Roche sédimentaire de 600 millions d’années préservant les cycles de Milankovitch qui permettent de détecter l’ancienne durée du jour sur Terre. Crédit : Ross Mitchell
Selon une étude publiée dans Nature Geoscience, la longueur du jour sur Terre n’a pas été constamment plus courte dans le passé, mais a pu s’arrêter à environ 19 heures pendant environ un milliard d’années. Cette période de stabilité de la durée du jour coïncide curieusement avec deux augmentations significatives de l’oxygène atmosphérique, ce qui suggère que la rotation de la Terre a pu affecter sa composition atmosphérique.
Il est difficile d’accomplir tout ce que l’on veut en une journée. Mais cela aurait été encore plus difficile si nous avions vécu plus tôt dans l’histoire de la Terre.
Bien que nous considérions la journée de 24 heures comme allant de soi, dans le passé lointain de la Terre, les journées étaient encore plus courtes.
La durée des jours était plus courte parce que la Lune était plus proche. « Au fil du temps, la Lune a volé l’énergie de rotation de la Terre pour la propulser sur une orbite plus élevée, plus éloignée de la Terre », explique Ross Mitchell, géophysicien à l’Institut de géologie et de géophysique de l’Académie chinoise des sciences et auteur principal d’une nouvelle étude publiée dans Nature Geoscience.
« La plupart des modèles de rotation de la Terre prédisent que la durée du jour était de plus en plus courte en remontant dans le temps », a déclaré Uwe Kirscher, co-auteur de l’étude et chercheur à l’université Curtin en Australie.
Mais Mitchell et Kirscher n’ont pas trouvé de changement lent et régulier de la longueur du jour en remontant le temps.
Illustration des marées opposées de la Terre dues à l’attraction de la Lune et à la poussée du Soleil. Crédit : Mitchell, et al.
Comment les chercheurs mesurent-ils la durée des jours anciens ? Au cours des dernières décennies, les géologues ont utilisé les enregistrements de roches sédimentaires spéciales préservant une stratification à très fine échelle dans les vasières de marée. En comptant le nombre de couches sédimentaires par mois causées par les fluctuations des marées, on connaît le nombre d’heures d’une journée ancienne.
Mais ces enregistrements des marées sont rares, et ceux qui sont conservés sont souvent contestés. Heureusement, il existe un autre moyen d’estimer la durée du jour.
La cyclostratigraphie est une méthode géologique qui utilise la stratification sédimentaire rythmique pour détecter les cycles astronomiques « Milankovitch » qui reflètent la façon dont les changements dans l’orbite et la rotation de la Terre affectent le climat.
« Deux cycles de Milankovitch, la précession et l’obliquité, sont liés à l’oscillation et à l’inclinaison de l’axe de rotation de la Terre dans l’espace. La rotation plus rapide de la Terre primitive peut donc être détectée dans des cycles de précession et d’obliquité plus courts dans le passé », explique Kirscher.
Mitchell et Kirscher ont tiré parti de la récente prolifération des enregistrements de Milankovitch, plus de la moitié des données relatives aux temps anciens ayant été générées au cours des sept dernières années.
« Nous avons réalisé qu’il était enfin temps de tester une sorte d’idée alternative marginale, mais tout à fait raisonnable, sur la paléorotation de la Terre », a déclaré Mitchell.
L’une des théories non prouvées est que la longueur du jour aurait pu s’arrêter à une valeur constante dans le passé lointain de la Terre. Outre les marées océaniques liées à l’attraction de la Lune, la Terre connaît également des marées solaires liées au réchauffement de l’atmosphère pendant la journée.
Les marées atmosphériques solaires ne sont pas aussi fortes que les marées océaniques lunaires, mais cela n’a pas toujours été le cas. Lorsque la Terre tournait plus vite dans le passé, l’attraction de la Lune aurait été beaucoup plus faible. Contrairement à l’attraction de la Lune, la marée du Soleil pousse la Terre. Ainsi, alors que la Lune ralentit la rotation de la Terre, le Soleil l’accélère.
« Pour cette raison, si dans le passé ces deux forces opposées étaient devenues égales l’une à l’autre, une telle résonance de marée aurait fait que la longueur du jour de la Terre aurait cessé de changer et serait restée constante pendant un certain temps », a déclaré Kirscher.
Et c’est exactement ce que la nouvelle compilation de données a montré.
La durée du jour sur Terre semble avoir cessé d’augmenter sur le long terme et s’est stabilisée à environ 19 heures, il y a environ deux à un milliard d’années – « le milliard d’années », note Mitchell, « communément appelé le milliard « ennuyeux » ».
Le moment où s’est produit ce décrochage se situe, de manière intrigante, entre les deux plus fortes augmentations de l’oxygène. Timothy Lyons, de l’Université de Californie à Riverside, qui n’a pas participé à l’étude, a déclaré : « Il est fascinant de penser que l’évolution de la rotation de la Terre a pu affecter l’évolution de la composition de l’atmosphère ».
La nouvelle étude soutient donc l’idée que l’augmentation des niveaux modernes d’oxygène sur Terre a dû attendre des jours plus longs pour que les bactéries photosynthétiques génèrent plus d’oxygène chaque jour.
Référence : « Mid-Proterozoic day length stalled by tidal resonance » par Ross N. Mitchell et Uwe Kirscher, 12 juin 2023, Nature Geoscience.
DOI: 10.1038/s41561-023-01202-6