Co wymarły mięczak ma wspólnego z Księżycem? To jest jedna z tych zdumiewających historii naukowych, która wiąże wiele dyscyplin i linii dowodowych w jedną, elegancką narrację. W tym wypadku, szczegółowa analiza liczącej 70 milionów lat muszli mięczaka dała naukowcom decydującą informację, która pomogła im wymodelować układ Ziemia-Księżyc.
Zacznijmy od Księżyca – astronomowie wiedzą, że Księżyc odsuwa się od Ziemi w stałym tempie 3,82 centymetra rocznie. Możemy to dokładnie zmierzyć, ponieważ misja Apollo zostawiła na powierzchni Księżyca reflektory rogowe i możemy odbijać lasery od tych reflektorów, i mierzyć czas ich podróży tam i z powrotem. Ponieważ naukowcy znają także dokładnie wyliczoną prędkość światła mogą użyć czasu tej podróży, by wyliczyć dokładną odległość między laserem na Ziemi a reflektorem na Księżycu.
Dlaczego Księżyc odsuwa się od Ziemi? Wyjaśnienie w jednym słowie – pływy. Siły pływowe z nieodległych, dużych obiektów powodują tworzenie się wybrzuszenia. Znamy dobrze to zjawisko z powodu wybrzuszeń w oceanie, spowodowanych głównie przez Księżyc (i w mniejszym stopniu przez Słońce), które lokalnie odbieramy jako przypływy i odpływy morza. Pływowe wybrzuszenie Ziemi wyprzedza nieco Księżyc na jego orbicie, ponieważ Ziemia obraca się szybciej niż Księżyc. To wyprzedzające wybrzuszenie lekko szarpie Księżycem, wypychając go na wyższą orbitę, dalej od Ziemi. Jest to przekazaniem pędu z Ziemi na Księżyc via grawitacja, co nie tylko dalej odsuwa Księżyc, ale spowalnia obrót Ziemi (i pozostaje zachowany moment pędu).
To samo działa się w drugą stronę – pływowe wybrzuszenie na Księżycu także odpychało Ziemię, spowalniając jej obrót aż do czasu powstania obrotu synchronicznego Księżyca i Ziemi. Dlatego ta sama strona Księżyca zawsze jest skierowana ku Ziemi. To stosuje się do wszystkich planet, które są bliskie swojej gwiazdy rodzicielskiej. Znajdujemy wiele planet pozasłonecznych, które są blisko swoich gwiazd i jest prawdopodobne, że wszędzie jest obrót synchroniczny, który powoduje, że zwracają się do słońca tą samą stroną.
No dobrze, ale istnieje matematyczny problem z modelem Ziemia-Księżyc. Jeśli ekstrapolujemy w przeszłość, zakładając stałe tempo odsuwania się Księżyca, to wychodzi nam, że Księżyc był częścią Ziemi 1,4 miliarda lat temu. Z innych dowodów (takich jak datowanie skał Księżyca) wiemy jednak, że Księżyc prawdopodobnie liczy 4,5 miliarda lat. Jasne jest więc, że odsuwanie się Księżyca od Ziemi przyspieszyło i nie jest stałe. Gdybyśmy tylko mogli dokładnie zmierzyć długość dnia w odległej przeszłości, moglibyśmy włączyć to do naszych modeli układu Ziemia-Księżyc i wszystko wyprostować. Tutaj właśnie do opowieści wkraczają mięczaki.
Właściwie, zanim dojdziemy do mięczaków: naukowcy już byli w stanie ocenić liczbę dni w roku przez liczenie kręgów koralowców. Koralowce codziennie składają warstwę węglanu wapnia i skamieniałe koralowce zachowują linie codziennego wzrostu. Istnieją także sezonowe różnice, które pozwalają na określenie roku – można więc policzyć liczbę dni w pradawnym roku. Długość roku jest stała w czasie, więc to pozwala także naukowcom wyliczyć długość dnia.
A więc to nowe badanie nie jest całkowicie nowe, ale jest nową i bardziej precyzyjną techniką i skupia się na innym zwierzęciu Torreites sanchezi, małży z rzędu rudystów (patrz ilustracja powyżej). Piszą oni:
Kombinacja liczenia warstw, analizy widmowej chemicznej cykliczności i liczenia chemicznych warstw pokazuje, że rudysty strącały 372 dzienne warstewki rocznie, pokazując, że długość dnia wzrosła od później kredy, jak przewidywały modele astronomiczne.
Użyli więc kombinacji technik, które pokazały kilka rzeczy. Po pierwsze, 70 milionów lat temu było 372 dni w roku, co przekłada się na dzień o długości 23,5 godziny. Ale dzienne różnice w tempie wzrostu były bardziej skrajne niż przypuszczano. Autorzy stawiają hipotezę, że jest to dowód na fotosyntezę i że widzimy na kręgach wzrostu wzór światła-ciemności. Mięczaki są zwierzętami i nie mogą dokonywać fotosyntezy, to więc z kolei wskazuje, że miały fotosyntetyzującego symbionta, który żył w ich muszlach. Jest to poszlakowy dowód, ale najmocniejszy dowód, jaki mamy jak dotąd.
Te małże miały coś wspólnego z koralowcami – w swoim czasie także budowały rafy. Wymarły podczas wymierania kredowego, kiedy wymarły dinozaury 66 milionów lat temu.
Badacze mają nadzieję na zastosowanie tej techniki do innych, podobnych skamieniałości z innych okresów czasu, żeby uzyskać więcej danych, wskazujących na długość dnia na przestrzeni historii. To naprawdę pomoże w zrewidowaniu fizycznych modeli układu Ziemia-Księżyc. Te dane dadzą nam jednak również informację nie tylko o klimacie, ale o pogodzie w przeszłości. Badacze mówią, że ich techniki dają im pięć wskaźników dla każdego dnia w życiu małży. Ponieważ tempo wzrostu wydaje się głównie zależeć od poziomów światła, zasadniczo możemy powiedzieć, że konkretnego dnia 70 milionów lat temu było pochmurnie. Możemy także wywnioskować z danych z muszli, jaka była temperatura wody.
Muszle są ogólnie wspaniałym źródłem skamieniałych dowodów z przeszłości. Tworzą je żywe procesy, ale są twarde i trwają przez miliony lat. Notują dokładne dane, dając nam nadzwyczajne okno pozwalające na oglądanie przeszłości. Samo to jest zdumiewającą historią, ale uwielbiam fakt, że ta historia splata ze sobą tak wiele aspektów nauki. To wspaniały przykład mocy konsiliencji w nauce.
Day Was Shorter 70 Million Years Ago
NeuroLogica Blog, 10 marca 2020
Tłumaczenie: Małgorzata Koraszewska
| Chief editor: | Hili |
| Webmaster:: | Andrzej Koraszewski |
| Collaborators: | Jacek Chudziński, Hili, Małgorzata Koraszewska, Andrzej Koraszewski, Henryk Rubinstein |