【原】地球在減速，每100年減慢1.8毫秒，這也是人類出現(xiàn)的原因

姿勢(shì)分子_ 2021-08-04

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從45億年前形成開始，地球的自轉(zhuǎn)就一直在減速，變得越來越慢。雖然你可能感覺不到它的減速，但如果沒有它的減速，你甚至可能沒有機(jī)會(huì)去感受。

最近的一項(xiàng)研究表明：地球自轉(zhuǎn)的減速，是它能夠孕育人類的契機(jī)。我們也知道，地球減速的根源，又是來自于月球。也就是說，如果沒有月球，地球上就不一定能有人類出現(xiàn)。那么，這幾件事之間，到底有啥關(guān)系呢？

（圖片說明：恐龍時(shí)代一天比現(xiàn)在短得多）

科學(xué)家根據(jù)生活在7000萬年前的恐龍時(shí)代的蛤類化石上的“年輪”，發(fā)現(xiàn)那個(gè)時(shí)候地球自轉(zhuǎn)速度比現(xiàn)在快，每天只有23.5個(gè)小時(shí)，當(dāng)時(shí)一年有372天；再追溯到4億年前泥盆紀(jì)的蛤類化石，發(fā)現(xiàn)那時(shí)候地球自轉(zhuǎn)速度更快，一年之內(nèi)能自轉(zhuǎn)420圈；再遠(yuǎn)一點(diǎn)，14億年前，地球的一天只有18個(gè)小時(shí)。

直到今天，地球的減速依然沒有停止，它的自轉(zhuǎn)速度仍然以每100年1.8毫秒的速度在放緩。也就是說，再過10億年，地球的一天將有29個(gè)小時(shí)。

地球的減速，源自于月球的遠(yuǎn)離?？茖W(xué)家觀測(cè)發(fā)現(xiàn)，月球正在以每年大約3.8厘米的速度遠(yuǎn)離地球。而地月系作為一個(gè)整體，遵從著角動(dòng)量守恒的定律。當(dāng)力臂增加時(shí)，旋轉(zhuǎn)速度就會(huì)變慢，這和花樣滑冰運(yùn)動(dòng)員比賽時(shí)的道理一樣，舒展雙臂就會(huì)降低轉(zhuǎn)速，收起雙臂就會(huì)轉(zhuǎn)得非?？?。

道理懂了，但問題還在：這和人類能不能出現(xiàn)有啥關(guān)系呢？這就要談到24億年前地球上發(fā)生的變化了，那就是所謂的大氧化事件。

那個(gè)時(shí)候，地球上還沒有這么多的氧氣，雖然已經(jīng)孕育了生命，但也只是一些厭氧生物。其中種族最為壯大的，就是藍(lán)藻了。藍(lán)藻可以進(jìn)行光合作用，產(chǎn)生出氧氣來。

在大約24億年前，藍(lán)藻開始大量繁殖，從而產(chǎn)生出了大量的氧氣，這就是地球的大氧化事件。也就是從那個(gè)時(shí)候開始，地球才有足夠的氧氣來孕育今天我們已知的大部分生物?？梢哉f，如果沒有藍(lán)藻，就沒有今天這個(gè)生機(jī)盎然的地球生物圈。

（圖片說明：藍(lán)藻引起的水華）

問題在于，藍(lán)藻并不是那個(gè)時(shí)候才出現(xiàn)的，而是早在33-35億年前就可能生活在地球上了。那么，它們?yōu)楹位瞬畈欢?0億年的時(shí)間，才開始集體爆發(fā)，為地球提供氧氣呢？這個(gè)問題，一直困擾著科學(xué)家們。

直到最近，科學(xué)家們才找到其中的原因，并且最終聯(lián)系到了地球的減速和月球的遠(yuǎn)離。

在北美五大湖之一的休倫湖中，科學(xué)家們找到了與大氧化事件中扮演主角的藍(lán)藻相類似的微生物墊。在這片微生物墊上，既有通過光合作用產(chǎn)生氧氣的藍(lán)藻，也有可以通過硫磺進(jìn)行代謝的白色微生物。夜晚的時(shí)候，白色的微生物會(huì)來到微生物墊的頂部，開始自己的晚餐；白天的時(shí)候，藍(lán)藻就會(huì)來到頂部，進(jìn)行光合作用。

