Meer dan een miljard jaar lang zorgde een delicaat evenwicht tussen de zon en de maan ervoor dat de rotatie van de aarde in een gestaag ritme verliep, waardoor de lengte van een dag ongeveer 19,5 uur bedroeg. Volgens een nieuwe studie van onderzoekers van de Universiteit van Toronto en de Universiteit van Bordeaux zou de dag zonder deze eeuwenlange pauze inmiddels meer dan 60 uur hebben geduurd.

Het werk, gepubliceerd in Science Advances , combineert geavanceerde wiskundige modellen met geologisch bewijsmateriaal (zoals sedimentaire lagen die eeuwenoude getijdencycli vastleggen) om na te gaan hoe de draaiing van de aarde zich de afgelopen 4,5 miljard jaar heeft ontwikkeld.

Toen de maan ongeveer 4,5 miljard jaar geleden voor het eerst werd gevormd, draaide hij in een baan rond de aarde, en onze planeet draaide snel rond, waardoor een dag minder dan tien uur duurde. Tegenwoordig trekt de maan zich langzaam terug en vertraagt de rotatie van de aarde, waardoor elke eeuw ongeveer 1,7 milliseconden aan de lengte van een dag wordt toegevoegd.

De zwaartekracht van de maan veroorzaakt oceanische uitstulpingen (getijden) aan weerszijden van de planeet. Deze uitstulpingen slepen tegen de zeebodem en veroorzaken wrijving die het hoekmomentum uit de rotatie van de aarde onttrekt en de dag geleidelijk verlengt.

Zonneverwarming daarentegen genereert atmosferische getijden die de draaiing van de aarde kunnen versnellen. De atmosfeer puilt uit als reactie op de thermische krachten van de zon, en het resulterende koppel kan de rotatie enigszins versnellen. Historisch gezien is het effect van de maan ruwweg tien keer sterker geweest en domineerde het vertragingsproces.

Gedurende de periode tussen 2 miljard en 600 miljoen jaar geleden waren de tegengestelde krachten van de zon en de maan in vrijwel exacte resonantie. De atmosfeer van de aarde, opgewarmd door een hogere temperatuur op aarde, ondersteunde staande golven die elke tien uur een volledige cyclus voltooiden – precies tweemaal per aardrotatie. Deze resonante toestand versterkte de atmosferische uitstulpingen, waardoor de zon momentum kon toevoegen aan de rotatie van de aarde en het remeffect van de maan kon tegengaan. Het resultaat was een plateau in de daglengte van ~19,5 uur, dat een miljard jaar duurde.

Toen de atmosfeer afkoelde en de resonantiefrequentie afnam, ging het delicate evenwicht verloren. Sindsdien wordt de dag langer en vandaag de dag duurt het atmosferische getij van de zon 22,8 uur om een volledige cyclus te voltooien, en blijft daarmee achter bij de dag van 24 uur.

Belangrijk is dat de studie de nauwkeurigheid bevestigt van de mondiale atmosferische circulatiemodellen die door klimaatwetenschappers worden gebruikt. Door temperaturen uit het verleden en het gedrag van de getijden te reproduceren, tonen de onderzoekers aan dat deze modellen op betrouwbare wijze kunnen voorspellen hoe de toekomstige klimaatverandering de getijden in de atmosfeer zal beïnvloeden – en, bij uitbreiding, de lengte van een dag.

Omdat de stijgende temperaturen op aarde de atmosferische resonantie verder van het historische evenwicht zouden kunnen doen verschuiven, zou het vermogen van de zon om de rotatie van de aarde te versnellen kunnen afnemen, waardoor de trend van dagverlenging mogelijk wordt versneld. Dit subtiele maar diepgaande effect onderstreept een andere manier waarop menselijke activiteiten onze planeet hervormen.