Nowe opracowania sugerują, że przez około miliard lat długość doby utrzymywała się w okolicach 19 godzin. To nie jest tylko ciekawostka do rozmowy przy kawie: w tle pojawia się mechanika Układu Ziemia–Księżyc, rezonanse pływów i potencjalny wpływ na tempo natleniania oceanu i atmosfery.
Skąd wzięła się „zablokowana” 19-godzinna doba?
Na co dzień przyjmujemy prostą opowieść: Księżyc hamuje obrót Ziemi, bo pływy oceaniczne działają jak hamulec cierny. Energia rotacji jest zabrana i przerzucana na orbitę Księżyca, który powoli oddala się od nas, a doba bardzo powoli się wydłuża. Ten proces jest realny również dziś, w uśrednieniu mówi się o około 2,3 ms na stulecie.
W tej historii pojawia się jednak drugi gracz: atmosfera. Słońce ogrzewa ją nierównomiernie w cyklu dobowym, tworząc globalne pływy powietrza, czyli falujące zmiany ciśnienia. I te pływy w pewnych warunkach, potrafią działać odwrotnie niż oceaniczne, czyli delikatnie przyspieszać obrót planety.
Kluczowe słowo to rezonans. Gdy długość doby pasuje do naturalnego tempa tych fal atmosferycznych, ich efekt rośnie na tyle, że może zrównoważyć hamowanie od pływów oceanicznych. Wtedy bilans momentów sił robi się bliski zeru i doba przestaje się wydłużać, jakby ktoś wcisnął pauzę.
Jak to policzono, skoro nikt nie miał zegarka?
Najciekawsze jest to, że te wnioski nie biorą się z jednej skały i jednego wykresu, tylko z zestawienia wielu niezależnych „odcisków palców” zapisanych w osadach. W skrócie: rytmiczne warstwowanie skał potrafi przechować ślady cykli orbitalnych i rotacyjnych, które wpływały na klimat i sedymentację.
W praktyce badacze zebrali dziesiątki oszacowań długości doby z ostatnich ~2,5 mld lat i spojrzeli na nie jak na całość, a nie zbiór ciekawych wyjątków. Z takiej kompilacji zaczyna wyłaniać się obraz mniej gładki niż szkolna wersja: zamiast spokojnego, ciągłego wydłużania doby są odcinki przyspieszeń i długie wypłaszczenia.
Najbardziej wyraźne wypłaszczenie wypada mniej więcej między 2 a 1 mld lat temu, właśnie tam wiele zapisów skupia się wokół doby ~19 godzin.
Dwa modele, jedna idea: dlaczego jedni mówią o 19, a inni o 19,5 godzin?
W zależności od tego, czy patrzymy głównie na dane geologiczne, czy na modelowanie atmosfery, liczby potrafią się minimalnie różnić. Jedna linia argumentacji mówi o dobie w okolicach 19 godzin i „płaskowyżu” mniej więcej 2–1 mld lat temu. Inne prace oparte mocniej na dynamice pływów atmosferycznych i wrażliwości rezonansu na temperaturę oraz skład atmosfery, opisują dłuższy okres „zawieszenia” i podają wartość bliższą 19,5 godziny, nawet do okolic 600 mln lat temu.
To nie jest sprzeczność w stylu „albo–albo”, tylko przypomnienie, że rekonstruujemy zjawisko z epoki, w której Ziemia miała inne kontynenty, inne oceany i inną atmosferę. W takim układzie małe różnice w założeniach potrafią przesuwać granice czasowe, ale wspólny rdzeń pozostaje ten sam: przez bardzo długi czas siły hamujące i przyspieszające mogły się niemal znosić.
Co ma doba do tlenu?
W tle przewija się jeszcze jeden wątek, który brzmi niemal jak science fiction, ale jest logiczny. W dawnych oceanach ogromną rolę w produkcji tlenu odgrywały mikroorganizmy fotosyntetyzujące w matach bakteryjnych. Tlen powstaje w świetle, a w ciemności część jest zjadana przez procesy oddychania i reakcje chemiczne, bilans zależy więc od tego, ile trwa dzień i noc.
W modelach i eksperymentach sugerowano, że bardzo krótkie doby mogą ograniczać „nadwyżkę” tlenu, która ma szansę uciec do wody i atmosfery. W tej opowieści 19-godzinna doba jest jak limiter, nie cofa historii, ale może tłumaczyć, czemu przez długi okres Ziemia była względnie stabilna pod kątem natlenienia, zanim nastąpiły kolejne skoki. To fajny przykład tego, jak geofizyka potrafi mieszać w biologii bez żadnej intencji. Ziemia nie planowała życia, po prostu kręciła się tak, jak pozwalała mechanika pływów.
Lubimy myśleć, że świat zmienia się linearnie: dzień powoli robi się dłuższy, Księżyc powoli ucieka, a reszta to kosmetyka. Tymczasem okazuje się, że nawet tak podstawowa rzecz, jak długość doby mogła przez eony trwać w pozornym bezruchu, bo dwa różne mechanizmy wcisnęły się w idealny punkt równowagi. Dziś też nie żyjemy na idealnie równym „24:00:00”. Długość doby faluje o ułamki milisekundy, a na dłuższych skalach w grę wchodzą nie tylko pływy, ale też przetasowania masy na planecie, choćby topnienie lodu i zmiany w obiegu wody. To inna liga niż miliard lat rezonansu, ale ta sama lekcja: Ziemia to układ dynamiczny, a nie metronom.