Schnellere Rotation: In der Ära der Dinosaurier drehte sich die Erde schneller als heute – ein Tag dauerte damals nur 23 Stunden und 31 Minuten, wie Wachstumsringe in fossilen Muschelschalen belegen. Ein Jahr umfasste vor 70 Millionen Jahren dadurch nicht 365, sondern 372 Tage. Ursache dafür ist der Mond, der im Laufe der Zeit die Rotation unseres Planeten immer weiter abbremst. Die kreidezeitliche Muschel hilft nun dabei, diesen Effekt für die Vergangenheit zu rekonstruieren.
Unsere Tage haben heute 24 Stunden, diese Zeitspanne entspricht einer Drehung unseres Planeten um sich selbst. Doch die Erdrotation hat sich im Laufe der Erdgeschichte verändert – und tut dies heute noch. Weil sich die Erddrehung allmählich verlangsamt, verlängern sich unsere Tage pro Jahrhundert um rund 1,78 Millisekunden. Unter anderem deshalb wird in bestimmten Jahren eine Schaltsekunde eingelegt wie zuletzt im Jahr 2016 der Fall.
Wie lang waren die Tage früher?
Ursache für die langsamer werdende Erdrotation sind neben Erdbeben, Prozessen im Erdkern und der Eisschmelze vor allem die Gezeitenkräfte zwischen Erde und Mond: Weil sich beide Himmelskörper gegenseitig mit ihrer Schwerkraft beeinflussen, übt der Mond eine bremsende Wirkung auf die Erddrehung aus. Er selbst wird dadurch in seiner Bahn beschleunigt und bewegt sich dadurch pro Jahr 3,82 Zentimeter weiter von der Erde weg. So weit so bekannt.
Unklar jedoch ist, wie sich das Erde-Mond-System und die irdische Tageslänge in der Vergangenheit entwickelt haben. Denn die Wechselwirkung beider und die Auswärtsdrift des Mondes verläuft nicht linear – würde sie dies tun, hätte der Mond vor 1,4 Milliarden Jahren im Erdinnern liegen müssen. Forscher sind daher auf Modelle und fossile Belege angewiesen, um die Tageslänge vergangener Zeitalter zu rekonstruieren.
Riffbauende Urzeit-Muschel als Zeitgeber
Einen besonders präzisen Zeitgeber haben Forscher um Niels de Winter von der Freien Universität Brüssel nun aufgespürt. Es handelt sich um die Schale eines Rudisten – einer ausgestorbenen Muschelordnung, die vom Jura bis zum Ende der Kreidezeit in den tropischen Meeren verbreitet war und große Riffe hinterließ. Eine Spezies dieser Muscheln, die im Gebiet des heutigen Oman verbreitete Torreites sanchezi, haben die Forscher nun näher untersucht.
Die Besonderheit dieser Muscheln: Sie wuchsen so schnell und mit klaren Tag-Nacht-Schwankungen, dass man in ihrer Kalkschale „Tagesringe“ identifizieren kann. Diese zeigen sich unter dem Mikroskop als abwechselnd hell-dunkel gefärbte Schichten, sind aber auch an chemischen Unterschieden zwischen den tagsüber und nachts gewachsenen Schalenschichten ablesbar. Der Jahresverlauf wiederum lässt sich unter anderem an den durch die Wassertemperatur geprägten Isotopenwerten ablesen.
Für ihre Studie entnahmen die Forscher mithilfe eines Lasers Proben aus den jeweils rund 40 Mikrometer dünnen Tagesschichten der Muschelschale und konnten so über neun Jahre hinweg den Tag-Nacht-Verlauf und die Zahl der Tage pro Jahr ermitteln. „Wir haben rund fünf Datenpunkte pro Tag und das ist etwas, das man in der geologischen Geschichte normalerweise fast nie hat“, sagt de Winter. „Wir können uns dadurch im Prinzip einen Tag in der Zeit vor 70 Millionen Jahren anschauen – das ist erstaunlich.“
In der Kreidezeit hatte das Jahr 372 Tage
Das Ergebnis der Analyse: Als die Muschel vor 70 Millionen Jahren ihre Schale baute, waren die Tage deutlich kürzer als heute – sie dauerten nur rund 23 Stunden und 31 Minuten. Dadurch hatte das Jahr rund 372 Tage statt wie heute 365, wie die Forscher berichten. Dies entspricht in etwa den aus Modellen und anderen Fossilfunden ermittelten Werten von 375 bis 370 Tagen und präzisiert sie.
Was aber bedeutet das für das System Erde-Mond? Wie de Winter und sein Team ausrechneten, muss die Umlaufbahn des Mondes damals im Mittel 383.000 Kilometer von der Erde entfernt gelegen haben. Heute liegt der Abstands-Mittelwert bei rund 384.000 Kilometern, allerdings schwankt die tatsächliche Entfernung des Mondes wegen der leicht elliptischen Form seines Orbits zwischen 363.000 und 405.500 Kilometern.
Symbiontische Algen als Wachstumshelfer
Doch die Schichten der kreidezeitlichen Muschel liefern nicht nur astrochronologische Informationen – sie verraten auch einiges über die Muschel selbst. Denn die Analyse der Tagesschichten enthüllt, dass Torreites bei Tag auffällig stärker wuchs als bei Nacht. Wie die Forscher erklären, ist ein Teil dieser Schwankungen zwar durch die Meerestemperaturen erklärbar, nicht aber die gesamte Spanne.
Sie schließen daraus, dass diese Muschel symbiontische Algen als Wachstumshelfer in ihrer Schale trug. „Die starke Abhängigkeit vom Tageszyklus spricht dafür, dass diese Muschel symbiontische Algen besaß“, sagt de Winter. Tatsächlich vermuten Paläontologen schon länger, dass die riffbauenden Rudisten ihre enormen Wachstumsleistungen solchen Photosynthese treibenden Helfern verdanken, bislang fehlten jedoch eindeutige Belege dafür. Torreites könnte diese nun geliefert haben.
„Die hohe Verlässlichkeit dieser Daten hat es den Autoren erlaubt, zwei besonders interessante Schlüsse zu ziehen, die unser Verständnis der Astrochronologie und der Rudisten-Paläobiologie während der Kreidezeit erweitern“, kommentiert der nicht an der Studie beteiligte Paläobiologe Peter Skelton von der Open University. (Paleoceanography and Paleoclimatology, 2020; doi: 10.1029/2019PA003723)
Quelle: American Geophysical Union
