20多亿年前地球氧气剧增之谜，是因为一天变长了？惊人的新说
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结合氧气浓度和自转速度的划时代研究与生命进化有关
潜水员正在接近位于米德尔岛thinkhall底部的紫色蓝藻 。 水槽洞深约23米 ， 冰冷的水中硫磺浓度高 ， 氧气少 。 这种状态被认为与数十亿年前的古代海洋相似 。
【|20多亿年前地球氧气剧增之谜，是因为一天变长了？惊人的新说】地球的大气中含有大约20%的氧气 。 许多生命得以生存就是因为这个 。 但是 ， 地质学记录表明 ， 46亿年前地球的大气中几乎不含氧气 ， 在24亿~ 22亿年前急剧增加 。
其原因被认为是海中进行光合作用的蓝藻细菌（蓝色细菌）的数量增加了 。 但是 ， 进行光合作用的微生物在更早之前就已经存在于地球上了 ， 如果是这样的话 ， 为什么这个时期氧气会大量增加呢？这是个很大的谜 。
这一次 ， 一个令人惊讶的关于这个谜团的新理论被公布了 。 德国马克斯普朗克海洋微生物研究所的 Judith Kratt 和密歇根大学的合作者表示 ， 地球氧气激增是由于白天更长 ， 也就是地球自转 。 也就是说 ， 地球自转速度变慢了 。
大气中氧气浓度的上升和自转速度的变化 ， 分别经过了几十年的研究 。 但据论文所述 ， 迄今为止还没有将两者结合起来考虑过 。
地球自转变慢的原因
在讨论氧气浓度与自转速度的关系之前 ， 我们先来解释一下地球自转变慢的原因 。
在地球的历史上 ， 一天的长度至今为止大幅增加 。 据说在30亿多年前的地球上 ， 一天只有6个小时左右 。 现在 ， 1天大约是24小时 ， 这是地球自转经过长时间变慢的结果 。
这种变化与潮水的涨落有关 。 在海边待过一天的人 ， 大概都看到过海岸边涨潮的样子 。 这种看似平稳的运动 ， 源自地球和月球之间产生的巨大能量 。 结果 ， 大海产生潮汐 ， 海水和海底产生摩擦 。 这就是所谓的“潮汐摩擦” 。
潮汐摩擦会剥夺地球的旋转能量 ， 因此自转速度会变慢 ， 一天也会变长 。 由于这一过程极其缓慢 ， 需要花费几亿年的时间 ， 因此很难观测到一天的长度变化 ， 而且也很难追踪海底的地质记录 。
美国普林斯顿大学的行星科学家克里斯托弗·斯波尔丁说：“我们知道5亿5000万年前地球的自转速度是相当快的 。 因为从贝壳中的成长线可以看出一天的长度 。 ” 。
关于地球在远古时代的样子 ， 美国加利福尼亚理工大学的行星科学家伍德沃德·费希尔说：“我们将使用模型进行验证 。 ” ， “一天的长度有定期变化的历史 ， 并且知道这些变化的方向 ， 但我们对细节知之甚少 。 ”
重现地球自转速度的模型有很多 ， 但根据从 1980 年代末开始使用的一个模型 ， 白天的长度继续稳步增长 ， 然后是大约25亿年前每天稳定在21小时之间 。 此后在数十亿年的时间并没有多大变化 。
那时 ， 地球的自转速度可能已经达到一种称为“共振锁定”的平衡状态 。 一些影响地球自转的力实际上会加速 。 随着太阳进一步加热地球的一侧并使海洋和大气膨胀 ， 它施加的力会略微推进地球的自转 。 一旦这个力达到与减缓旋转的力相称的“神奇旋转速度” ， 它在此后的很长一段时间内都不会改变 。
Kratt等人在此次研究中使用了该模型 ， 结果发现一天的长度和氧气浓度的变化几乎是重叠的 。 “当我看到类似的氧气模式和自转速度时 ， 我非常兴奋” ， Kratt说 。
日照时间对多方面的影响
蓝藻至今仍在地球的水中继续繁殖 。 而生活在美国五大湖之一休伦湖底的“米德尔岛thinkhall”微生物垫中的蓝藻 ， 为研究小组提供了新的拼图 。
米德尔岛thinkhall是一个深约23米的陷坑 ， 这里的水含有高浓度的硫磺 ， 而氧气却很少 。 科学家们推测 ， 这种条件与数十亿年前的古代海洋相似 。 只要研究这个环境 ， 就能大致把握古代生态系统的行为 。
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