Hakatai-Schiefer enthüllt einen 19-Stunden-Tag auf der frühen Erde

Hakatai-Schiefer bewahrt Rhythmen eines 19-Stunden-Tags

Vor rund 1,25 Milliarden Jahren bildeten die Schlickflächen am Rand eines Binnenmeers den Ursprung der rötlich-orangen Schichten des Hakatai-Schiefers.

Diese subtropische Landschaft auf dem Urkontinent Laurentia verwandelte sich zeitweise in ein Gebiet mit verdunstender Feuchtigkeit, ähnlich einer heutigen Sabkha oder Playa.

Mit den wechselnden Klimabedingungen lagerten sich die Sedimente in rhythmischen Mustern ab.

Heute lassen sich dieselben Muster in Aufschlüssen verfolgen, die 65 Kilometer voneinander entfernt liegen. Sie bewahren ein Zeugnis aus einer Zeit, in der ein Tag auf der Erde deutlich kürzer war als jener, den wir heute erleben.

Damals dauerte ein Tag nur etwa 19 Stunden.

In einer neuen Studie ermittelten Forschende dies anhand der farbigen, sich wiederholenden Muster im Hakatai-Schiefer, der heute im zentralöstlichen Grand Canyon freiliegt. Diese Muster spiegeln Klimazyklen der Erde wider, die durch ihre Bewegungen im Weltraum ausgelöst werden.

Offenbar handelt es sich um geologische Fingerabdrücke von Klimaveränderungen, die durch geringfügige Schwankungen der Erdumlaufbahn und Erdrotation entstehen – die sogenannten Milanković-Zyklen.

Milanković-Zyklen und das frühe Erde-Mond-System

Durch die Untersuchung solcher Zyklen haben Forschende Aspekte des alten Erde-Mond-Systems rekonstruiert. Allerdings lässt sich dies nicht einfach bewerkstelligen, indem man heutige astronomische Modelle unbegrenzt weit zurückrechnet.

Die Rekonstruktion dieser Zyklen für eine Zeit vor mehr als einer Milliarde Jahren ist anspruchsvoll. Zahlreiche Variablen müssen berücksichtigt werden, da die Erdumlaufbahn über sehr lange Zeiträume chaotisch verläuft.

Im Lauf der Zeit verändert sich die Form der Erdumlaufbahn, die Neigung ihrer Rotationsachse schwankt, und auch die Ausrichtung dieser Achse verschiebt sich. Zudem hat die allmähliche Entfernung des Mondes von der Erde den zeitlichen Ablauf einiger dieser Zyklen verändert.

All dies beeinflusst, wie viel Sonnenlicht den Planeten erreicht und wie es verteilt ist – und damit auch die Art des abgelagerten Schiefers.

Bei der Analyse des Hakatai-Schiefers fanden die Forschenden abwechselnde Lagen aus karbonatreichem und schlammigem Gestein, die sich in mehreren Grössenordnungen wiederholen.

Diese Wiederholungsmuster entsprechen unterschiedlichen Kombinationen orbitaler Bedingungen von Erde und Mond. Sobald sie entschlüsselt sind, können sie Merkmale des Klimas zum Zeitpunkt der Ablagerung offenlegen.

Ähnliche Schichtungsmuster treten im Schiefer in mehr als 60 Kilometern Entfernung erneut auf. Das spricht dafür, dass sie grossräumige Klimaänderungen und nicht lokale Unterschiede bei der Sedimentablagerung widerspiegeln.

Ein Signal, das aufgrund von Veränderungen der Neigung der Erdachse erwartet wurde, schien in zwei getrennte Teile aufgespalten zu sein. Nach Einschätzung der Forschenden könnte dies entweder Änderungen darin widerspiegeln, wie das Klimasystem auf orbitalen Antrieb reagierte, oder Veränderungen in der Orbitaldynamik des Sonnensystems selbst.

Mondentfernung und die Dauer des Erdentags

Nach Berücksichtigung dieses ungewöhnlichen Signals berechnete das Team für die Präzession – eine Veränderung der Ausrichtung der Rotationsachse eines rotierenden Körpers – einen Zeitraum von etwa 15.730 Jahren. Daraus ergab sich für die Entfernung des Mondes ein Wert von 53,8 Erdradien; darauf aufbauend wurde die Dauer des Tages mit 19 Stunden berechnet.

Dies stimmt zudem mit bestehenden Modellen zur Entwicklung des Erde-Mond-Systems vor etwa 1,25 Milliarden Jahren überein.

Die Ergebnisse liefern ausserdem keine Hinweise auf eine vorgeschlagene Phase im Mesoproterozoikum, in der die Tageslänge der Erde vorübergehend bei etwa 19,5 oder 21 Stunden zum Stillstand gekommen sein soll.

Die Studie verdeutlicht, dass alte Sedimente weit mehr bewahren können als eine Momentaufnahme der Landschaft, in der sie entstanden sind – in diesem Fall eines Binnenmeers.

Der Hakatai-Schiefer dokumentiert aus einer verschwundenen subtropischen Welt mit deutlich kürzerem Tag auch Klimarhythmen und jene Himmelsmechanik, die sie antrieb.

Die Forschung wurde in Nature Geoscience veröffentlicht.

Dieser Artikel wurde von Peter Dockrill auf Fakten geprüft und von Peter Dockrill redigiert. Wir sind zwar stolz auf unseren Prozess, aber auch nur Menschen. Falls Ihnen ein Fehler auffällt, lassen Sie es uns bitte wissen.