27 Luglio 2023
8:30

I giorni stanno rallentando? Uno studio spiega come cambia la durata del giorno

Il rallentamento della rotazione terrestre, dovuto all'interazione con la Luna, ha attraversato una fase di "stallo" durata 1 miliardo di anni.

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I giorni stanno rallentando? Uno studio spiega come cambia la durata del giorno
giorno piu corto

La durata del giorno non è sempre stata la stessa: nel passato, infatti, i giorni erano più corti, e questo rallentamento ha accompagnato tutta la storia della Terra, causato dall'interazione gravitazionale tra il nostro pianeta e la Luna, che contemporaneamente al rallentamento della rotazione terrestre si allontana sempre di più nella sua orbita intorno a noi. Un nuovo studio rivela che il rallentamento della rotazione terrestre non è stato costante, ma ha attraversato fasi di "stallo" in cui la durata del giorno si è stabilizzata per un lungo periodo.

Perché la durata del giorno cambia nel tempo?

Sappiamo tutti che i giorni durano 24 ore, che corrisponde al tempo che impiega la Terra a compiere un giro su se stessa. In effetti, il giorno può essere misurato in molti modi: rispetto alla posizione del Sole, e allora si parla di giorno solare e dura 24 ore; o rispetto alla posizione delle stelle lontane, e allora si parla di giorno siderale, dalla durata di 23 ore, 56 minuti, e 4 secondi.

La differenza di circa 4 minuti è dovuta al fatto che, nel tempo in cui la Terra compie un giro su se stessa rispetto alle stelle lontane, compie anche un pezzettino della sua orbita intorno al Sole, pari a circa 1 grado: quindi per ritornare a "guardare" il Sole nella stessa posizione, deve fare un altro pezzettino di rotazione pari a poco meno di 4 minuti. In realtà, esistono anche altre piccole variazioni dovute a diversi motivi, ma non è questo il punto della questione.

sole

Quello che sappiamo, infatti, è che la durata del giorno si sta allungando, lentamente ma inesorabilmente, per via del rallentamento della rotazione terrestre. Due miliardi e 500 milioni di anni fa, quando iniziamo ad avere dati di natura geologica e biologica, ogni giorno durava quelle che per noi sarebbero circa 17 ore. Ancora più indietro nel tempo, più di quattro miliardi di anni fa, quando si formò la nostra Luna, alcune simulazioni suggeriscono che la rotazione della Terra fosse ancora più veloce, e che ogni giorno durasse solo 6 ore. In ogni caso, ci sono diverse prove a sostegno dell'idea che il rallentamento della rotazione terrestre sia una caratteristica costante del nostra pianeta.

Questo è dovuto alle forze di marea causate dall'interazione gravitazionale tra la Terra e la Luna. Poiché la Terra ruota su stessa più velocemente di quanto la Luna orbita intorno al nostro pianeta (24 ore contro 27 giorni), il rigonfiamento degli oceani causato dall'attrazione lunare viene "spinto" dalla rotazione terrestre più avanti rispetto alla posizione effettiva della Luna nello spazio. Questa differenza esercita una forza sulla Luna, che da una parte spinge il nostro satellite più lontano nella sua orbita intorno alla Terra, e dall'altra rallenta la rotazione terrestre, aumentando di conseguenza la durata del giorno.

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Schema dell’equilibrio tra le forze di marea oceanica dovute alla Luna, e le forze di marea atmosferica dovuta al Sole. (Immagini non in scala.)
Crediti: Terra, Landsat/Coperincus e IBCAO; Luna, NASA/USGS/JAXA/SELENE; Sole, NASA/SDO.

Un nuovo studio sulle variazioni di durata del giorno

In contrasto con i modelli tradizionali, che propongono un rallentamento costante della rotazione terrestre, uno studio suggerisce che potrebbe esserci stato un lungo periodo di "stabilità" della velocità di rotazione della Terra, in un periodo compreso tra 1 miliardo e 2 miliardi di anni fa, in un eone geologico denominato Proterozoico, verso la fine del Precambriano.

In un articolo pubblicato su Nature Geoscience da Ross N. Miller, geofisico dell'Accademia Cinese delle Scienze, e Uwe Kirscher, dell'Università di Tubinga in Germania, hanno ipotizzato che vi sia stata una lunga fase, dalla durata di circa 1 miliardo di anni, in cui la durata del giorno si è stabilizzata intorno a 19 ore, per poi ricominciare rapidamente a rallentare, arrivando ora a 24 ore, secondo un trend che continua ancora oggi.

Il problema principale di questo tipo di analisi relative a tempi antichissimi è sempre stata la scarsità di dati: le misurazioni effettuate su campioni biologici, come gli anelli degli alberi o le bande di crescita dei coralli, sono limitati ai periodi più recenti della Terra, durante i quali si è vista l'evoluzione di forme di vita animale e vegetale più complessa. I ricercatori hanno invece utilizzato la ciclostratigrafia: una tecnica d'analisi geologica che studia gli strati di sedimenti per individuare le variazioni cicliche che riflettono cambiamenti ambientali e climatici indotti da modificazioni dell'orbita e della rotazione terrestri, che permettono di estendere le misurazioni della lunghezza del giorno fino a periodo molto più lontani nel tempo.

stratigrafia esempio
Esempio di successione stratigrafica (credit: Daniel Hauptvogel).

In questo modo, gli scienziati hanno trovato una fase di "stallo" nella durata del giorno tra uno e due miliardi di anni fa, durante la quale la velocità della Terra è rimasta quindi sostanzialmente costante. Per spiegare questa periodo di stabilità, l'ipotesi avanzata da Miller e Kirscher è che durante quel periodo si sia realizzato un sostanziale "pareggio" tra le forze di marea dovute al rigonfiamento degli oceani dovuto all'attrazione gravitazionale lunare, che rallentano la rotazione della Terra, e le forze di marea generate dall'espansione dell'atmosfera dovuta all'assorbimento della radiazione solare, che invece accelerano la rotazione della Terra.

Questo "stallo" nella variazione della durata del giorno sarebbe coincido con un periodo di relativa inattività dello spostamento delle placche tettoniche della superficie terrestre, e con un rallentamento nell'evoluzione biologica: il cosiddetto "boring billion", il miliardo di anni "noioso". Gli estremi di questo periodo di stabilità sarebbero coincisi con due momenti di profonda variazione delle caratteristiche chimiche e fisiche dell'atmosfera: da una parte, l'evento chiamato "la Grande Ossigenazione" (o "la Catastrofe dell'Ossigeno"), e dall'altra le grandi glaciazioni globali del periodo Cryogeniano, che hanno avuto come conseguenza il congelamento completo (o quasi completo) della superficie terrestre (uno o più eventi noti come "Snowball Earth", la "Terre-palla-di-neve")

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Variazione della durata del giorno nel tempo. Crediti: Mitchell, R.N., Kirscher, U. Nat. Geosci. (2023)

La ricerca ci ricorda ancora una volta come il nostro pianeta sia un sistema complesso e a volte imprevedibile, in cui piccole variazioni possono portare a conseguenze estreme, sia dal punto di vista climatico, ma addirittura dal punto di vista planetario, come variazioni nel cambiamento della durata del giorno terrestre.

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