Un equipo de astrofísicos de la Universidad de Toronto (U of T) ha revelado cómo el alargamiento lento y constante del día de la Tierra causado por la marea de la luna se detuvo durante más de mil millones de años.

Muestran que desde hace aproximadamente dos mil millones de años hasta hace 600 millones de años, una marea atmosférica impulsada por el sol contrarrestó el efecto de la luna, manteniendo constante la velocidad de rotación de la Tierra y la duración del día en 19,5 horas.

Sin esta pausa de mil millones de años en la desaceleración de la rotación de nuestro planeta, nuestro día actual de 24 horas se extendería a más de 60 horas.

El estudio que describe el resultado, ‘Por qué el día dura 24 horas; la historia de la marea térmica atmosférica, la composición y la temperatura media de la Tierra’, se publicó hoy en la revista Science Advances. Basándose en evidencia geológica y utilizando herramientas de investigación atmosférica, los científicos muestran 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 tasa de rotación de la Tierra.

Los autores del artículo incluyen a Norman Murray, un astrofísico teórico del Instituto Canadiense de Astrofísica Teórica (CITA) de la U of T; estudiante de posgrado Hanbo Wu, CITA y Departamento de Física, U of T; Kristen Menou, David A. Dunlap Departamento de Astronomía y Astrofísica 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 of T.

Cuando la luna se formó por primera vez hace unos 4500 millones de años, el día duraba menos de 10 horas. Pero desde entonces, la atracción gravitacional de la Luna sobre la Tierra ha ido ralentizando la rotación de nuestro planeta, lo que ha dado como resultado un día cada vez más largo. Hoy, sigue alargándose a un ritmo de unos 1,7 milisegundos cada siglo.

La luna frena la rotación del planeta al atraer los océanos de la Tierra, creando protuberancias de marea en lados opuestos del planeta que experimentamos como mareas altas y bajas. La atracción gravitatoria de la luna sobre esas protuberancias, más la fricción entre las mareas y el fondo del océano, actúa como un freno en nuestro planeta giratorio.

« La luz del sol también produce una marea atmosférica con el mismo tipo de protuberancias », dice Murray. « La gravedad del sol atrae estas protuberancias atmosféricas, produciendo un par en la Tierra. Pero en lugar de ralentizar la rotación de la Tierra como la luna, la acelera ».

Durante la mayor parte de la historia geológica de la Tierra, las mareas lunares han vencido a las mareas solares por un factor de diez; por lo tanto, la disminución de la velocidad de rotación de la Tierra y el alargamiento de los días.

Pero hace unos dos mil millones de años, las protuberancias atmosféricas eran más grandes porque la atmósfera era más cálida y porque su resonancia natural, la frecuencia con 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 ondas, como las generadas por la enorme erupción del volcán Krakatoa en Indonesia en 1883, lo atraviesan 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 sincronizada con la velocidad de rotación del planeta. Hoy, cada una de las dos « mareas altas » atmosféricas tarda 22,8 horas en dar la vuelta al mundo; debido a que la 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 estudio de mil millones de años, la atmósfera era más cálida y resonaba con un período de aproximadamente 10 horas. Además, al advenimiento de esa época, la rotación de la Tierra, frenada por la luna, alcanzó las 20 horas.

Cuando la resonancia atmosférica y la duración del día se convirtieron en factores pares, diez y 20, la marea atmosférica se reforzó, las protuberancias se hicieron más grandes y la atracción de la marea del sol se hizo lo suficientemente fuerte como para contrarrestar la marea lunar.

« Es como empujar a un niño en un columpio », dice Murray. « Si tu empuje y el período del swing no están sincronizados, no va a subir mucho. Pero, si están sincronizados y empujas justo cuando el swing se detiene en un extremo de su recorrido, el empuje se sumará al impulso de la oscilación e irá más lejos y más alto. Eso es lo que sucedió 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 que utilizan los climatólogos para estudiar el calentamiento global. Según Murray, el hecho de que hayan trabajado tan bien en la investigación del equipo es una lección oportuna.

“He hablado con personas escépticas del cambio climático que no creen en los modelos de circulación global que nos dicen que estamos en una crisis climática”, dice Murray. « Y les digo: usamos estos modelos de circulación global en nuestra investigación, y lo hicieron bien. Funcionan ».

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

« A medida que aumentamos la temperatura de la Tierra con el calentamiento global, también estamos haciendo que la frecuencia de resonancia se mueva más alto, estamos alejando nuestra atmósfera de la resonancia. Como resultado, hay menos par del sol y, por lo tanto, la duración del día va a ser más larga, más pronto de lo que sería de otra manera ».