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El impacto de las mareas térmicas en la rotación de la Tierra

Examinando cómo las mareas térmicas pudieron haber influido en la estabilidad rotacional de la Tierra en el pasado.

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El estudio de la atmósfera de la Tierra es súper importante para entender cómo nuestro planeta ha evolucionado con el tiempo. Un aspecto interesante es cómo los cambios en la rotación de la Tierra han influido en su clima y en el desarrollo de la vida. Este artículo habla sobre el concepto de Mareas Térmicas y cómo podrían haber jugado un papel en estabilizar la rotación de la Tierra durante el período Precámbrico.

¿Qué son las Mareas Térmicas?

Las mareas térmicas se refieren al aumento y la caída de la presión atmosférica y la temperatura causadas por el calentamiento de la atmósfera por el Sol. Estas mareas pueden crear ondas de presión que afectan los patrones del viento, la distribución del calor e incluso la precipitación. En la Tierra, las mareas térmicas interactúan con las fuerzas gravitacionales de la Luna y el Sol, que moldean nuestros sistemas de marea.

Historia de la Rotación de la Tierra

La rotación de la Tierra no es constante; cambia con el tiempo debido a varios factores, incluidas las interacciones gravitacionales con la Luna y el Sol. Estos cambios afectan la duración del día, lo que es importante para entender la historia climática de la Tierra. La investigación sugiere que durante el Precámbrico, podría haber habido períodos en los que la rotación de la Tierra estaba estabilizada, llevando a una duración constante del día.

El Papel de las Mareas Térmicas en la Rotación de la Tierra

Esta investigación hipotetiza que las mareas térmicas podrían haber ayudado a estabilizar la rotación de la Tierra si se cumplían ciertas condiciones. Específicamente, si las ondas de presión atmosférica, conocidas como ondas Lamb, resonaban de manera que aumentaban el torque de las mareas térmicas, podrían contrarrestar los torques gravitacionales opuestos ejercidos por los océanos y la estructura sólida de la Tierra.

Desarrollando un Modelo

Para explorar esta idea, se creó un modelo para entender el efecto de las mareas térmicas en planetas rocosos con Condiciones Atmosféricas neutrales. Este modelo tiene en cuenta cómo el calor se disipa a través del enfriamiento newtoniano y los procesos difusivos en la capa límite de la atmósfera. El objetivo era encontrar una solución en forma cerrada para el torque de marea dependiente de la frecuencia, que describe cómo las mareas térmicas interactúan con la atmósfera.

Importancia del Torque de Marea Dependiente de la Frecuencia

El torque de marea dependiente de la frecuencia nos ayuda a entender cómo diferentes tipos de ondas afectan la presión atmosférica. El modelo predice que bajo ciertas condiciones de calentamiento, la respuesta retrasada de la superficie de la Tierra podría reducir o incluso eliminar el efecto acelerador del torque de marea térmica. Esto significa que, aunque las mareas térmicas pueden influir en la rotación de la Tierra, puede que no siempre proporcionen la fuerza estabilizadora esperada.

El Escenario Actual

Hoy en día, la atmósfera de la Tierra experimenta mareas semi-diurnas causadas por la influencia térmica del Sol. Estas mareas crean abultamientos de aire en lados opuestos del planeta, llevando a torques que aceleran la rotación de la Tierra. Sin embargo, este efecto es generalmente más pequeño que los torques gravitacionales resultantes de las mareas oceánicas.

Contexto Histórico de la Respuesta de las Mareas

Estudios históricos muestran que la respuesta de las mareas de la Tierra ha sido significativamente influenciada por los cambios en la duración del día a lo largo de la historia geológica. Los investigadores han propuesto modelos que describen cómo las mareas térmicas pudieron haber sido más prominentes en el pasado cuando la rotación de la Tierra era diferente. Este análisis podría tener implicaciones para entender la evolución del clima y la vida durante el Precámbrico.

Hallazgos Actuales

Estudios recientes han revisitado la idea de que las mareas térmicas fueron resonantes durante la historia temprana de la Tierra. Al examinar datos geológicos, los investigadores propusieron que la duración del día pudo haber estado estabilizada en alrededor de 21 horas durante ciertos períodos. Sin embargo, hay escepticismo sobre estas afirmaciones, ya que los modelos actuales indican que el torque térmico requerido puede no haber sido lo suficientemente fuerte para lograr tal estabilización.

