Hace miles de millones de años, un día en la Tierra no duraba 24 horas. Investigaciones recientes sugieren que, durante aproximadamente mil millones de años, cada día se mantuvo fijo en alrededor de 19 horas debido a un equilibrio entre los océanos, la atmósfera y la atracción gravitatoria de la Luna.
Normalmente, la rotación de la Tierra se ralentiza gradualmente a medida que las mareas, provocadas por la Luna, absorben energía rotacional, lo que provoca que la duración del día aumente con el tiempo.
Un resumen de la NASA estima que este proceso alarga cada día aproximadamente dos milésimas de segundo por siglo.
Rotación terrestre y duración del día
La rotación de la Tierra está constantemente influenciada por diferentes fuerzas, siendo las más importantes las mareas oceánicas que crean la fricción de las mareas, un lento arrastre del agua en movimiento que roba energía rotacional al planeta.
A lo largo de escalas de tiempo muy largas, este arrastre debería hacer que el día se alargue constantemente, como un volante de inercia que se ralentiza.
El trabajo fue liderado por Ross Mitchell, un geofísico del Instituto de Geología y Geofísica de la Academia China de Ciencias (CAS). Su investigación se centra en cómo la rotación y los ciclos orbitales de la Tierra, registrados en las rocas, moldean la historia climática a largo plazo del planeta.
Para probar si la duración del día realmente cambió sin problemas, Mitchell y un colega recopilaron una compilación global de docenas de estimaciones antiguas de la duración del día a partir de rocas sedimentarias que abarcan los últimos 2.500 millones de años.
Muchas de estas rocas conservan patrones relacionados con un método llamado cicloestratigrafía, que es una forma de leer capas de roca repetitivas que reflejan cambios regulares en la órbita y la rotación de la Tierra.
Esos patrones revelaron que la historia de la rotación de la Tierra dista mucho de ser simple. En lugar de una desaceleración constante, los datos muestran largas mesetas donde la duración de un día terrestre apenas cambió.
Esto se separó por períodos en los que los días de la Tierra se alargaron más rápidamente, lo que sugiere episodios de resonancia de las mareas, un equilibrio especial donde diferentes fuerzas de las mareas se cancelan para que la velocidad de rotación se estanque.
Atrapado en 19 horas
Una meseta destaca en el nuevo registro. Entre hace aproximadamente 2 y 1 mil millones de años, muchos registros de roca independientes se agrupan alrededor de una duración del día de aproximadamente 19 horas, mientras que las rocas más antiguas y más jóvenes apuntan a valores marcadamente diferentes.
“La duración del día de la Tierra parece haber detenido su aumento a largo plazo y se ha estabilizado en alrededor de 19 horas aproximadamente entre hace 2 y 1 mil millones de años”, dijo Mitchell.
La explicación radica en la atracción de la Luna frente al empuje del Sol. Además de las mareas oceánicas, la luz solar calienta la atmósfera superior cada día y genera mareas atmosféricas, ondas de presión globales en el aire que pueden acelerar suavemente la rotación de un planeta en lugar de frenarla.
Cuando la Tierra giraba lo suficientemente rápido como para que la sincronización de estas mareas atmosféricas se alineara perfectamente con el día de 19 horas, su empuje podría igualar el efecto de frenado de la Luna. En ese punto de resonancia, los pares opuestos casi se cancelaron, por lo que el lento alargamiento habitual del día se detuvo durante un período de tiempo extraordinariamente largo.
Microbios diminutos y oxígeno en aumento
Durante la misma época, la mayor parte del oxígeno del planeta fue producido por microbios fotosintéticos que vivían en capas de esteras cianobacterianas, cubriendo los fondos marinos poco profundos como comunidades viscosas que liberaban oxígeno durante el día y lo consumían por la noche.
El equilibrio entre la cantidad de oxígeno que escapaba y la cantidad que se utilizaba dependía de la duración de la luz del día.
En trabajos de laboratorio y de modelado, Judith Klatt y sus colaboradores probaron cómo diferentes duraciones simuladas del día afectaron la liberación de oxígeno de las esteras microbianas modernas que sirven como sustitutos de los ecosistemas del fondo marino antiguos.
Descubrieron que cuando el día de la Tierra era más corto de 16 horas, las esteras en realidad eliminaban más oxígeno del que agregaban, pero los días más largos permitían que cantidades crecientes de oxígeno se filtraran al agua circundante.
Si los días se mantuvieran bloqueados en alrededor de 19 horas durante mil millones de años, eso limitaría la cantidad adicional de oxígeno que estas esteras podrían contribuir, lo que ayudaría a explicar por qué los niveles globales de oxígeno parecen haberse mantenido en valores modestos durante gran parte de este intervalo.
Una vez que la Tierra escapó de la resonancia y el día comenzó a alargarse nuevamente hacia las 24 horas, la luz diurna adicional le dio a las comunidades fotosintéticas más tiempo cada día para bombear oxígeno a los océanos y la atmósfera, preparando el escenario para posteriores explosiones de vida compleja.
Días terrestres y bamboleos del núcleo
La antigua meseta de 19 horas se desarrolla a lo largo de miles de millones de años, pero la rotación de la Tierra aún cambia de formas más pequeñas en escalas de tiempo humanas.
Los relojes atómicos revelan que la duración de un día moderno puede desviarse unos pocos milésimos de segundo de un año a otro a medida que los vientos, las corrientes oceánicas y el interior profundo intercambian momento angular.
Un estudio anterior analizó mediciones precisas de la rotación de la Tierra entre 1962 y 2012, luego restó los efectos de la atmósfera y los océanos para ver qué quedaba.
La señal limpia mostró que las variaciones restantes en la duración del día de más de un año podrían describirse en gran medida mediante solo dos características.
El modelo muestra variaciones familiares durante períodos de una década y también resuelve cambios que ocurren en períodos de uno a diez años.
Este estudio en particular también encontró una oscilación regular de 5.9 años y saltos repentinos que ocurren al mismo tiempo que cambios bruscos en el campo magnético de la Tierra. Los geofísicos llaman a estos eventos “sacudidas geomagnéticas”, que son cambios breves en el campo producidos por flujos en el núcleo externo líquido.
Rotación terrestre y duración del día
Estas conexiones sugieren que los lentos aumentos y balanceos del metal fundido en las profundidades del planeta aceleran o ralentizan ligeramente la rotación de la Tierra, estirando o encogiendo sutilmente el día por fracciones de milisegundo.
El estudio se describe como haber cambiado fundamentalmente la comprensión de la dinámica de corto período en el núcleo fluido de la Tierra. También sugiere que el manto inferior sólido conduce la electricidad de manera deficiente, lo que limita la interacción entre el núcleo en movimiento y el manto y proporciona una nueva perspectiva sobre el interior profundo.
El mismo planeta que una vez pasó mil millones de años con días de 19 horas aún lleva esa historia en sus rocas y microbios, y el latido de su día actual está escrito en bamboleos de milisegundos impulsados por el núcleo.
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