Dag op aarde duurde 1,4 mld jaar geleden maar 19 uur

Sterrenkunde Door astronomische en geologische gegevens te combineren tonen onderzoekers dat aarde langzamer is gaan draaien.

De maan, waarvan de verre kant hier wordt verlicht door de zon, heeft grote invloed op de snelheid waarmee de aarde om zijn as draait. Foto NASA/NOAA

De dagen op aarde worden langer, onder invloed van de maan. De rotatieperiode van de aarde – het ‘etmaal’ dus – besloeg 1,4 miljard jaar geleden geen 24 uur, maar iets minder dan 19 uur.

Dit blijkt uit berekeningen van twee Amerikaanse aardwetenschappers, die maandag zijn gepubliceerd in het tijdschrift PNAS. De onderzoekers hebben daarbij gebruik gemaakt van de zogeheten Milankovicć-cycli, variaties in de vorm van de aardbaan en de stand van de aardas.

Deze variaties zijn van invloed op het klimaat en vormen zo een hulpmiddel bij het dateren van de opeenvolgende laagjes in sedimentair gesteente. Deze tak van wetenschap wordt ‘astrochronologie’ genoemd.

Maar naarmate we verder teruggaan in de tijd, wordt deze methode onbetrouwbaarder. Dat komt doordat in ons zonnestelsel talrijke bewegende onderdelen elkaar onderling beïnvloeden. Hierdoor ontstaan kleine chaotische variaties, die in de loop van de miljoenen jaren tot flinke afwijkingen kunnen uitgroeien. Daardoor heeft het weinig zin om in de astrochronologie verder terug te gaan dan ongeveer 50 miljoen jaar.

Toch hebben de onderzoekers de ‘Milankovićc-metronoom’ nu ingezet om veel dieper het verleden in te duiken. Daarbij maken ze gebruik van een complexe statistische methode die het beschikbare astronomische en geologische bewijsmateriaal met elkaar verenigt en de betrouwbaarheid ervan vergroot.

Het geologische bewijsmateriaal bestaat in dit geval uit ‘ritmische’ afzettingen van zwarte schalie en hoornsteen die in China zijn gevonden. De betreffende gesteenten zijn 1,4 miljard jaar oud. Daarnaast zijn ook sedimentaire gesteenten uit het zuidelijke deel van de Atlantische Oceaan onderzocht van ‘slechts’ 55 miljoen jaar oud.

De laagjes van deze gesteenten vertonen diktevariaties die terug te voeren zijn op de opwelling van voedselrijk oceaanwater en biologische activiteit. En die hangen op hun beurt weer samen met klimaatveranderingen, zoals die aan de Milankovicć-cycli kunnen worden toegeschreven.

Zo is te herleiden hoe de vorm van de aardbaan en de precessie – de tolbeweging – van de aardas de afgelopen 1,4 miljard jaar zijn veranderd. De aardas wordt voornamelijk bepaald door de getijdenkrachten van zon en maan. De rol van de zon is constant, maar die van de maan verandert. Uit metingen blijkt namelijk dat de maan zich met een snelheid van 3,82 centimeter per jaar van de aarde verwijdert. Daardoor neemt – vanwege het behoud van impulsmoment – de draaisnelheid van de aarde geleidelijk af.

Terugrekenend zou dat betekenen dat de afstand tussen aarde en maan 1,5 miljard jaar geleden dermate klein was, dat de maan niet bestand kon zijn tegen de bijbehorende getijdenkrachten. Toch is er weinig twijfel over dat de maan 4,5 miljard jaar oud is. Dat kan maar één ding betekenen: de snelheid waarmee de maan zich van de aarde verwijdert is niet altijd even groot geweest. Het onderzoek laat nu zien dat de afstand tussen aarde en maan 1,4 miljard jaar geleden altijd nog 340.000 kilometer bedroeg – 11 procent minder dan nu.

    • Eddy Echternach