательская группа показала, что за исследуемый период Луна удалилась от Земли примерно на 20 000 километров, а земные сутки стали примерно на 2,2 часа длиннее.

Реконструкция угловой скорости вращения Земли и ее изменение с 650 до 250 миллионов лет назад.

Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2317051121

Временная шкала показывает, что замедление вращения не было плавным. Земля пережила два резких замедления, за которыми следовали стабильные периоды, во время которых Земля почти не замедлялась и сутки почти не сокращались.

Исследователи обнаружили, что один из стабильных периодов приходится на время Кембрийского взрыва, когда резко возросло биоразнообразие. Другой стабильный период совпал с одним из крупнейшим массовых вымираний. Ученые предполагают, что это не просто совпадения, но объяснений, как могли изменения скорости вращения Земли повлиять на развитие жизни, пока нет.

Как нет и готовых объяснений такого неравномерного замедления вращения Земли. Система Земля-Луна в эти периоды не претерпевала резких изменений. Вероятно, что-то серьезное происходило на Земле. Возможно, на интенсивность приливной диссипации повлияла конфигурация континентов. Возможно, причиной замедления стали изменения скорости вращения земного ядра, которая тоже влияет скорость вращения всей планеты. Возможно, так подействовало образование и таяние полярных шапок, которые привели к перераспределению массы. Но могли повлиять и внешние причины — конфигурация планет в Солнечной системе.