Секреты медленного побега Луны раскрыты в земной коре

Глядя на Луну в ночном небе, вы никогда бы не подумали, что она медленно удаляется от Земли. Но мы знаем другое. В 1969 году миссии НАСА «Аполлон» установили на Луне отражающие панели. Они показали, что Луна в настоящее время удаляется от Земли на 3,8 сантиметра каждый год.

Если мы возьмем текущую скорость удаления Луны и спроецируем ее назад во времени, мы получим столкновение между Землей и Луна около 1,5 миллиарда лет назад. Однако Луна сформировалась около 4,5 миллиарда лет назад, а это означает, что нынешняя скорость рецессии – плохой ориентир для прошлого.

Вместе с нашими коллегами-исследователями из Утрехтского и Женевского университетов мы используя комбинацию методов, чтобы попытаться получить информацию о далеком прошлом нашей Солнечной системы.

Недавно мы обнаружили идеальное место, чтобы раскрыть многолетнюю историю нашей удаляющейся Луны. И это не из-за изучения самой Луны, а из-за считывания сигналов в древних слоях горных пород на Земле.

Чтение между слоями

В прекрасном национальном парке Кариджини в Западной Австралии некоторые ущелья прорезают ритмично слоистые отложения возрастом 2,5 миллиарда лет. Эти отложения представляют собой полосчатые образования железа, состоящие из характерных слоев минералов, богатых железом и кремнеземом, которые когда-то широко откладывались на дне океана, а теперь встречаются в самых древних частях земной коры.

Обнажения скал у водопада Джоффр показывают, как слои красновато-коричневой железной формации толщиной чуть менее метра чередуются через равные промежутки времени с более темными и тонкими горизонтами.

Более темные интервалы состоят из более мягких пород, более подверженных эрозии. При более внимательном рассмотрении обнажений обнаруживается наличие дополнительно регулярной вариации меньшего масштаба. Скальные поверхности, отполированные сезонной речной водой, протекающей по ущелью, обнаруживают узор из чередующихся белых, красноватых и голубовато-серых слоев.

В 1972 году австралийский геолог А. Ф. Трендалл поднял вопрос о происхождение различных масштабов циклических повторяющихся узоров, видимых в этих древних слоях горных пород. Он предположил, что закономерности могут быть связаны с прошлыми изменениями климата, вызванными так называемыми «циклами Миланковича».

Циклические изменения климата

Циклы Миланковича описывают, как небольшие периодические изменения форма земной орбиты и ориентация ее оси влияют на распределение солнечного света, получаемого Землей в течение нескольких лет.

Сейчас доминирующие циклы Миланковича меняются каждые 400 000 лет, 100 000 лет, 41 000 лет. , и 21000 лет. Эти изменения оказывают сильное влияние на наш климат в течение длительных периодов времени.

Ключевыми примерами влияния воздействия Миланковича на климат в прошлом являются экстремально холодные или теплые периоды, а также более влажные или более сухие региональные климатические условия. климатические условия.

Эти климатические изменения значительно изменили условия на поверхности Земли, например размер озер. Они объясняют периодическое озеленение пустыни Сахара и низкий уровень кислорода в глубинах океана. Циклы Миланковича также повлияли на миграцию и эволюцию флоры и фауны, включая наши собственные виды.

И признаки этих изменений можно прочитать в циклических изменениях осадочных пород.

Зарегистрированные колебания

Расстояние между Землей и Луной напрямую связано с частотой одного из циклов Миланковича – цикла климатической прецессии. Этот цикл возникает из-за прецессионного движения (колебания) или изменения ориентации оси вращения Земли с течением времени. Этот цикл в настоящее время имеет продолжительность ~21 000 лет, но этот период был бы короче в прошлом, когда Луна была ближе к Земле.

Это означает, что если мы сможем сначала найти циклы Миланковича в старых отложениях и затем найти сигнал колебания Земли и установить его период, мы можем оценить расстояние между Землей и Луной в момент отложения отложений.

Наше предыдущее исследование показало, что циклы Миланковича могут сохраняться в древнее образование полосчатого железа в Южной Африке, что подтверждает теорию Трендалла.

Формирования полосчатого железа в Австралии, вероятно, образовались в том же океане, что и горные породы Южной Африки, около 2,5 миллиардов лет назад. Однако циклические вариации в австралийских породах лучше выражены, что позволяет нам изучать вариации с гораздо более высоким разрешением.

Наш анализ австралийской формации полосчатого железа показал, что породы содержат несколько масштабов циклических вариаций, которые примерно повторять с интервалом 10 и 85 сантиметров. Сопоставив эти толщины со скоростью отложения отложений, мы обнаружили, что эти циклические изменения происходили примерно каждые 11 000 лет и 100 000 лет.

Поэтому наш анализ показал, что 11 000 циклов, наблюдаемых в горных породах, вероятно, связано с климатическим циклом прецессии, имеющим гораздо более короткий период, чем нынешний ~ 21 000 лет. Затем мы использовали этот сигнал прецессии для расчета расстояния между Землей и Луной 2,46 миллиарда лет назад.

Мы обнаружили, что тогда Луна была примерно на 60 000 километров ближе к Земле (это расстояние примерно в 1,5 раза больше, чем окружность Земли). Это сделало бы день намного короче, чем сейчас, примерно на 17 часов, а не на нынешние 24 часа.

Понимание динамики Солнечной системы

Астрономические исследования предоставили модели для формирования нашей Солнечной системы и наблюдений за текущими условиями.

Наше исследование и некоторые исследования других представляют собой один из немногих методов получения реальных данных об эволюции нашей Солнечной системы и будут иметь решающее значение для будущие модели системы Земля-Луна.

Удивительно, что прошлую динамику Солнечной системы можно определить по небольшим вариациям древних осадочных пород. Однако одна важная точка данных не дает нам полного понимания эволюции системы Земля-Луна.

Теперь нам нужны другие надежные данные и новые подходы к моделированию, чтобы проследить эволюцию Луны во времени. . И наша исследовательская группа уже начала охоту за следующей группой горных пород, которые могут помочь нам узнать больше об истории Солнечной системы.

Джошуа Дэвис, профессор кафедры наук о земле и атмосфере, Университет Квебека в Монреале (UQAM), и Маргриет Лантинк, научный сотрудник с докторской степенью, факультет геонаук, Университет Висконсин-Мэдисон em>

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите исходную статью.