Har mänskligheten gjort allt fel? Vi är upptagna med att stirra ut i rymden med våra futuristiska, ultrakraftfulla teleskop, fascinerade av eteriska nebulosor och andra underbara föremål, och försöker reta ut universums välbevarade hemligheter. Det visar sig att ödmjuka, forntida musslor har något att berätta för oss också.
En ny studie publicerad i American Geophysical Unions tidskrift Paleoceanography and Paleoklimatology presenterar bevis som visar att längden på dagen på jorden har ökat sedan kritaperioden. Studien har titeln ' Kemisk variation i subdaglig skala i enTorreites SancheziRudist Shell: Implikationer för rudistisk paleobiologi och krita dag-natt-cykeln .” Huvudförfattare är Neils de Winter, analytisk geokemist vid Vrije Universiteit Bryssel.
De Kritaperioden började för cirka 145 miljoner år sedan (mya) och slutade för cirka 65 mya. Under den tiden fanns det en familj av blötdjur, nu utdöd, kallad Rudistiska musslor . De byggde rev, precis som dagens koraller gör nu. Rudistmusslor var snabbväxande, vilket betyder att de lägger ner växtringar, som i ett träd. Men snarare än en tillväxtring varje år, lade de ner en varje dag. I studien använde forskarteamet lasrar för att skära skalet i små skivor. Detta gjorde det möjligt för teamet att räkna ringarna mycket mer exakt än den vanliga metoden: genom att använda ett mikroskop.
I sin artikel påpekar författarna att tekniken har mycket potential. 'Kombinerat med långsiktiga klimatrekord, så högupplösta, 'ögonblicksbilder'-rekonstruktioner förbättrar den nuvarande förståelsen för dynamiken i växthusklimatet och effekten av snabba klimatförändringar på miljön.'
Rudistmusslor var en mångsidig familj av blötdjur. Överst till vänster är en modern, 'normal' mussla. Resten är olika rudistiska musslor. Bildkredit: Diagram från Schumann & Steuber (1997; Kleine Senckenbergreihe 24: 117-122).
'Vi har ungefär fyra till fem datapunkter per dag, och det här är något som man nästan aldrig får i geologisk historia. Vi kan i princip titta på en dag för 70 miljoner år sedan. Det är ganska fantastiskt”, sa huvudförfattaren de Winter i en pressmeddelande .
Forskarna använde dessa 'högupplösta' tillväxtringar för att beräkna längden på en dag tillbaka i krita. De beräknade både antalet dagar på året, för 70 miljoner år sedan, och längden på varje dag. Resultatet?
Tillbaka under krita, när dinosaurierna vandrade på jorden, roterade planeten snabbare. Jorden roterade 372 gånger per år, jämfört med de 365 rotationerna varje modernt år. Så varje dag var cirka 30 minuter kortare, vid 23,5 timmar. Men studien säger oss också något om månens historia.
I sin artikel skriver författarna: 'En kombination av lagerräkning, spektralanalys av kemisk cyklicitet och kemisk lagerräkning visar att rudisten fällde ut 372 dagliga laminae per år, vilket visar att längden på dagen har ökat sedan den sena kritatiden, vilket förutspåtts av astronomiska modeller.”
Tillväxtringarna i de gamla musselskalen kallas laminae. Det finns årsringar, varannan vecka ringar förknippade med tidvatten och dygns- eller dagsringar. Sektioner som visas i A, B och C visas i ordning efter skalålder, där de högra delarna av A och B matchar delarna längst till vänster av B respektive C (tillväxt från vänster till höger). Avstånd mellan röda prickar representerar ett års tillväxt (baserat på stabila syreisotopregistreringar). Avstånden mellan gröna prickar representerar 0,6 mm långa buntar av laminat associerade med tidvattencykeln varannan vecka. Enstaka fina dagliga laminat indikeras med svarta streck. Bildkredit: de Winter et al, 2020.
Forskare visste redan att jorden roterade snabbare tidigare, även om de aldrig hade den här typen av bevis. Dessa bevis kastar också ljus över förhållandet mellan jorden och månen.
Längden på ett jordår har varit konstant eftersom jorden följer samma bana runt solen. Men under det året blir dagarna längre, och det blir färre av dem varje år. Det är här jordens tidvatten kommer in.
Jordens tidvatten orsakas av gravitationen från månen och solen, och även av jordens rotation. Friktionen från dessa tidvatten är en broms på jordens rotation, vilket effektivt saktar ner den. Men då accelererar tidvattnet månen i sin bana, lite. När den accelererar flyttar den sig bort från jorden. Så när jordens rotation saktar ner, rör sig månen bort med en hastighet av cirka 3,82 centimeter (1,5 tum) per år. Vi vet detta på grund av laserreflektorer att Apollo-uppdrag lämnade på månen.
Lunar Laser Ranging Experiment från Apollo 11-uppdraget. Bildkredit: Av NASA – NASA Apollo Archive http://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/alsj/a11/AS11-40-5952.jpg, Public Domain, https://commons.wikimedia. org/w/index.php?curid=719521
Men den hastigheten att driva bort från jorden var inte linjär. Om man räknar det baklänges betyder det att för bara 1,4 miljarder år sedan skulle månen ha befunnit sig precis inuti jorden. Men vi vet att månen är mycket äldre än så och troligen bildad av skräp som härrörde från en kollision mellan jorden och en protoplanet vid namn Theia, för cirka 4,5 miljarder år sedan.
Månen kan bara vara så nära jorden på grund av Roche radie . Det är den punkt då jordens gravitation skulle överväldiga månens gravitation och slita isär månen. I jord-månesystemet är det cirka 9500 km (5900 miles). Det är svårt att föreställa sig att månen någonsin är så nära jorden.
Så dessa forntida musselskal hjälper oss att förstå historien om det långa förhållandet mellan jorden och månen. Men det finns stora luckor i vår förståelse, och några stora frågor. Hur långt bort var månen för 100 miljoner år sedan, 500 miljoner år sedan, eller till och med en miljard år sedan? Hur förändrades tidvatten, rotationshastigheter och avstånd mellan Månen och Jorden över tiden? Påverkade dessa faktorer utvecklingen av liv på jorden och klimatet?
En graf över dygnets längd enligt bioarkiv. De svarta symbolerna illustrerar uppskattningar från olika bioarkiv i den vetenskapliga litteraturen. De tre färgade linjerna representerar utvecklingen av jordens dagliga och årliga cykler enligt tre olika modeller: Ocean Model, Constant Dissipation-modellen och den astronomiska modellen. Bildkredit: de Winter et al, 2020.
Som ofta är fallet inom vetenskapen leder svaren till mer detaljerade frågor. Huvudförfattaren de Winter och hans kollegor hoppas kunna hitta ännu fler forntida fossiler, för att ge fler ögonblicksbilder av jordens antika historia. Och för att ge lite mer inkrementella svar på våra frågor.
de Winter och de andra författarna tycker att skaltekniken har mycket potential. Författarna skriver, 'Därför banar den här studien vägen för dagliga rekonstruktioner av paleomiljö och solljusintensitet på geologiska tidsskalor från musslor, vilket potentiellt tillåter forskare att överbrygga klyftan mellan klimat- och väderrekonstruktioner.'