Miliony let nazpět byly dny na Zemi výrazně kratší než dnes. Nové výzkumy ukazují, že po dobu přibližně jednoho miliardy let trvala délka dne stabilně okolo 19 hodin. Tento „stabilní stav“ byl výsledkem jemné rovnováhy mezi Měsícem, Sluncem, oceány a atmosférou naší planety, související s tím, jak se měnilo otáčení Země.

Proč se dny na Zemi obvykle prodlužují

V normálních podmínkách se otáčení Země velmi pozvolna zpomaluje. Hlavní úlohu v tomto procesu hrají oceánské přílivy: gravitace Měsíce vytváří přílivové tření, které postupně „ukrajuje“ energii otáčení planety. Podle odhadů NASA tento proces prodlužování dnů probíhá rychlostí přibližně dvou tisícin sekundy za století.

Na geologických časových škálách by to mělo vést k plynulému a téměř nepřetržitému růstu délky dne — podobně jako setrvačník, který zvolna ztrácí rychlost. Avšak data z hornin ukazují na komplikovanější obraz.

Stopy otáčení Země v horninách

Práci vedl geofyzik Ross Mitchell z Geologického institutu čínské akademie věd. Jeho tým shromáždil globální soubor dat o délce dne za posledních 2,5 miliardy let, využívající sedimentární horniny.

Mnoho z těchto hornin zachovává cyklické struktury spojené s takzvanou cyklostratigrafií — metodou, která umožňuje „číst“ změny orbity a rotace Země podle opakujících se vrstev. Tato data ukázala, že rotace planety se zpomalovala nerovnoměrně.

Místo plynulé křivky objevili vědci dlouhá plató, kdy délka dne se téměř neměnila, a naopak — období rychlejšího prodlužování. Tato plató ukazují na stavy přílivového rezonance.

Dny stabilní na 19 hodin

Nejvýraznější plató vzniklo v období mezi dvěma a jedním miliardami let nazpět. V tomto čase se množství nezávislých geologických záznamů shodovalo na jedné hodnotě — přibližně 19 hodin v dni.

„Délka dne na Zemi se zřejmě zastavila na svém dlouhodobém prodlužování a vyrovnala se přibližně na 19 hodin v intervalu mezi dvěma a jedním miliardami let nazpět,“ uvedl Ross Mitchell.

Příčina spočívá v protichůdných přílivových silách. Kromě lunárních přílivů Slunce denně zahřívá atmosféru, čímž vytváří atmosférické přílivy — globální vlny tlaku. V určitých podmínkách tyto vlny mohou ne zpomalovat, ale naopak mírně urychlovat rotaci planety.

Když se rychlost otáčení Země shodovala s „rytmus“ atmosférických přílivů, jejich urychlující efekt téměř zcela kompenzoval brzdění od Měsíce. V důsledku toho se otáčení stabilizovalo a dny „uvízly“ na úrovni přibližně 19 hodin po bezprecedentně dlouhé období.

Jak délka dne ovlivnila kyslík

Toto období odpovídalo důležitému stadiu v historii atmosféry. Hlavními producenty kyslíku tehdy byly fotosyntetizující mikroby — sinice, které vytvářely husté koberce na mělkých vodách. Během dne uvolňovaly kyslík a v noci ho částečně spotřebovávaly.

Rovnováha mezi výrobou a spotřebou kyslíku přímo závisela na délce denního světla. Ve laboratorních experimentech a modelech zkoumali vědci, jak různé délky dnů ovlivňují kyslíkovou výměnu v moderních mikrobiálních matricech — analogiích dávných ekosystémů.

Výsledky ukázaly, že při dnech kratších než 16 hodin tyto komunity obecně absorbovaly více kyslíku, než odevzdávaly. Naopak delší dny umožnily kyslíku se hromadit ve vodě a atmosféře, což mělo dopad na úroveň kyslíku v dávné atmosféře.

Pokud Zemi opravdu zůstávalo na 19-hodinových dnech po dobu jedné miliardy let, mohlo to omezit růst kyslíku, čímž by se vysvětlilo, proč jeho globální koncentrace zůstávala dlouho na umírněné úrovni.

Návrat k prodlužování dnů

Jakmile rezonance skončila a den se opět začal prodlužovat směrem k moderním 24 hodinám, fotosyntéza získala dodatečný čas. To vytvořilo podmínky pro následný růst obsahu kyslíku a nakonec pro vznik složitějších forem života.

Srovnání starověkých a moderních změn otáčení

Starověké plató trvalo miliardy let, ale i dnes zůstává rotace Země nestabilní. Atomové hodiny měří kolísání délky dne na tisíciny sekundy každý rok. Příčiny spočívají v větrech, oceánských tocích a procesech v nitru planety.

Výzkumy ukázaly, že některá tato kolísání souvisí s pohybem kapalného vnějšího jádra a náhlými změnami magnetického pole, známými jako geomagnetické skoky. Tyto skoky mírně zrychlují nebo zpomalují rotaci Země.

Výhody a nevýhody geologických rekonstrukcí

Analýza hornin umožňuje nahlédnout do hluboké minulosti a obnovit dynamiku planety. Nicméně tyto metody vyžadují složitou interpretaci a vždy se opírají o nepřímé znaky. Přesto právě tyto metody pomáhají spojit rotaci Země, klima a vývoj života do jedné mozaiky.

Časté dotazy o délce zemských dnů

• Je pravda, že dříve byl den kratší? Ano, miliardy let nazpět trvaly dny výrazně méně než 24 hodin.
• Proč se dny „uvíznuly“ na 19 hodinách? Důvodem je rezonance mezi lunárními a atmosférickými přílivy, které se vzájemně kompenzovaly.
• Mení se délka dne nyní? Ano, ale pouze o tisícin sekund díky procesům v atmosféře, oceánech a jádru Země.