Гледайки луната на нощното небе, никога не бихте си представили, че тя бавно се отдалечава от Земята. Но ние знаем друго. През 1969 г. мисиите Аполо на НАСА инсталираха отразяващи панели на Луната.
Те показват, че в момента Луната се отдалечава от Земята с 3,8 см всяка година. Ако вземем текущата скорост на рецесия на Луната и я проектираме назад във времето, ще стигнем до сблъсък между Земята и Луната преди около 1,5 милиарда години. Луната обаче се е формирала преди около 4,5 милиарда години, което означава, че сегашният процент на рецесия е лош ориентир за миналото.
Заедно с нашите колеги изследователи от университета в Утрехт и университета в Женева използвахме комбинация от техники, за да се опитаме да получим информация за далечното минало на нашата слънчева система. Наскоро открихме идеалното място да разкрием дългосрочната история на нашата намаляваща луна. И това не е от изучаване на самата луна, а от разчитане на сигнали в древни слоеве скала на Земята.
В красивия национален парк Кариджини в западна Австралия някои клисури прорязват ритмично наслоени седименти на възраст 2,5 милиарда години. Тези седименти са лентови железни образувания, включващи отличителни слоеве от желязо и минерали, богати на силициев диоксид, някога широко отлагани на дъното на океана и сега открити в най-старите части на земната кора. Разкритията на скалите при водопадите Джофре показват как слоеве от червеникаво-кафяво желязо с дебелина малко под метър се редуват на редовни интервали от по-тъмни, по-тънки хоризонти.
По-тъмните интервали са съставени от по-мек тип скала, която е по-податлива на ерозия. По-внимателен поглед към разкритията издава наличието на допълнително редовна вариация в по-малък мащаб. Скалните повърхности, които са били полирани от сезонната речна вода, течаща през дефилето, разкриват модел от редуващи се бели, червеникави и синьо-сиви слоеве. През 1972 г. австралийският геолог A.F. Trendall повдигна въпроса за произхода на различните мащаби на циклични, повтарящи се модели, видими в тези древни скални слоеве. Той предположи, че моделите може да са свързани с минали вариации в климата, предизвикани от така наречените „цикли на Миланкович“.
Циклични промени в климата
Циклите на Миланкович описват как малки, периодични промени във формата на орбитата на Земята и ориентацията на нейната ос влияят върху разпределението на слънчевата светлина, получена от Земята за периоди от години. В момента доминиращите цикли на Миланкович се променят на всеки 400 000 години, 100 000 години, 41 000 години и 21 000 години. Тези вариации упражняват силен контрол върху нашия климат за дълги периоди от време. Ключови примери за влиянието на форсирането на климата на Миланкович в миналото са появата на екстремни студени или топли периоди, както и по-влажни или по-сухи регионални климатични условия.
Тези климатични промени значително са променили условията на земната повърхност, като например размера на езерата. Те са обяснението за периодичното озеленяване на пустинята Сахара и ниските нива на кислород в дълбокия океан. Циклите на Миланкович също са повлияли на миграцията и еволюцията на флората и фауната, включително нашия собствен вид. И подписите на тези промени могат да бъдат разчетени чрез циклични промени в седиментните скали.
Разстоянието между Земята и Луната е пряко свързано с честотата на един от циклите на Миланкович – цикълът на климатичната прецесия. Този цикъл възниква от прецесионното движение (колебаене) или променящата се ориентация на оста на въртене на Земята с течение на времето. Този цикъл в момента има продължителност от ~ 21 000 години, но този период е бил по-кратък в миналото, когато Луната е била по-близо до Земята. Това означава, че ако можем първо да намерим цикли на Миланкович в стари седименти и след това да намерим сигнал за колебанията на Земята и да установим неговия период, можем да оценим разстоянието между Земята и Луната по времето, когато седиментите са били отложени.
Нашите предишни изследвания показаха, че циклите на Миланкович може да са запазени в древна лентова желязна формация в Южна Африка, като по този начин подкрепят теорията на Трендъл. Лентовите железни образувания в Австралия вероятно са били отложени в същия океан като южноафриканските скали преди около 2,5 милиарда години. Въпреки това, цикличните вариации в австралийските скали са по-добре изложени, което ни позволява да изучаваме вариациите с много по-висока разделителна способност.
Нашият анализ на австралийската лентова желязна формация показа, че скалите съдържат множество скали от циклични вариации, които приблизително се повтарят на 10 и 85 cm интервали. При комбиниране на тези дебелини със скоростта, с която се отлагат седиментите, открихме, че тези циклични вариации се случват приблизително на всеки 11 000 години и 100 000 години. Следователно, нашият анализ предполага, че цикълът от 11 000, наблюдаван в скалите, вероятно е свързан с цикъла на климатичната прецесия, който има много по-кратък период от сегашните ~ 21 000 години. След това използвахме този прецесионен сигнал, за да изчислим разстоянието между Земята и Луната преди 2,46 милиарда години.
Открихме, че Луната е била около 60 000 километра по-близо до Земята тогава (това разстояние е около 1,5 пъти обиколката на Земята). Това ще направи продължителността на деня много по-кратка, отколкото е сега, приблизително 17 часа, а не сегашните 24 часа.
Разбиране на динамиката на слънчевата система
Изследванията в областта на астрономията предоставиха модели за формирането на нашата слънчева система и наблюдения на текущите условия. Нашето проучване и някои изследвания от други представляват един от малкото методи за получаване на реални данни за еволюцията на нашата слънчева система и ще бъдат от решаващо значение за бъдещите модели на системата Земя-Луна. Доста удивително е, че динамиката на слънчевата система в миналото може да се определи от малки вариации в древните седиментни скали. Една важна точка от данни обаче не ни дава пълно разбиране за еволюцията на системата Земя-Луна. Сега се нуждаем от други надеждни данни и нови подходи за моделиране, за да проследим еволюцията на Луната във времето. И нашият изследователски екип вече е започнал търсенето на следващия набор от скали, които могат да ни помогнат да открием повече улики за историята на Слънчевата система.
