За последние 320 миллионов лет Земля четырежды быстро смещалась вокруг своей оси

Фото из открытых источников

Древние затопления континентальных окраин показывают, что в определенные периоды истории Земли планета смещалась относительно своей оси быстрее, чем в настоящий момент. Хотя у нас нет возможности проследить эти движения на протяжении 90 процентов существования Земли, признаки ускоренного движения можно увидеть за последние 320 миллионов лет. За это время наблюдались четыре периода, когда движение было значительно сильнее фонового. Результаты исследования были опубликованы в журнале Science.

Земля — это не спокойно вращающееся тело, как это может показаться из школьных учебников. Наряду с прецессией и незначительными изменениями во времени, которые заставляют нас использовать високосные секунды, существует явление, известное как истинное смещение полюсов (TPW). 

Оно возникает из-за изменений в распределении массы Земли, например, вследствие тектоники плит. Подобно тому, как вращающиеся объекты (или люди в случае фигуристов) вращаются быстрее, когда их масса сконцентрирована вблизи оси вращения, вращающиеся сферы наиболее устойчивы, когда их масса наиболее высока вблизи экватора. Если вес перемещается в более высокие широты, мяч будет смещаться вокруг оси, чтобы восстановить устойчивость.

Скорость изменения массы Земли варьируется, поскольку иногда движения континентов примерно уравновешивают друг друга, а в другие моменты масса перераспределяется таким образом, что планета в целом начинает двигаться относительно своей оси. Текущая скорость изменения массы Земли составляет около 10 сантиметров в год, что в целом считается незначительным в масштабах человеческой жизни.

Знание того, как континенты перемещались в прошлом, указывает на то, что скорость распространения тектонических волн должна была меняться в геологических масштабах времени, но среди геологов нет единого мнения о том, насколько именно.

Мэтью Домейер и его коллеги из Университета Осло считают, что нашли способ измерить древние показатели TPW, и их результаты оказались неожиданными. 

«Эти результаты опровергают мнение о том, что уровень TPW незначителен или постоянно медленен, — пишут авторы, — и подчеркивают необходимость рассматривать TPW как эпизодический фактор, влияющий на изменение уровня моря и, вероятно, на другие глобальные экологические и биологические процессы».

Авторы отмечают, что при смещении полюсов центробежные силы, действующие на океаны Земли, изменяются, вызывая повышение уровня моря в одних частях мира и понижение в других. Если смещение полюсов происходит быстро, утверждают они, то эффект должен быть достаточно сильным, чтобы проявиться в виде свидетельств того, что континентальные окраины были поглощены океанами. 

Когда происходит TPW (транзисторное полярное движение), оно имеет свою собственную ось, проходящую между двумя точками на экваторе, расположенными по разные стороны Земли. Для целей изменения уровня моря это создает четыре полюса – хорошо известные Северный и Южный полюса, а также полюса, расположенные на оси TPW. В этих точках не произойдет изменения сил, действующих на океан. Однако в местах, наиболее удаленных от любого полюса (т.е. на широтах, близких к 45° и перпендикулярных оси TPW), уровень моря будет повышаться или понижаться пропорционально скорости TPW.

Авторы отмечают четыре периода, когда признаки изменения уровня моря соответствуют закономерности, при которой уровень воды в бассейне реки был достаточно высок, чтобы выделяться на фоне других факторов. 

Например, в середине мелового периода, 100-90 миллионов лет назад, когда по Земле бродили спинозавры и аргентинозавры , после корректировки с учетом климатических изменений уровень моря поднялся вокруг Северной Америки и Европы, но понизился вокруг Южной Америки, южной Африки и Восточной Азии. Это то, чего мы ожидали бы, если бы TPW вращалась против часовой стрелки вокруг полюса на 53° восточной долготы, что приблизительно соответствует прогнозам геологов, основанным на наших знаниях о континентальных движениях в более ранний период.

Хотя даты не совпадают идеально, авторы считают, что в различных наборах данных достаточно неопределенности, чтобы рассматривать это как успех их модели.

Примерно обратная картина наблюдается еще более отчетливо в период от 150 до 140 миллионов лет назад, в поздней юре (когда господствовали стегозавр и диплодок), за исключением того, что части Антарктиды занимают место южной Африки, что согласуется с вращением по часовой стрелке вокруг полюса TPW на 58° восточной долготы.

Два других периода, от 200 до 190 миллионов лет назад и от 30 до 20 миллионов лет назад, менее ясны, но все же демонстрируют статистически значимые закономерности. В более раннем случае неясность может быть связана с частичным стиранием геологической летописи. Однако авторы признают, что скорость TPW для самого последнего из четырех периодов должна была быть довольно скромной, чтобы создать такую едва заметную закономерность.

TPW имеет значение не только для незначительных изменений местного уровня моря: он может изменять климат на определенных широтах, а также нарушать магнитное поле Земли.

Исследования намагниченности древних пород в прошлом использовались для предположения о гораздо более высоких темпах TPW, однако измерения, проведенные на разных участках, противоречивы. Некоторые, но не все, периоды увеличения TPW, предложенные учеными на основе палеомагнитных показаний, совпадают с теми, которые Домейер и соавторы обнаружили при изучении изменений уровня моря.