El equipo de astrofísicos demostró que desde hace unos dos mil millones de años hasta hace 600 millones de años, una marea atmosférica impulsada por el sol contrarrestó la influencia de la luna, manteniendo constante la velocidad de rotación de la Tierra y la duración del día en 19,5 horas. Fuente: Kevin M. Gill
Un equipo de astrofísicos de la Universidad de Toronto (U of T) ha revelado cómo la extensión lenta y constante del día de la Tierra debido a la fuerza de marea de la Luna se ha detenido durante más de mil millones de años.
Muestran que desde hace unos dos mil millones de años hasta hace 600 millones de años, una marea atmosférica impulsada por el sol contrarrestó la influencia de la luna, manteniendo constante la velocidad de rotación de la Tierra y la duración del día en 19,5 horas.
Sin esta brecha milmillonésima en la desaceleración de la rotación de nuestro planeta, nuestro día actual de 24 horas se extendería a más de 60 horas.
Un estudio que describe el resultado “¿Por qué un día tiene 24 horas; historia de las mareas térmicas, composición y temperatura media de la Tierra” se publicó hoy en la revista Progreso de la ciencia. Usando evidencia geológica y herramientas para estudiar la atmósfera, los científicos demostraron que el estancamiento de las mareas entre el Sol y la Luna se debió a una relación casual pero extremadamente significativa entre la temperatura de la atmósfera y la velocidad de rotación de la Tierra.
Los colaboradores del artículo incluyen a Norman Murray, astrofísico teórico del Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica (CITA) en la U de T; el estudiante de doctorado Hanbo Wu, CITA y U of T Department of Physics; Kristen Menou, David A. Dunlap Departamento de Astronomía y Astrofísica y Departamento de Ciencias Físicas y Ambientales, Universidad de Toronto Scarborough; Jeremy Laconte, Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux y ex miembro de CITA; y Christopher Lee del Departamento de Física de T.
Cuando la luna se formó por primera vez hace unos 4500 millones de años, el día duraba menos de 10 horas. Pero desde entonces, la atracción gravitacional de la Luna sobre la Tierra ha ralentizado la rotación de nuestro planeta, lo que ha dado como resultado horas de luz cada vez más largas. Actualmente se está alargando a una velocidad de alrededor de 1,7 milisegundos por siglo.
Espectro de potencia de la atmósfera terrestre. El eje x es la longitud de onda, por ejemplo, 5 es la longitud de un quinto de la circunferencia de la Tierra para una onda que viaja de oeste a este, y -5 significa lo mismo pero para ondas que viajan de este a oeste. El eje y es la frecuencia en ciclos por día, por ejemplo, 2 significa dos ciclos por día o 12 horas. Las delgadas líneas marrones horizontales muestran el forzamiento solar en uno, dos, tres, etc. ciclos por día (período de 24 horas, 12 horas, 8 horas, etc.). Fuente: Sakazaki y Hamilton
La luna ralentiza la rotación del planeta, arrastrando los océanos de la Tierra, creando protuberancias de marea en lados opuestos del planeta que sentimos como mareas altas y bajas. La atracción gravitatoria de la luna sobre estos bultos y la fricción entre las mareas y el fondo del océano actúa como un freno en nuestro planeta giratorio.
“La luz del sol también produce una oleada atmosférica con el mismo tipo de protuberancias”, dice Murray. “La gravedad del sol tira de estas protuberancias atmosféricas, creando torsión en la Tierra. Pero en lugar de ralentizar la rotación de la Tierra como la Luna, la acelera”.
Durante la mayor parte de la historia geológica de la Tierra, las mareas lunares han superado a las mareas solares unas diez veces; de ahí la desaceleración de la velocidad de rotación de la Tierra y el alargamiento de los días.
Pero hace unos dos mil millones de años, las protuberancias atmosféricas eran más grandes porque la atmósfera era más cálida y su resonancia natural, la frecuencia con la que se mueven las ondas dentro de ella, coincidía con la duración del día.
La atmósfera, como una campana, resuena a una frecuencia determinada por varios factores, incluida la temperatura. En otras palabras, las ondas, similares a las producidas por la erupción masiva de 1883 del volcán Krakatau en Indonesia, lo atraviesan a una velocidad determinada por su temperatura. El mismo principio explica por qué la campana siempre hace el mismo sonido si su temperatura es constante.
Durante la mayor parte de la historia de la Tierra, esta resonancia atmosférica no ha estado sincronizada con la velocidad de rotación del planeta. Actualmente, cada una de las dos “mareas altas” atmosféricas da la vuelta al mundo durante 22,8 horas; debido a que esta resonancia y el período de rotación de 24 horas de la Tierra no están sincronizados, la marea atmosférica es relativamente pequeña.
Murray y sus colegas se basaron en evidencia geológica en su estudio, como estas muestras de estuarios, que revelan el ciclo de mareas vivas y muertas. Fuente: G. E. Williams
Pero durante los mil millones de años estudiados, la atmósfera fue más cálida y resonó durante unas 10 horas. También con el advenimiento de esta época, la rotación de la Tierra, frenada por la Luna, alcanzó las 20 horas.
Cuando la resonancia atmosférica y la duración del día se convirtieron en factores iguales (diez y veinte), la marea atmosférica se fortaleció, las protuberancias se hicieron más grandes y la atracción solar se hizo lo suficientemente fuerte como para oponerse a la marea lunar.
“Es como empujar a un niño en un columpio”, dice Murray. “Si su período de empuje y swing no está sincronizado, no será muy alto. Pero si están sincronizados y usted empuja justo cuando el columpio se detiene en un extremo de su carrera, el empuje agregará impulso al columpio e irá más lejos y más alto. Eso es lo que sucedió con la resonancia atmosférica y la marea”.
Junto con la evidencia geológica, Murray y sus colegas llegaron a sus resultados utilizando modelos de circulación atmosférica global (GCM) para predecir la temperatura de la atmósfera durante este período. Los GCM son los mismos modelos que usan los climatólogos para estudiar el calentamiento global. Según Murray, el hecho de que hayan trabajado tan bien en la investigación del equipo es una lección en el tiempo.
“He hablado con personas que son escépticas del cambio climático, que no creen en los modelos de circulación global que nos dicen que tenemos una crisis climática”, dice Murray. “Y les digo: usamos estos modelos de circulación global en nuestra investigación, y lo hicieron bien. Trabajan.”
A pesar de la lejanía en la historia geológica, el resultado agrega una perspectiva adicional a la crisis climática. Debido a que la resonancia atmosférica varía con la temperatura, Murray señala que el calentamiento actual de nuestra atmósfera puede estar contribuyendo a este desequilibrio de las mareas.
“Al aumentar la temperatura de la Tierra con el calentamiento global, también estamos aumentando la frecuencia de resonancia: estamos alejando nuestra atmósfera de la resonancia. Como resultado, hay menos torque del Sol y, por lo tanto, la duración del día durará más, más pronto que de otra manera”.
Proporcionado por la Universidad de Toronto