Astrofísicos lançam nova luz sobre o hiato de um bilhão de anos no prolongamento do dia da Terra

Os resultados fornecem novos insights sobre como as mudanças climáticas afetam a duração dos dias e a confiabilidade das ferramentas de modelagem climática.

Astrofísicos da Universidade de Toronto (U of T) lançaram luz sobre o mistério de por que o dia da Terra, que vinha aumentando gradualmente devido à influência das marés da lua, parou de aumentar em mais de um bilhão de anos.

Sua pesquisa sugere que, de cerca de 2 bilhões a 600 milhões de anos atrás, as marés movidas a energia solar neutralizaram a influência da lua, mantendo a taxa de rotação da Terra e estabilizando a duração do dia em 19,5 horas.

Sem uma pausa de um bilhão de anos na desaceleração da rotação do nosso planeta, nosso dia atual de 24 horas se estenderia para mais de 60 horas.

O estudo que descreve a descoberta foi publicado recentemente na revista Avanços da ciência. Baseando-se em evidências geológicas e usando ferramentas de pesquisa atmosférica, os cientistas mostraram que o estado das marés entre o sol e a lua é causado por uma correlação episódica, mas altamente dependente, entre a temperatura da atmosfera e a taxa de rotação da Terra.

Entre os autores do artigo estão Norman Murray, astrofísico teórico do Instituto Canadense de Astrofísica Teórica (CITA); aluno de pós-graduação Hanbo Wu, CITA e Departamento de Física, U of T; Christine MinowDavid A. Dunlap, Departamento de Astronomia e Astrofísica e Departamento de Ciências Físicas e Ambientais, Universidade de Toronto Scarborough; Jeremy Laconte, Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux e ex-colega de pós-doutorado no CITA; e Christopher Lee, Departamento de Física, T University.

Quando a Lua se formou há cerca de 4,5 bilhões de anos, o dia tinha menos de 10 horas de duração. Mas desde então, a atração gravitacional da Lua na Terra diminuiu a rotação do nosso planeta, resultando em um dia cada vez mais longo. Hoje, continua a aumentar a uma taxa de 1,7 milissegundos a cada século.

A Lua retarda a rotação do planeta puxando os oceanos da Terra, criando protuberâncias de maré em lados opostos do planeta que experimentamos como marés altas e baixas. A gravidade da lua atua nessas protuberâncias, mais o atrito entre as marés e o fundo do oceano, como freios em nosso planeta giratório.

“A luz solar também produz marés atmosféricas com o mesmo tipo de protuberâncias”, diz Murray. A gravidade do sol atrai essas protuberâncias atmosféricas e produz um torque na Terra. Mas, em vez de desacelerar a rotação da Terra como a Lua, ela acelera a sua própria.”

Durante a maior parte da história geológica da Terra, as marés ultrapassaram as marés solares em cerca de dez vezes. Assim, diminuindo a velocidade de rotação da Terra e alongando seus dias.

Mas cerca de 2 bilhões de anos atrás, as protuberâncias eram maiores porque a atmosfera era mais quente e porque sua ressonância natural – a frequência com que as ondas se movem através dela – correspondia à duração de um dia.

A atmosfera, como um sino, toca em uma frequência determinada por vários fatores, inclusive a temperatura. Em outras palavras, as ondas – como as geradas pela enorme erupção do vulcão Krakatoa na Indonésia em 1883 – viajam através dele a uma velocidade determinada por sua temperatura. O mesmo princípio explica por que um sino sempre soa o mesmo tom se sua temperatura for constante.

Durante a maior parte da história da Terra, a ressonância da atmosfera esteve fora de sincronia com a taxa de rotação do planeta. Hoje, cada uma das “marés” atmosféricas leva 22,8 horas para percorrer o globo; Como essa ressonância e o período de rotação de 24 horas da Terra estão fora de sincronia, as marés atmosféricas são relativamente pequenas.

Mas durante o período de estudo de bilhões de anos, a atmosfera ficou muito mais quente e ressoou por cerca de 10 horas. Além disso, no início dessa era, a rotação da Terra, desacelerada pela Lua, chegava a 20 horas.

Quando a ressonância atmosférica e a duração do dia tornaram-se fatores iguais – dez e 20 – as marés atmosféricas foram fortalecidas, as protuberâncias tornaram-se maiores e a atração do sol tornou-se forte o suficiente para neutralizar as marés lunares.

“É como empurrar uma criança em uma gangorra”, diz Murray. “Se o impulso e o período de swing não estiverem sincronizados, não será muito alto. Mas, se estiver sincronizado e você estiver pressionando no momento em que o swing para em uma extremidade, o impulso aumentará o impulso do swing e irá mais longe e mais alto. Foi o que aconteceu com a ressonância atmosférica e das marés.

Combinado com a evidência geológica, Murray e seus colegas alcançaram suas descobertas usando Modelos de Circulação Atmosférica Global (GCMs) para prever a temperatura atmosférica durante esse período. Os modelos de circulação geral são os mesmos modelos que os cientistas do clima usam para estudar o aquecimento global. De acordo com Murray, o fato de terem se saído tão bem na pesquisa da equipe é uma boa lição.

“Conversei com pessoas que são céticas sobre a mudança climática e não acreditam em modelos de circulação global que nos dizem que estamos em uma crise climática”, diz Murray. E eu digo a eles: usamos esses modelos de comércio global em nossa pesquisa e eles acertaram. eles estão trabalhando.”

Apesar de seu afastamento na história geológica, a descoberta acrescenta uma perspectiva adicional à crise climática. Como a ressonância atmosférica muda com a temperatura, Murray sugere que o atual aquecimento da atmosfera pode ter consequências nesse desequilíbrio das marés.

“À medida que aumentamos a temperatura da Terra com o aquecimento global, também aumentamos a frequência de ressonância – afastamos nossa atmosfera da ressonância. Como resultado, há menos torque do Sol e, portanto, a duração do dia tornar-se mais longo, mais cedo do que era. Seria diferente.”

Referência: “Por que um dia tem 24 horas de duração: uma história das marés de convecção atmosférica da Terra, composição e temperatura média” Por Hanbo Wu, Norman Murray, Christine Minow, Christopher Lee e Jeremy Conte, 5 de julho de 2023, disponível aqui. Avanços da ciência.
DOI: 10.1126/sciadv.add2499