Thông thường, tốc độ quay của Trái đất sẽ từ từ chậm lại theo thời gian. Nguyên nhân chính là lực thủy triều do Mặt trăng tạo ra, làm tiêu hao năng lượng quay của hành tinh, khiến ngày trên Trái đất dài ra dần dần.
Sự quay của Trái đất chịu tác động của nhiều lực khác nhau, trong đó quan trọng nhất là ma sát thủy triều từ các đại dương. Lực cản này hoạt động như một chiếc bánh đà quay chậm dần, khiến độ dài ngày tăng lên theo thời gian rất dài.
Tuy nhiên, một nghiên cứu cho thấy quá trình này không diễn ra một cách trơn tru. Nhóm nghiên cứu đã tổng hợp hàng chục ước tính về độ dài ngày trong quá khứ, dựa trên các lớp đá trầm tích hình thành trong suốt 2,5 tỷ năm.
Những loại đá này lưu giữ các mô hình địa tầng chu kỳ chứa dấu vết của những thay đổi lặp lại trong quỹ đạo và tốc độ quay của Trái đất.
Phân tích cho thấy lịch sử quay của hành tinh bao gồm các giai đoạn ổn định kéo dài, xen kẽ với những thời kỳ ngày dài ra nhanh hơn.
Từ khoảng 1 đến 2 tỷ năm trước, nhiều bằng chứng độc lập đều cho thấy độ dài ngày duy trì quanh mức 19 giờ. Các lớp đá hình thành sớm hơn hoặc muộn hơn đều cho thấy giá trị khác biệt rõ rệt.
Cơ chế làm thay đổi vòng quay của Trái đất
Lời giải thích cho hiện tượng này nằm ở sự cân bằng hiếm hoi giữa lực hút của Mặt trăng và tác động của khí quyển.
Ngoài thủy triều đại dương, Mặt trời còn làm nóng tầng khí quyển phía trên mỗi ngày, tạo ra các thủy triều khí quyển, những sóng áp suất toàn cầu có thể làm tăng nhẹ tốc độ quay của Trái đất.
Khi Trái đất quay đủ nhanh để các thủy triều khí quyển trùng pha với chu kỳ ngày 19 giờ, lực “đẩy” này gần như cân bằng với lực hãm do Mặt trăng gây ra. Ở trạng thái cộng hưởng đó, các mô-men xoắn đối lập gần như triệt tiêu lẫn nhau, khiến quá trình ngày dài ra tạm thời bị đình trệ trong suốt hàng trăm triệu năm.
Mối liên hệ mật thiết với lượng oxy và sự sống
Thời kỳ này cũng trùng khớp với giai đoạn phần lớn oxy của hành tinh được tạo ra bởi các vi sinh vật quang hợp, đặc biệt là vi khuẩn lam.
Vi khuẩn lam giải phóng oxy vào ban ngày và tiêu thụ lại một phần vào ban đêm. Nếu ngày ngắn hơn 16 giờ, vi khuẩn không có đủ thời gian để tạo ra lượng oxy dư thừa. Ngược lại, ngày dài hơn cho phép nhiều oxy rò rỉ vào nước và khí quyển hơn.
Khi Trái đất thoát khỏi trạng thái cộng hưởng 19 giờ và ngày bắt đầu dài ra, các quần thể vi sinh vật có nhiều thời gian tiếp xúc với ánh sáng hơn. Lượng oxy bơm vào đại dương và khí quyển tăng vọt, tạo tiền đề cho sự phát triển của các sinh vật phức tạp sau này.
Dao động của lõi Trái đất và những biến thiên hiện đại
Dù chu kỳ 19 giờ đã kết thúc từ hàng tỷ năm trước, sự quay của Trái đất vẫn tiếp tục biến động trên thang thời gian ngắn hơn.
Các đồng hồ nguyên tử cho thấy độ dài ngày hiện đại có thể thay đổi vài phần nghìn giây từ năm này sang năm khác, do tác động của gió, dòng hải lưu và chuyển động sâu bên trong Trái đất.
Đáng chú ý, nghiên cứu này phát hiện có một chu kỳ biến đổi đều đặn của tốc độ quay Trái đất mỗi 5,9 năm, được gọi là các “giật địa từ”. Những thay đổi đột ngột trong từ trường do dòng chảy kim loại nóng chảy ở lõi ngoài lỏng của Trái dất cũng tác động đến vòng quay.
