Die Länge eines Tages auf der Erde hat sich im Laufe der Erdgeschichte verändert. Zwei Studien aus dem Jahr 2023 legen nahe, dass die Erdrotation während eines Teils des Proterozoikums für etwa eine Milliarde Jahre nahezu konstant bei 19 bis 19,5 Stunden pro Tag lag. Dieser Effekt könnte durch das Zusammenspiel von Gezeitenkräften des Mondes und der Sonne erklärt werden.
Das Gleichgewicht der Gezeitenkräfte
Die Gezeitenkräfte des Mondes bremsen die Erdrotation. Da sich die Erde schneller dreht als der Mond um die Erde kreist, entstehen Gezeitenberge im Ozean, die leicht vor dem Mond liegen. Die Gravitation des Mondes zieht an diesen Bergen und bremst so die Erdrotation. Gleichzeitig wird der Mond dadurch in eine weiter entfernte Umlaufbahn gedrängt. Die NASA gibt die aktuelle Entfernungsrate des Mondes mit etwa 3,78 Zentimetern pro Jahr an.
Die Sonne hingegen erzeugt eine thermische Gezeitenwelle in der Atmosphäre. Durch die ungleichmäßige Erwärmung der Atmosphäre entstehen Druckwellen, die bei bestimmten Resonanzbedingungen die Erdrotation beschleunigen können. Wenn die halbe Tageslänge der Erde einem natürlichen Schwingungsmodus der Atmosphäre entspricht, könnte diese Resonanz die Rotation beschleunigen. Die Gravitation der Sonne wirkt auf diese atmosphärische Gezeitenwelle und erzeugt ein Drehmoment, das der Bremsung durch den Mond entgegenwirkt.
Geologische Hinweise auf die Tageslänge
Die Länge eines Tages im Proterozoikum wird nicht direkt gemessen, sondern aus geologischen Rhythmen abgeleitet. Tidalrhythmite, Schichten, die durch Gezeitenströme abgelagert wurden, sowie Wachstumsbänder in Stromatolithen können tägliche und jahreszeitliche Zyklen aufzeichnen. Cyclostratigraphie identifiziert sedimentäre Muster, die mit Veränderungen der Erdumlaufbahn und Präzession verbunden sind.
Eine Studie aus dem Jahr 2024 analysierte mesoproterozoische Sedimente und zeigte die Möglichkeiten und Schwierigkeiten dieser Methode. Orbitalzyklen, die in Schichten festgehalten sind, können die Dynamik des Erde-Mond-Systems einschränken, aber ihre Interpretation hängt von der Datierung, den Sedimentationsraten und der korrekten Identifizierung der periodischen Signale ab. Einige scheinbare tägliche Schichten können fehlen, zusammengeführt oder falsch identifiziert sein. Die Datenlage ist spärlich, und einige Punkte haben ein überproportionales Gewicht.
Eine weitere Studie aus dem Jahr 2024 bezweifelt die Hypothese des Gleichgewichts der Gezeitenkräfte. Sie argumentiert, dass wichtige Schätzungen der Tageslänge auf unsicheren Stromatolithen-Daten beruhen und dass neuere atmosphärische Modelle möglicherweise keine thermische Gezeitenwelle erzeugen, die stark genug ist, um die Bremsung durch den Mond auszugleichen. Daher ist die Hypothese eines 19-Stunden-Tages im Proterozoikum zwar eine ernsthafte Interpretation, aber umstritten.
- Nature Geoscience: Studie von Ross Mitchell und Uwe Kirscher (2023)
- Science Advances: Studie von Hanbo Wu et al. (2023)
- NASA: Erklärung der Gezeitenkräfte