12 juli 2024

De afstand tot de Maan en de daglengte 2,46 miljard jaar geleden

Credit: Qimono/Pixabay.

In een traag tempo verwijdert de Maan zich van de Aarde en draait de Aarde steeds langzamer om haar eigen as. Om iets te kunnen zeggen over deze veranderingen in het verre verleden gebruiken geologen informatie die is vastgelegd in het gesteente en in fossielen. Maar hoe verder ze terug kijken in de tijd, hoe lastiger het wordt om die informatie te achterhalen. Een internationaal team van aardwetenschappers is er nu in geslaagd om de afstand tot de Maan 2,46 miljard jaar geleden nauwkeurig te bepalen aan de hand van zogeheten Milankovitch-cycli. Dat is meer dan een miljard jaar eerder dan tot nu toe bekend was.

De Joffre Gorge in het Karijini Nationaal Park in West-Australië waar Lantink en haar team bewijs vonden voor de aanwezigheid van Milankovitch-cycli in 2,46 miljard-jaar-oude banded iron formations. Regelmatige afwisselingen tussen roodbruine, hardere gesteentelagen en donkerder, schaduwrijke, zachtere kleilagen op een schaal van iets minder dan 1 meter zijn met name goed te zien in de rotswand in de schaduw links op de foto. De onderzoekers koppelen deze afwisselingen aan periodieke veranderingen in de excentriciteit (ellipsvormigheid) van de Aardbaan, met een duur van ongeveer 100.000 jaar. Foto: Greg Jack.

Het team van wetenschappers, verbonden aan de Universiteit Utrecht, de Universiteit van Genève en de Universiteit van Quebec in Montreal, onderzocht hiervoor een zeer oud type van sedimentair gesteente in West-Australië, de zogenaamde ‘banded iron formations’ of gestreepte ijzerformaties. In deze formaties troffen zij regelmatige patronen aan van afwisselend ijzerrijke en meer klei-houdende lagen. Dit karakteristieke patroon hangt volgens de onderzoekers samen met periodieke veranderingen in de vorm van de Aardbaan en de stand van de Aardas in het verleden. Deze beïnvloedden op hun beurt de hoeveelheid instraling van de zon die de Aarde ontving (de zogenaamde Milankovitch-cycli) en daarmee dus ook het klimaat, en het zijn die klimaatschommelingen die vervolgens als regelmatige patronen zijn vastgelegd in het gesteentearchief. Maar dat kenmerkende patroon van de gesteentelagen veranderde ook nog eens langzaam door de tijd heen. Deze langzamere verschuiving is het directe gevolg van de zogenaamde ‘getijdenevolutie’ van het Aarde-Maansysteem, en is daarmee dus ook gekoppeld aan de afstand tussen de Aarde en Maan in het verleden, aldus aardwetenschapper Margriet Lantink van de Universiteit Utrecht.

Regelmatige afwisselingen tussen witte, roodbruine en grijsblauwe lagen op een schaal van ’ongeveer 10 cm, die de onderzoekers koppelen aan de precessiecyclus (“tolbeweging”) van de aardas en die goed links op de foto te zien zijn. 2,46 miljard jaar geleden had deze cyclus een veel kortere periode – circa 11.000 jaar – dan tegenwoordig (circa 21.000 jaar), als gevolg van de kortere Aarde-Maan afstand. De precieze periode van de kleinschalige cycli, en dus ook de afstand Aarde-Maan, kon worden bepaald aan de hand van de dikteverhouding van deze kleinschalige cycli met de grootschaligere (100.000-jaar) cycli, die goed te zien op de eerste foto. Credit: Frits Hilgen.

Dichterbij
Door het patroon nauwkeurig te bepalen met behulp van gedetailleerde analyses van het gesteente kon ze reconstrueren hoe ver de Aarde en Maan destijds uit elkaar stonden. “Nu bedraagt die afstand zo’n 384.400 kilometer. Gemiddeld dan, want de Maan beschrijft geen volmaakte cirkel rondom de Aarde, maar een ellips. Voor de onderzochte periode was die afstand een stuk kleiner: gemiddeld zo’n 321.800 kilometer.” Deze afstand komt overeen met de uitkomsten van verbeterde modellen die Franse astronomen onlangs hebben opgesteld voor de geschiedenis van het Aarde-Maan-systeem. “Belangrijk is verder dat onze interpretatie van de patronen in de gesteentelagen in termen van de Milankovitch-cycli bevestigd wordt door uranium-looddateringen van vulkanische mineralen afkomstig uit het gesteentepakket.”

Kort dag
De Aarde is in de loop van de tijd ook langzamer om haar eigen as gaan draaien. Ook dat was al bekend, maar Lantink heeft nu kunnen berekenen hoe lang een dag op de vroege Aarde duurde: niet 24 maar een kleine 17 uur. Eerder al toonde ze aan, in samenwerking met Zwitserse collega’s, dat het klimaat op Aarde 2,5 miljard jaar geleden regelmatige veranderingen onderging als gevolg van de periodieke schommelingen in de vorm van de Aardbaan. De huidige klimaatverandering heeft overigens geen astronomische oorzaak, verduidelijkt Lantink voor de zekerheid: deze speelt zich op veel kortere tijdschalen af en wij zijn er zelf verantwoordelijk voor.

Artikel
Margriet L. Lantink et al (2022), ‘Milankovitch cycles in banded iron formations constrain the Earth-Moon system 2.46 billion years ago’, PNAS.

Bron: Universiteit van Utrecht.

Share

Speak Your Mind

*