Erdgeschichte Als der Tag nur 18 Stunden hatte

Bei der Untersuchung uralter Steine haben Geologen festgestellt, dass uns der Mond früher deutlich näher war als heute. Daraus folgt auch: Damals müssen die Tage auf der Erde auch deutlich kürzer gewesen sein.

Erde und Mond (Fotomontage)
NASA

Erde und Mond (Fotomontage)


Sollten Sie sich mal geärgert haben, dass Ihr Privatleben kaum in 24 Stunden hineinpasst, so kommt hier eine gute Nachricht: Unsere Tage werden länger, denn die Dauer für eine komplette Drehung der Erde nimmt zu. Und falls Sie sich dafür sogleich bedanken wollen, wäre hier auch der wichtigste Adressat: Es ist unser Mond.

Die Begründung dafür liefert eine neue Studie amerikanischer Geowissenschaftler. Stephen Meyers von der University of Wisconsin und ein Kollege haben den Einfluss des Erdmondes und anderer Himmelskörper auf die Bewegung der Erde untersucht.

Ergebnis des komplexen Zusammenspiels: vor 1,4 Milliarden Jahren war der Tag kürzer, er dauerte damals nur 18 Stunden und 41 Minuten. Gleichzeitig war uns der Mond deutlich näher. Mit 341.000 Kilometern hielt er knapp 90 Prozent seiner heutigen Distanz.

Mond (Archivbild)
DPA

Mond (Archivbild)

Bereits zuvor war bekannt: Es zieht den Mond von der Erde weg. Die Apollo-Astronauten hatten zwischen 1969 und 1972 mehrere Laserreflektoren auf der Mondoberfläche abgestellt. Mit Laserschüssen von der Erde aus wurde dann immer wieder die genaue Distanz unseres Begleiters gemessen, momentan wächst sie um 3,8 Zentimeter pro Jahr.

"Wenn sich der Mond wegbewegt, ergeht es der Erde wie einer sich drehenden Eiskunstläuferin. Sie wird langsamer, wenn sie ihre Arme ausstreckt", so Meyers, dessen Studie im Fachblatt "Proceedings der National Academy of Sciences" erschienen ist.

Diese Kopplung von Erde und Mond ist eine Folge der Drehimpulserhaltung im Erde-Mond-System. Rechnet man den jährlichen Abstandsgewinn des Mondes zurück, so rücken die beiden immer enger zusammen. Vor 1,5 Milliarden Jahren wären sie sich so nahe, dass die Gezeitenkräfte der Erde ihren Trabanten auseinandergerissen hätten.

"Klar ist aber, dass der Mond 4,5 Milliarden Jahre alt ist", so Meyers. Daher brauche man weitere Messungen, um die Vergangenheit von Erde und Mond rekonstruieren zu können. Eine simple Rückrechnung reiche nicht aus. In ihrer Publikation beschreiben Meyers und sein Kollege Alberto Malinverno wie sie dafür Astronomie, Geowissenschaft und statistische Methoden verbanden.

Dass im Erdgestein Informationen über uralte Klimamuster enthalten sind, ist nicht neu - auch nicht, dass die Himmelskörper dabei eine wichtige Rolle spielen. Bereits in den Zwanzigerjahren hatte der Serbe Milutin Milankovi (1879 - 1958) herausgefunden, dass zyklische Veränderungen astronomischer Parameter eng mit dem Erdklima verknüpft sind.

Insbesondere ging es Milankovi um die Erklärung der Wechsel zwischen Eis- und Warmzeiten. Er erkannte, dass wiederkehrende Änderungen der Sonneneinstrahlung das Resultat der Überlagerung mehrerer Zyklen sind: Die elliptische Gestalt der Bahn der Erde um die Sonne ändert sich mit einer Periode von rund 100.000 Jahren. Außerdem schwankt die Schiefstellung der Erdachse in 41.000 Jahren, und zwar um zwei Grad. Zusätzlich taumelt unsere Achse periodisch mit 26.000 Jahren, ähnlich wie ein Kinderkreisel. Viele dieser Zyklen sind Folgen kleiner Störkräfte, ausgeübt von Körpern des Sonnensystems.

Fehlergrenze: 15 Minuten

Die daraus folgenden Klimavariationen sind in uralten Gesteinsschichten als Schichtfolgen wie in einem Archiv gespeichert, Forscher wie Meyers können daraus geologische und astronomische Daten entschlüsseln.

Um seine Theorie zu testen, hat er sich zwei alte geschichtete Gesteine vorgenommen: die 55 Millionen Jahre alte Formation des sogenannten Walfischrückens vor der Küste Namibias und die Xiamaling-Formation in Nordchina, die sogar 1400 Millionen Jahre auf dem Buckel hat.

Insbesondere bei solch uralten Gesteinen wagen sich die Forscher weit vor, denn das Sonnensystem funktioniert anders als ein Uhrwerk. Auf längere Sicht bestimmt auch chaotisches Verhalten die Bewegungen der Planeten.

Anfänglich nur minimale Variationen können sich Millionen Jahren später zu dramatischen Veränderungen auswachsen - Vorhersagen und Rückrechnungen chaotischer Systeme bewegen sich deshalb auf unsicherem Terrain.

Es erforderte deshalb einen neuen statistischen Ansatz, die sogenannte Inversion nach Bayes, um diese Unsicherheit besser zu beherrschen. Aus der Vermessung eines zwei Meter dicken Felsstücks der Xiamaling-Formation konnten die Autoren die Länge des Tages vor 1,4 Milliarden Jahren hinreichend genau zurückberechnen. Die Fehler sollen sich dabei in überschaubaren Grenzen halten, die Forscher geben sie mit einer Viertelstunde an.

Die beiden Forscher wollen anhand zusätzlicher Gesteinsproben nun die Veränderung der Tageslänge in anderen Erdzeitaltern aufklären. Klar ist, dass die Tageslänge momentan um 0,002 Sekunden pro Jahrhundert anwächst. Und dies führt schlussendlich zur schlechten Nachricht: Um die Zeit zum Überfliegen dieses Artikels (drei Minuten) durch den Effekt der Tagesverlängerung wieder herauszuholen, bräuchte ein Leser viel Geduld, genauer gesagt: neun Millionen Jahre.



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