地球的自轉(zhuǎn)正在減慢，這或許可以解釋為什么我們有氧氣

自大約 45 億年前形成以來(lái)，地球的自轉(zhuǎn)速度逐漸減慢，白晝也因此逐漸變長(zhǎng)。

雖然地球的減速在人類的時(shí)間尺度上并不明顯，但足以在億萬(wàn)年內(nèi)發(fā)生重大變化。根據(jù) 2021 年的一項(xiàng)研究，這些變化之一可能是最重要的變化：根據(jù) 2021 年的一項(xiàng)研究，白天的延長(zhǎng)與地球大氣層的氧合有關(guān)。

具體來(lái)說(shuō)，大約 24 億年前出現(xiàn)和增殖的藍(lán)綠藻（或藍(lán)藻）本可以產(chǎn)生更多的氧氣作為代謝副產(chǎn)品，因?yàn)榈厍虻陌滋熳冮L(zhǎng)了。

相關(guān)：研究顯示，在大氧化事件之前地球上就出現(xiàn)了氧代謝

查看下面的視頻以了解研究摘要。

“地球科學(xué)中一個(gè)經(jīng)久不衰的問(wèn)題是，地球大氣層是如何獲得氧氣的，以及是什么因素控制了這種氧化發(fā)生的時(shí)間?！?a>微生物學(xué)家格雷戈里·迪克密歇根大學(xué)在 2021 年解釋。

“我們的研究表明，地球自轉(zhuǎn)的速度——換句話說(shuō)，它的白天長(zhǎng)度——可能對(duì)地球氧化的模式和時(shí)間產(chǎn)生了重要影響?！?/p>

這個(gè)故事有兩個(gè)主要組成部分，乍一看，它們似乎沒(méi)有太大關(guān)系。首先是地球的自轉(zhuǎn)速度正在減慢。

地球自轉(zhuǎn)減慢的原因是月球?qū)Φ厍蚴┘右?/a>，這會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)減速，因?yàn)?a data-linkid="73106" data-postid="172854">月亮正在逐漸拉開距離。

我們知道，根據(jù)化石記錄，那段日子只是18 小時(shí)長(zhǎng)14億年前，以及縮短半小時(shí)比 7000 萬(wàn)年前的今天還要多。有證據(jù)表明，我們正在獲得1.8毫秒一個(gè)世紀(jì).

第二個(gè)組件是稱為大氧化事件– 當(dāng)藍(lán)藻大量出現(xiàn)以至于地球大氣層的氧氣急劇上升時(shí)。

如果沒(méi)有這種氧化，科學(xué)家們認(rèn)為我們所知道的生命就不可能出現(xiàn);因此，盡管藍(lán)藻可能警察今天有點(diǎn)側(cè)目，如果沒(méi)有他們，我們可能不會(huì)在這里。

關(guān)于這一事件，我們還有很多不了解的地方，包括諸如為什么它發(fā)生時(shí)發(fā)生而不是在地球歷史早期的某個(gè)時(shí)間等緊迫問(wèn)題。

科學(xué)家們研究藍(lán)藻微生物才能將這些點(diǎn)連接起來(lái)。在休倫湖的中島天坑中，可以發(fā)現(xiàn)微生物墊，這些微生物墊被認(rèn)為是導(dǎo)致大氧化事件的藍(lán)藻的類似物。

紫色藍(lán)藻通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣，代謝硫的白色微生物在湖床上的微生物墊中競(jìng)爭(zhēng)。

到了晚上，白色微生物會(huì)上升到微生物墊的頂部，做它們咀嚼硫磺的事情。當(dāng)天亮，太陽(yáng)升得足夠高時(shí)，白色微生物會(huì)撤退，紫色藍(lán)藻會(huì)上升到頂部。

“現(xiàn)在它們可以開始光合作用并產(chǎn)生氧氣了，”地球微生物學(xué)家朱迪思·克拉特說(shuō)德國(guó)馬克斯·普朗克海洋微生物研究所。

“然而，他們需要幾個(gè)小時(shí)才能真正開始，早上有很長(zhǎng)的滯后時(shí)間。藍(lán)藻似乎起得比較晚，而不是早起的人。

這意味著藍(lán)藻可以抽出氧氣的白天窗口非常有限——正是這一事實(shí)引起了密歇根大學(xué)海洋學(xué)家布萊恩·阿爾比克的注意。他想知道地球歷史上白天長(zhǎng)度的變化是否對(duì)光合作用產(chǎn)生了影響。

“微生物之間類似類型的競(jìng)爭(zhēng)可能導(dǎo)致早期地球氧氣生產(chǎn)的延遲，”克拉特解釋道.

為了證明這一假設(shè)，該團(tuán)隊(duì)在自然環(huán)境和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境中對(duì)微生物進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)和測(cè)量。他們還根據(jù)他們的結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)的建模研究，將陽(yáng)光與微生物氧氣的產(chǎn)生以及微生物氧氣的產(chǎn)生與地球的歷史聯(lián)系起來(lái)。

“直覺(jué)表明，兩個(gè) 12 小時(shí)的一天應(yīng)該類似于一個(gè) 24 小時(shí)的一天。陽(yáng)光的升降速度是原來(lái)的兩倍，氧氣的產(chǎn)生也步調(diào)一致。海洋科學(xué)家 Arjun Chennu 解釋道德國(guó)萊布尼茨熱帶海洋研究中心。

“但細(xì)菌墊中氧氣的釋放不會(huì)，因?yàn)樗艿椒肿訑U(kuò)散速度的限制。陽(yáng)光釋放氧氣的這種微妙解耦是該機(jī)制的核心。

這些結(jié)果被納入全球氧氣水平模型，研究小組發(fā)現(xiàn)，天數(shù)的延長(zhǎng)與地球氧氣的增加有關(guān)——不僅僅是大氧化事件，還有另一種稱為新元古代氧化事件大約在 550 至 8 億年前。

“我們將在從分子擴(kuò)散到行星力學(xué)等截然不同的尺度上運(yùn)行的物理定律聯(lián)系在一起。我們表明，白天長(zhǎng)度與地面微生物可以釋放多少氧氣之間存在根本聯(lián)系，”陳女說(shuō).

“這非常令人興奮。通過(guò)這種方式，我們將微生物墊中分子的舞蹈與我們星球及其月球的舞蹈聯(lián)系起來(lái)。

該研究已發(fā)表在自然地球科學(xué).

本文的早期版本發(fā)表于 2021 年 8 月。

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