Entendiendo el Papel de las Fluctuaciones de temperatura

Las variaciones de temperatura pueden haber jugado un papel vital en estabilizar la condición de resonancia requerida para que las mareas térmicas tuvieran un impacto en la rotación de la Tierra. Se ha sugerido que el atrapamiento de resonancia creado por las condiciones atmosféricas podría haber durado hasta 1 mil millones de años antes de ser interrumpido por cambios climáticos significativos.

La Necesidad de Más Estudio

A pesar de algunas teorías prometedoras, la pregunta de cómo las mareas térmicas podrían haber estabilizado la rotación de la Tierra sigue sin resolverse. Las complejidades de modelar estos procesos requieren más exploración sobre cómo diferentes factores, como la temperatura de la superficie y la composición atmosférica, interactúan con el tiempo para influir en la dinámica de la atmósfera de la Tierra.

El Impacto de las Condiciones Atmosféricas

La investigación sobre las condiciones en evolución de la atmósfera de la Tierra proporciona ideas sobre cómo estos cambios pueden haber afectado las mareas térmicas. Factores como las concentraciones de gases de efecto invernadero, la absorción de calor y la inercia térmica son cruciales para determinar el impacto de las mareas térmicas. Entender estas relaciones puede ayudar a aclarar cómo han evolucionado la rotación y el clima de la Tierra.

Direcciones Futuras de Investigación

Los estudios en curso buscan refinar los modelos utilizados para entender las mareas térmicas. Al incorporar más datos sobre el clima pasado de la Tierra y la composición atmosférica, los investigadores esperan obtener ideas más claras sobre cómo las mareas térmicas podrían haber estabilizado o desestabilizado la rotación de la Tierra en el pasado.

Conclusión

En resumen, las mareas térmicas son un aspecto fascinante de la dinámica atmosférica de la Tierra que contiene claves para entender la historia rotacional del planeta. Si bien algunas teorías sugieren que estas mareas podrían haber jugado un papel en estabilizar la rotación de la Tierra durante el Precámbrico, se necesita más investigación para resolver las complejidades de estas interacciones. Al seguir estudiando la relación entre las condiciones atmosféricas y la rotación de la Tierra, podemos profundizar nuestra comprensión de la historia de nuestro planeta y su evolución climática.

Fuente original

Título: Thermal tides in neutrally stratified atmospheres: Revisiting the Earth's Precambrian rotational equilibrium

Resumen: Rotational dynamics of the Earth, over geological timescales, have profoundly affected local and global climatic evolution, probably contributing to the evolution of life. To better retrieve the Earth's rotational history, and motivated by the published hypothesis of a stabilized length of day during the Precambrian, we examine the effect of thermal tides on the evolution of planetary rotational motion. The hypothesized scenario is contingent upon encountering a resonance in atmospheric Lamb waves, whereby an amplified thermotidal torque cancels the opposing torque of the oceans and solid interior, driving the Earth into a rotational equilibrium. With this scenario in mind, we construct an ab initio model of thermal tides on rocky planets describing a neutrally stratified atmosphere. The model takes into account dissipative processes with Newtonian cooling and diffusive processes in the planetary boundary layer. We retrieve from this model a closed-form solution for the frequency-dependent tidal torque which captures the main spectral features previously computed using 3D general circulation models. In particular, under longwave heating, diffusive processes near the surface and the delayed thermal response of the ground prove to be responsible for attenuating, and possibly annihilating, the accelerating effect of the thermotidal torque at the resonance. When applied to the Earth, our model prediction suggests the occurrence of the Lamb resonance in the Phanerozoic, but with an amplitude that is insufficient for the rotational equilibrium. Interestingly, though our study was motivated by the Earth's history, the generic tidal solution can be straightforwardly and efficiently applied in exoplanetary settings.

Autores: Mohammad Farhat, Pierre Auclair-Desrotour, Gwenaël Boué, Russell Deitrick, Jacques Laskar

Última actualización: 2023-09-22 00:00:00

Idioma: English

Fuente URL: https://arxiv.org/abs/2309.11946

Fuente PDF: https://arxiv.org/pdf/2309.11946

Licencia: https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/

Cambios: Este resumen se ha elaborado con la ayuda de AI y puede contener imprecisiones. Para obtener información precisa, consulte los documentos originales enlazados aquí.

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