Pour tous ceux qui ont déjà souhaité qu'il y ait plus d'heures dans la journée, les géoscientifiques ont une bonne nouvelle :les jours sur Terre rallongent.

Une nouvelle étude qui reconstitue l'histoire profonde de la relation de notre planète avec la lune montre qu'il y a 1,4 milliard d'années, une journée sur Terre a duré un peu plus de 18 heures. C'est au moins en partie parce que la lune était plus proche et a changé la façon dont la Terre tournait autour de son axe.

"Alors que la lune s'éloigne, la Terre est comme un patineur artistique en rotation qui ralentit en étendant les bras, " explique Stephen Meyers, professeur de géosciences à l'Université du Wisconsin-Madison et co-auteur de l'étude publiée cette semaine [4 juin 2018] dans le Actes de l'Académie nationale des sciences .

Il décrit un outil, une méthode statistique, qui relie la théorie astronomique à l'observation géologique (appelée astrochronologie) pour revenir sur le passé géologique de la Terre, reconstruire l'histoire du système solaire et comprendre les anciens changements climatiques tels qu'ils sont capturés dans les archives rocheuses.

"L'une de nos ambitions était d'utiliser l'astrochronologie pour lire l'heure dans le passé le plus lointain, développer des échelles de temps géologiques très anciennes, " dit Meyers. "Nous voulons pouvoir étudier des roches vieilles de milliards d'années d'une manière comparable à la façon dont nous étudions les processus géologiques modernes."

Le mouvement de la Terre dans l'espace est influencé par les autres corps astronomiques qui exercent une force sur elle, comme les autres planètes et la lune. Cela aide à déterminer les variations de la rotation de la Terre autour et vaciller sur son axe, et dans l'orbite la Terre trace autour du soleil.

Ces variations sont collectivement connues sous le nom de cycles de Milankovitch et elles déterminent où la lumière du soleil est distribuée sur Terre, ce qui signifie également qu'ils déterminent les rythmes climatiques de la Terre. Des scientifiques comme Meyers ont observé ce rythme climatique dans les archives rocheuses, couvrant des centaines de millions d'années.

Mais en remontant plus loin, à l'échelle de milliards d'années, s'est avéré difficile parce que les moyens géologiques typiques, comme la datation par radio-isotopes, n'apportent pas la précision nécessaire à l'identification des cycles. C'est aussi compliqué par le manque de connaissance de l'histoire de la lune, et par ce qu'on appelle le chaos du système solaire, une théorie posée par l'astronome parisien Jacques Laskar en 1989.

Le système solaire a de nombreuses pièces mobiles, y compris les autres planètes en orbite autour du soleil. Petit, les variations initiales de ces pièces mobiles peuvent se propager en de grands changements des millions d'années plus tard; c'est le chaos du système solaire, et essayer d'en tenir compte peut être comme essayer de retracer l'effet papillon à l'envers.

L'année dernière, Meyers et ses collègues ont déchiffré le code du système solaire chaotique dans une étude des sédiments d'une formation rocheuse vieille de 90 millions d'années qui a capturé les cycles climatiques de la Terre. Toujours, plus loin dans le rock, lui et d'autres ont essayé d'aller, moins leurs conclusions sont fiables.

Par exemple, la Lune s'éloigne actuellement de la Terre au rythme de 3,82 centimètres par an. En utilisant ce taux actuel, les scientifiques extrapolant dans le temps ont calculé qu'« il y a environ 1,5 milliard d'années, la lune aurait été suffisamment proche pour que ses interactions gravitationnelles avec la Terre aient déchiré la lune, " explique Meyers. Pourtant, nous savons que la lune a 4,5 milliards d'années.

Donc, Meyers a cherché un moyen de mieux expliquer ce que faisaient nos voisins planétaires il y a des milliards d'années afin de comprendre l'effet qu'ils ont eu sur la Terre et ses cycles de Milankovitch. C'est le problème qu'il a amené avec lui lors d'une conférence qu'il a donnée à l'observatoire terrestre de Lamont-Doherty de l'Université Columbia lors d'un congé sabbatique en 2016.

Dans le public ce jour-là se trouvait Alberto Malinverno, Professeur de recherche Lamont à Columbia. "J'étais assis là quand je me suis dit, 'Je pense que je sais comment faire ! Rassemblons-nous !'" dit Malinverno, l'autre co-auteur de l'étude. "C'était excitant parce que, dans un sens, vous en rêvez tout le temps; J'étais une solution à la recherche d'un problème."

Les deux se sont associés pour combiner une méthode statistique que Meyers a développée en 2015 pour faire face à l'incertitude dans le temps - appelée TimeOpt - avec la théorie astronomique, des données géologiques et une approche statistique sophistiquée appelée inversion bayésienne qui permet aux chercheurs de mieux appréhender l'incertitude d'un système d'étude.

Ils ont ensuite testé l'approche, qu'ils appellent TimeOptMCMC, sur deux couches de roches stratigraphiques :la formation de Xiamaling vieille de 1,4 milliard d'années du nord de la Chine et un enregistrement de 55 millions d'années de la crête de Walvis, dans le sud de l'océan Atlantique.

Avec l'approche, ils pourraient évaluer de manière fiable à partir de couches de roche dans les archives géologiques les variations dans la direction de l'axe de rotation de la Terre et la forme de son orbite à la fois dans le temps plus récent et dans le temps profond, tout en luttant contre l'incertitude. Ils ont également pu déterminer la durée du jour et la distance entre la Terre et la Lune.

"À l'avenir, nous voulons étendre le travail dans différents intervalles de temps géologiques, " dit Malinverno.

L'étude complète deux autres études récentes qui s'appuient sur l'enregistrement des roches et les cycles de Milankovitch pour mieux comprendre l'histoire et le comportement de la Terre.

Une équipe de recherche de Lamont-Doherty a utilisé une formation rocheuse en Arizona pour confirmer la remarquable régularité des fluctuations orbitales de la Terre de presque circulaire à plus elliptique sur un 405, Cycle de 000 ans. Et une autre équipe en Nouvelle-Zélande, en collaboration avec Meyers, examiné comment les changements dans l'orbite terrestre et la rotation sur son axe ont affecté les cycles d'évolution et d'extinction d'organismes marins appelés graptoloïdes, remontant à 450 millions d'années.

"Le dossier géologique est un observatoire astronomique pour le système solaire primitif, " dit Meyers. " Nous regardons son rythme palpitant, préservé dans la roche et l'histoire de la vie."