Per chiunque abbia mai desiderato che ci fossero più ore nel giorno, i geologi hanno una buona notizia:i giorni sulla Terra si stanno allungando.

Un nuovo studio che ricostruisce la storia profonda della relazione del nostro pianeta con la luna mostra che 1,4 miliardi di anni fa, un giorno sulla Terra durava poco più di 18 ore. Ciò è almeno in parte dovuto al fatto che la luna era più vicina e ha cambiato il modo in cui la Terra ruotava attorno al suo asse.

"Mentre la luna si allontana, la Terra è come un pattinatore artistico rotante che rallenta mentre allungano le braccia, " spiega Stephen Meyers, professore di geoscienze presso l'Università del Wisconsin-Madison e coautore dello studio pubblicato questa settimana [4 giugno, 2018] in Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .

Descrive uno strumento, un metodo statistico, che collega la teoria astronomica con l'osservazione geologica (chiamata astrocronologia) per guardare indietro al passato geologico della Terra, ricostruire la storia del sistema solare e comprendere l'antico cambiamento climatico come catturato nel record di roccia.

"Una delle nostre ambizioni era usare l'astrocronologia per leggere l'ora nel passato più remoto, sviluppare scale temporali geologiche molto antiche, " Dice Meyers. "Vogliamo essere in grado di studiare rocce che hanno miliardi di anni in un modo paragonabile a come studiamo i moderni processi geologici".

Il movimento della Terra nello spazio è influenzato dagli altri corpi astronomici che esercitano una forza su di essa, come altri pianeti e la luna. Questo aiuta a determinare le variazioni nella rotazione della Terra intorno e oscillare sul suo asse, e nell'orbita la Terra traccia intorno al sole.

Queste variazioni sono conosciute collettivamente come cicli di Milankovitch e determinano dove la luce solare è distribuita sulla Terra, il che significa anche che determinano i ritmi climatici della Terra. Scienziati come Meyers hanno osservato questo ritmo climatico nel record di roccia, che abbraccia centinaia di milioni di anni.

Ma tornando più indietro, sulla scala di miliardi di anni, si è rivelato impegnativo perché i mezzi geologici tipici, come la datazione con radioisotopi, non forniscono la precisione necessaria per identificare i cicli. È anche complicato dalla mancanza di conoscenza della storia della luna, e da quello che è noto come caos del sistema solare, una teoria posta dall'astronomo parigino Jacques Laskar nel 1989.

Il sistema solare ha molte parti mobili, compresi gli altri pianeti in orbita attorno al sole. Piccolo, le variazioni iniziali in queste parti mobili possono propagarsi in grandi cambiamenti milioni di anni dopo; questo è il caos del sistema solare, e cercare di spiegarlo può essere come cercare di tracciare l'effetto farfalla al contrario.

L'anno scorso, Meyers e colleghi hanno decifrato il codice sul caotico sistema solare in uno studio sui sedimenti di una formazione rocciosa di 90 milioni di anni che ha catturato i cicli climatici della Terra. Ancora, più indietro nel record rock lui e altri hanno cercato di andare, meno attendibili sono le loro conclusioni.

Ad esempio, la luna si sta attualmente allontanando dalla Terra a una velocità di 3,82 centimetri all'anno. Utilizzando questa tariffa attuale, gli scienziati estrapolando indietro nel tempo hanno calcolato che "oltre 1,5 miliardi di anni fa, la luna sarebbe stata abbastanza vicina che le sue interazioni gravitazionali con la Terra avrebbero fatto a pezzi la luna, " spiega Meyers. Eppure, sappiamo che la luna ha 4,5 miliardi di anni.

Così, Meyers ha cercato un modo per spiegare meglio ciò che i nostri vicini planetari stavano facendo miliardi di anni fa per capire l'effetto che avevano sulla Terra e sui suoi cicli di Milankovitch. Questo è stato il problema che ha portato con sé in un discorso che ha tenuto al Lamont-Doherty Earth Observatory della Columbia University durante un anno sabbatico nel 2016.

Tra il pubblico quel giorno c'era Alberto Malinverno, Lamont Research Professor alla Columbia. "Ero seduto lì quando mi sono detto, 'Penso di sapere come farlo! Incontriamoci!'", dice Malinverno, l'altro coautore dello studio. "È stato emozionante perché, in un modo, lo sogni sempre; Ero una soluzione alla ricerca di un problema."

I due hanno collaborato per combinare un metodo statistico sviluppato da Meyers nel 2015 per affrontare l'incertezza nel tempo, chiamato TimeOpt, con la teoria astronomica, dati geologici e un sofisticato approccio statistico chiamato inversione bayesiana che consente ai ricercatori di gestire meglio l'incertezza di un sistema di studio.

Hanno quindi testato l'approccio, che chiamano TimeOptMCMC, su due strati di roccia stratigrafica:la Formazione Xiamaling di 1,4 miliardi di anni dalla Cina settentrionale e un record di 55 milioni di anni da Walvis Ridge, nell'Oceano Atlantico meridionale.

Con l'approccio, potrebbero valutare in modo affidabile da strati di roccia nelle registrazioni geologiche variazioni nella direzione dell'asse di rotazione della Terra e la forma della sua orbita sia in tempi più recenti che in tempi profondi, affrontando anche l'incertezza. Sono stati anche in grado di determinare la lunghezza del giorno e la distanza tra la Terra e la luna.

"Nel futuro, vogliamo espandere il lavoro in diversi intervalli di tempo geologico, "dice Malinverno.

Lo studio integra altri due studi recenti che si basano sulla registrazione delle rocce e sui cicli di Milankovitch per comprendere meglio la storia e il comportamento della Terra.

Un gruppo di ricerca di Lamont-Doherty ha utilizzato una formazione rocciosa in Arizona per confermare la notevole regolarità delle fluttuazioni orbitali della Terra da quasi circolari a più ellittiche su un 405, ciclo di 000 anni. E un'altra squadra in Nuova Zelanda, in collaborazione con Meyers, ha osservato come i cambiamenti nell'orbita terrestre e la rotazione sul suo asse hanno influenzato i cicli di evoluzione ed estinzione di organismi marini chiamati graptoloidi, indietro di 450 milioni di anni.

"La documentazione geologica è un osservatorio astronomico per il primo sistema solare, " dice Meyers. "Stiamo osservando il suo ritmo pulsante, conservata nella roccia e la storia della vita».