¿Cómo llegó el día en la Tierra a tener 24 horas?

La hora de día supone para la mayoría de los seres vivos un dato constante a lo largo de la historia. Sin embargo, ahora, un equipo de astrofísicos de la Universidad de Toronto ha revelado cómo el alargamiento lento y persistente del día de la Tierra fue causado por la atracción de las mareas de la luna y se detuvo durante más de mil millones de años.

Los científicos mostraron en su investigación que desde hace aproximadamente dos mil millones de años hasta hace 600 millones, una marea atmosférica impulsada por el sol contrarrestó el efecto de la luna, manteniendo la tasa de rotación de la Tierra estable y la duración del día en una constante de 19,5 horas. Sin esta pausa de mil millones de años en la desaceleración de la rotación de nuestro planeta, nuestro día de 24 horas de la actualidad se extendería a más de 60 horas.

Cuando la luna se formó por primera vez hace unos 4.500 millones de años, el día duraba menos de 10 horas. Pero desde entonces, la atracción gravitacional de la luna sobre la Tierra ha estado ralentizando la rotación de nuestro planeta, lo que ha dado como resultado un día cada vez más largo.

En la actualidad, continúa alargándose a una velocidad de unos 1,7 milisegundos cada siglo. El estudio que describe estos hallazgos fue publicado en la revista Science Advances.

Basándose en la evidencia geológica y utilizando herramientas de investigación atmosférica, los científicos mostraron que el estancamiento de las mareas entre el sol y la luna fue el resultado del vínculo incidental pero enormemente consecuente entre la temperatura de la atmósfera y la velocidad de rotación de la Tierra.

Otro reloj

La luna ralentiza la rotación del planeta al atraer a los océanos de la Tierra, creando protuberancias de marea en lados opuestos del planeta que experimentamos como mareas altas y bajas.

La atracción gravitacional de la luna en esos abultamientos, más la fricción entre las mareas y el fondo del océano, actúa como un freno en el giro del planeta. “La luz del sol también produce una marea atmosférica con el mismo tipo de protuberancias. La gravedad del sol succiona de estas protuberancias atmosféricas, produciendo un par en la Tierra. Pero en lugar de ralentizar la rotación, tal como ocurre con la luna, la acelera”, explicó Norman Murray, astrofísico teórico del Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica (CITA) de la Universidad de Toronto.

Durante la mayor parte de la historia geológica de la Tierra, las mareas lunares han dominado las solares en aproximadamente un factor de diez; por lo tanto, la velocidad de rotación lenta de la Tierra y el alargamiento de los días. Pero hace unos dos mil millones de años, dichas protuberancias eran más grandes porque la atmósfera era más cálida y porque su resonancia natural, la frecuencia a la que las ondas se mueven a través 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 olas, como las generadas por la enorme erupción del volcán Krakatoa en Indonesia en 1883, viajan a través de ella a una velocidad determinada por su temperatura. El mismo principio explica por qué una campana siempre produce la misma nota si su temperatura es constante.

A lo largo de la mayor parte de la historia de la Tierra, la resonancia atmosférica no ha estado en sintonía con la tasa de rotación del planeta. Hoy en día, cada una tarda 22,8 horas en viajar por todo el mundo; debido a que esa resonancia y el período de rotación de 24 horas de la Tierra no están sincronizados, la marea atmosférica es relativamente pequeña.

Pero durante el período de mil millones de años en estudio, la atmósfera fue más cálida y resonó con un período de aproximadamente 10 horas. Además, con el advenimiento de esa época, la rotación de la Tierra, ralentizada por la luna, alcanzó las 20 horas. Cuando la resonancia atmosférica y la duración del día se convirtieron en factores uniformes, 10 y 20, la marea atmosférica se reforzó, los abultamientos se hicieron más grandes y la atracción de la marea del sol se hizo lo suficientemente fuerte como para contrarrestar la lunar.

“Es como empujar a un niño en un columpio -continuó Murray-. Si tu empuje y el período del swing no están sincronizados, no va a ir muy alto. Pero, si sí lo están y estás empujando justo cuando el swing se detiene en un extremo de su viaje, el empuje se sumará al impulso del swing e irá más y más alto. Eso es lo que pasó con la resonancia atmosférica y la marea”.

Junto con la evidencia geológica, Murray y sus colegas lograron su resultado utilizando modelos de circulación atmosférica global (GCM) para predecir la temperatura de la atmósfera durante este período. Los GCM son los mismos modelos utilizados por los climatólogos para estudiar el calentamiento global.

Según Murray, el hecho de que trabajaran tan bien en la investigación del equipo es una lección oportuna. “He hablado con personas que son escépticas del cambio climático, que no creen en los modelos de circulación global que nos están diciendo que estamos en una crisis climática -dice-. Y ahora podemos decirles que utilizamos estos modelos en nuestra investigación, y lo hicieron bien. Funcionan”.

A pesar de su lejanía en la historia geológica, el resultado añade una perspectiva adicional a la crisis climática. Debido a que la resonancia atmosférica cambia con la temperatura, Murray señala que nuestra atmósfera de calentamiento actual podría tener consecuencias en este desequilibrio de mareas.

“A medida que aumentamos la temperatura de la Tierra, también estamos haciendo que la frecuencia resonante se mueva más alto, estamos moviendo nuestra atmósfera más lejos de la resonancia. Como resultado, la duración del día va a ser más larga, antes de lo que lo haría de otra manera”, concluyó.

Los autores del artículo también incluyen al estudiante de posgrado Hanbo Wu, CITA y el Departamento de Física, U de T; Kristen Menou del Departamento de Astronomía y Astrofísica de Dunlap y Departamento de Ciencias Físicas y Ambientales, Universidad de Toronto Scarborough; Jeremy Laconte, Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux y ex becario postdoctoral de CITA; y Christopher Lee, Departamento de Física, U de T.

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