Uma equipe de astrofísicos mostrou que, de aproximadamente dois bilhões de anos até 600 milhões de anos atrás, uma maré atmosférica impulsionada pelo sol contrabalançava o efeito da lua, mantendo a taxa de rotação da Terra estável e a duração do dia em 19,5 horas constantes. Crédito: Kevin M. Gill
As descobertas fornecem novos insights sobre como a mudança climática influenciará a duração dos dias e a confiabilidade dos instrumentos de modelagem climática.
Astrofísicos da Universidade de Toronto (U of T) lançaram luz sobre o mistério de por que o dia da Terra, que aumentava gradualmente devido à influência das marés da lua, parou em seu alongamento por mais de um bilhão de anos.
Sua pesquisa indica que, de cerca de dois bilhões de anos a 600 milhões de anos atrás, as marés atmosféricas impulsionadas pelo sol neutralizaram o impacto da lua, mantendo a taxa de rotação da Terra e estabilizando a duração do dia em 19,5 horas.
Sem essa pausa de bilhões de anos na desaceleração da rotação do nosso planeta, nosso dia atual de 24 horas se estenderia para mais de 60 horas.
O estudo que descreve o resultado foi publicado recentemente na revista Avanços da Ciência. Baseando-se em evidências geológicas e usando ferramentas de pesquisa atmosférica, os cientistas mostram que o impasse das marés entre o sol e a lua resultou da ligação acidental, mas enormemente consequente, entre a temperatura da atmosfera e a taxa de rotação da Terra.
Os autores do artigo incluem Norman Murray, um astrofísico teórico do Instituto Canadense de Astrofísica Teórica (CITA) da U of T; aluno de pós-graduação Hanbo Wu, CITA e Departamento de Física, U of T; Kristen Menou, David A. Dunlap Departamento de Astronomia e Astrofísica e Departamento de Ciências Físicas e Ambientais, Universidade de Toronto Scarborough; Jeremy Laconte, Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux e ex-colega de pós-doutorado do CITA; e Christopher Lee, Departamento de Física, U de T.
Um espectro de energia da atmosfera da Terra. O eixo x é o comprimento de onda, por exemplo, 5 é um comprimento de onda de um quinto da circunferência da Terra para uma onda que viaja de oeste para leste e -5 significa o mesmo, mas para ondas que viajam de leste para oeste. O eixo y é a frequência, em ciclos por dia, por exemplo, 2 significa dois ciclos por dia ou 12 horas. As finas linhas marrons horizontais mostram o forçamento solar em um, dois, três, etc. ciclos por dia (24 horas, 12 horas, período de 8 horas e assim por diante). Crédito: Sakazaki & Hamilton
Quando a lua se formou há cerca de 4,5 bilhões de anos, o dia tinha menos de 10 horas de duração. Mas desde então, a atração gravitacional da lua na Terra tem diminuído a rotação do nosso planeta, resultando em um dia cada vez mais longo. Hoje, continua a aumentar a uma taxa de cerca de 1,7 milissegundos a cada século.
A lua retarda a rotação do planeta puxando os oceanos da Terra, criando protuberâncias de maré em lados opostos do planeta que experimentamos como marés altas e baixas. A atração gravitacional da lua sobre essas protuberâncias, mais o atrito entre as marés e o fundo do oceano, age como um freio em nosso planeta em rotação.
“A luz solar também produz uma maré atmosférica com o mesmo tipo de protuberâncias”, diz Murray. “A gravidade do sol atrai essas protuberâncias atmosféricas, produzindo um torque na Terra. Mas, em vez de desacelerar a rotação da Terra como a lua, ela a acelera.”
Durante a maior parte da história geológica da Terra, as marés lunares superaram as marés solares por um fator de dez; daí, a diminuição da velocidade de rotação da Terra e o aumento dos dias.
Mas cerca de dois bilhões de anos atrás, as protuberâncias atmosféricas eram maiores porque a atmosfera era mais quente e porque sua ressonância natural – a frequência com que as ondas se movem através dela – correspondia à duração do dia.
A atmosfera, como um sino, ressoa em uma frequência determinada por vários fatores, inclusive a temperatura. Em outras palavras, ondas — como as geradas pela enorme erupção do vulcão Krakatoa, na Indonésia, em 1883 — viajam por ele a uma velocidade determinada por sua temperatura. O mesmo princípio explica por que um sino sempre produz a mesma nota se sua temperatura for constante.
Murray e seus colaboradores confiaram em evidências geológicas em seu estudo, como essas amostras de um estuário de maré que revelam o ciclo das marés vivas e mortas. Crédito: GE Williams
Durante a maior parte da história da Terra, essa ressonância atmosférica esteve fora de sincronia com a taxa de rotação do planeta. Hoje, cada uma das duas “marés altas” atmosféricas leva 22,8 horas para dar a volta ao mundo; como essa ressonância e o período de rotação de 24 horas da Terra estão fora de sincronia, a maré atmosférica é relativamente pequena.
Mas durante o período de bilhões de anos em estudo, a atmosfera foi mais quente e ressoou com um período de cerca de 10 horas. Além disso, no advento dessa época, a rotação da Terra, desacelerada pela lua, atingiu 20 horas.
Quando a ressonância atmosférica e a duração do dia tornaram-se fatores pares – dez e 20 – a maré atmosférica foi reforçada, as protuberâncias tornaram-se maiores e a atração da maré do sol tornou-se forte o suficiente para contrariar a maré lunar.
“É como empurrar uma criança em um balanço”, diz Murray. “Se o seu push e o período do swing estiverem fora de sincronia, não vai subir muito. Mas, se eles estiverem sincronizados e você estiver empurrando no momento em que o balanço para em uma das extremidades de seu curso, o empurrão aumentará o impulso do balanço e ele irá mais longe e mais alto. Foi o que aconteceu com a ressonância atmosférica e a maré.”
Juntamente com evidências geológicas, Murray e seus colegas alcançaram seus resultados usando modelos de circulação atmosférica global (GCMs) para prever a temperatura da atmosfera durante esse período. Os GCMs são os mesmos modelos usados pelos climatologistas para estudar o aquecimento global. Segundo Murray, o fato de terem trabalhado tão bem na pesquisa da equipe é uma lição oportuna.
“Conversei com pessoas que são céticas em relação às mudanças climáticas e que não acreditam nos modelos de circulação global que nos dizem que estamos em uma crise climática”, diz Murray. “E eu digo a eles: usamos esses modelos de circulação global em nossa pesquisa e eles acertaram. Eles trabalham.”
Apesar de seu afastamento na história geológica, o resultado acrescenta uma perspectiva adicional à crise climática. Como a ressonância atmosférica muda com a temperatura, Murray aponta que nossa atmosfera atual em aquecimento pode ter consequências nesse desequilíbrio das marés.
“À medida que aumentamos a temperatura da Terra com o aquecimento global, também aumentamos a frequência ressonante – estamos movendo nossa atmosfera para mais longe da ressonância. Como resultado, há menos torque do sol e, portanto, a duração do dia vai ficar mais longa, mais cedo do que seria de outra forma.”
