Le résultat jette un nouvel éclairage sur la façon dont le changement climatique affectera la durée de la journée et la validité des outils de modélisation climatique

Ils montrent qu’il y a environ deux milliards d’années jusqu’à il y a 600 millions d’années, une marée atmosphérique entraînée par le soleil a contré l’effet de la lune, maintenant le taux de rotation de la Terre stable et la durée du jour à une constante de 19,5 heures.

Sans cette pause d’un milliard d’années dans le ralentissement de la rotation de notre planète, notre journée actuelle de 24 heures s’étendrait à plus de 60 heures.

L’étude décrivant le résultat, « Pourquoi la journée dure 24 heures ; l’histoire de la marée thermique atmosphérique de la Terre, de sa composition et de sa température moyenne », a été publiée aujourd’hui dans la revue Avancées scientifiques. En s’appuyant sur des preuves géologiques et en utilisant des outils de recherche atmosphérique, les scientifiques montrent que l’impasse des marées entre le soleil et la lune résulte du lien accidentel mais extrêmement important entre la température de l’atmosphère et le taux de rotation de la Terre.

Les auteurs de l’article incluent Norman Murray, un astrophysicien théoricien de l’Institut canadien d’astrophysique théorique (CITA) de l’Université de Toronto ; étudiant diplômé Hanbo Wu, CITA et Département de physique, U de T; Kristen Menou, David A. Dunlap Département d’astronomie et d’astrophysique et Département des sciences physiques et environnementales, Université de Toronto Scarborough; Jeremy Laconte, Laboratoire d’astrophysique de Bordeaux et ancien postdoctorant du CITA ; et Christopher Lee, Département de physique, U of T.

Lorsque la lune s’est formée il y a environ 4,5 milliards d’années, la journée durait moins de 10 heures. Mais depuis lors, l’attraction gravitationnelle de la lune sur la Terre a ralenti la rotation de notre planète, ce qui a entraîné une journée de plus en plus longue. Aujourd’hui, il continue de s’allonger au rythme d’environ 1,7 milliseconde par siècle.

La lune ralentit la rotation de la planète en tirant sur les océans de la Terre, créant des renflements de marée sur les côtés opposés de la planète que nous ressentons comme des marées hautes et basses. L’attraction gravitationnelle de la lune sur ces renflements, ainsi que la friction entre les marées et le fond de l’océan, agissent comme un frein sur notre planète en rotation.

“La lumière du soleil produit également une marée atmosphérique avec le même type de renflements”, explique Murray. “La gravité du soleil tire sur ces renflements atmosphériques, produisant un couple sur la Terre. Mais au lieu de ralentir la rotation de la Terre comme la lune, elle l’accélère.”

Pendant la majeure partie de l’histoire géologique de la Terre, les marées lunaires ont dominé les marées solaires d’environ un facteur dix ; d’où le ralentissement de la vitesse de rotation de la Terre et l’allongement des jours.

Mais il y a environ deux milliards d’années, les renflements atmosphériques étaient plus grands parce que l’atmosphère était plus chaude et parce que sa résonance naturelle – la fréquence à laquelle les ondes la traversent – correspondait à la durée du jour.

L’atmosphère, comme une cloche, résonne à une fréquence déterminée par divers facteurs, dont la température. En d’autres termes, les vagues – comme celles générées par l’énorme éruption du volcan Krakatoa en Indonésie en 1883 – le traversent à une vitesse déterminée par sa température. Le même principe explique pourquoi une cloche produit toujours la même note si sa température est constante.

Pendant la majeure partie de l’histoire de la Terre, cette résonance atmosphérique n’a pas été synchronisée avec le taux de rotation de la planète. Aujourd’hui, chacune des deux “marées hautes” atmosphériques met 22,8 heures pour faire le tour du monde ; parce que cette résonance et la période de rotation de 24 heures de la Terre ne sont pas synchronisées, la marée atmosphérique est relativement faible.

Mais pendant la période d’un milliard d’années étudiée, l’atmosphère était plus chaude et résonnait avec une période d’environ 10 heures. Aussi, à l’avènement de cette époque, la rotation de la Terre, ralentie par la Lune, atteignait 20 heures.

Lorsque la résonance atmosphérique et la durée du jour sont devenues des facteurs pairs – dix et 20 – la marée atmosphérique a été renforcée, les renflements sont devenus plus grands et l’attraction de la marée du soleil est devenue suffisamment forte pour contrer la marée lunaire.

« C’est comme pousser un enfant sur une balançoire », dit Murray. “Si votre poussée et la période de la balançoire ne sont pas synchronisées, ça n’ira pas très haut. Mais, si elles sont synchronisées et que vous poussez juste au moment où la balançoire s’arrête à une extrémité de sa course, la poussée ajoutera à l’élan du swing et il ira plus loin et plus haut. C’est ce qui s’est passé avec la résonance atmosphérique et la marée.

Parallèlement aux preuves géologiques, Murray et ses collègues ont obtenu leur résultat en utilisant des modèles de circulation atmosphérique globale (MCG) pour prédire la température de l’atmosphère pendant cette période. Les MCG sont les mêmes modèles utilisés par les climatologues pour étudier le réchauffement climatique. Selon Murray, le fait qu’ils aient si bien travaillé dans la recherche de l’équipe est une leçon opportune.

“J’ai parlé à des personnes sceptiques du changement climatique qui ne croient pas aux modèles de circulation mondiale qui nous disent que nous sommes dans une crise climatique”, déclare Murray. “Et je leur dis : nous avons utilisé ces modèles de circulation mondiale dans nos recherches, et ils ont bien compris. Ils fonctionnent.”

Malgré son éloignement dans l’histoire géologique, le résultat ajoute une perspective supplémentaire à la crise climatique. Parce que la résonance atmosphérique change avec la température, Murray souligne que le réchauffement actuel de notre atmosphère pourrait avoir des conséquences sur ce déséquilibre des marées.

“Alors que nous augmentons la température de la Terre avec le réchauffement climatique, nous augmentons également la fréquence de résonance – nous éloignons notre atmosphère plus loin de la résonance. En conséquence, il y a moins de couple du soleil et donc, la longueur du jour va devenir plus long, plus tôt qu’il ne le ferait autrement.”