（圖片說明：休倫湖）

但問題在于，這樣的轉(zhuǎn)變并不是一瞬間就能完成的，它需要一定的時(shí)長(zhǎng)才可以。因此，在天亮的一定時(shí)間后，藍(lán)藻才會(huì)爬到上層來。德國(guó)馬克斯·普朗克海洋微生物研究所的地球微生物學(xué)家Judith Klatt告訴我們：從天剛亮到藍(lán)藻爬到上層并開始光合作用，需要幾個(gè)小時(shí)的時(shí)間?？雌饋恚{(lán)藻是一種“賴床”的生物。

這樣的現(xiàn)象，引起了密歇根大學(xué)海洋學(xué)家Brian Arbic的關(guān)注。他很快就聯(lián)想到了那個(gè)自轉(zhuǎn)極快的遠(yuǎn)古地球，于是開始思考：過快的自轉(zhuǎn)速度是否會(huì)影響藍(lán)藻們進(jìn)行光合作用呢？

于是，他和他的同事們一起，對(duì)這些微生物進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)室和自然環(huán)境下的兩種情況的實(shí)驗(yàn)和觀測(cè)。同時(shí)，他們還將實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了建模分析，把陽光和微生物產(chǎn)生氧氣的量、微生物生產(chǎn)氧氣的量與地球自轉(zhuǎn)變化史聯(lián)系到一起，從而分析它們之間的關(guān)系。

（圖片說明：月球剛形成時(shí)地球表面的環(huán)境模擬）

結(jié)果的確非常引人注意。

德國(guó)萊布尼茲熱帶海洋研究中心的海洋科學(xué)家Arjun Chennu說道：“從直覺上想，兩個(gè)時(shí)長(zhǎng)12小時(shí)一天的日子和一個(gè)時(shí)長(zhǎng)24小時(shí)的一天是相同的效果，如果太陽的升降速度變?yōu)?倍，那么氧氣的合成也應(yīng)該是與之對(duì)應(yīng)的?！?/p>

事實(shí)卻是，微生物墊所釋放的氧氣和想象中完全不同。藍(lán)藻產(chǎn)生的氧氣，還受到分子擴(kuò)散速度的制約，正是這個(gè)微妙的延遲，導(dǎo)致了大氧化事件在距今24億年前才發(fā)生。

在此之前，地球上雖然有藍(lán)藻，但是由于自轉(zhuǎn)速度過快，藍(lán)藻還沒來得及產(chǎn)生氧氣，太陽就落山了。隨著地球自轉(zhuǎn)速度不斷放緩，它們才獲得了足夠的時(shí)間進(jìn)行光合作用，制造了今天復(fù)雜生物所需要的氧氣。

（圖片說明：遠(yuǎn)古地球和月球的模擬圖）

密歇根大學(xué)的微生物學(xué)家Gregory Dick指出：“在地球科學(xué)中，地球大氣層如何得到氧氣、到底是什么因素決定了氧化事件何時(shí)發(fā)生的問題始終懸而未決。我們的研究表明：地球的自轉(zhuǎn)速度，也就是白晝的時(shí)長(zhǎng)或許在地球氧化事件的途徑和時(shí)間方面扮演了重要的角色?！?/p>

不僅僅是24億年前的大氧化事件，研究團(tuán)隊(duì)還發(fā)現(xiàn)了另一個(gè)歷史證據(jù)，也支持了他們的理論。大約在5.5-8億年前，地球還經(jīng)歷過另一次氧氣含量劇增的事件。通過他們建立的模型，研究人員發(fā)現(xiàn)，這一次事件也與地球的自轉(zhuǎn)速度有關(guān)。也就是在大約5.5億年前，出現(xiàn)了寒武紀(jì)生命大爆發(fā)事件，地球從此迎來了蓬勃的生物圈。