地球的自轉(zhuǎn)速度正在減慢，這可能解釋了為什么我們有氧氣

自從大約 45 億年前形成以來(lái)，地球的自轉(zhuǎn)一直在逐漸減慢，因此它的白晝也逐漸變長(zhǎng)。

雖然地球的變慢在人類的時(shí)間尺度上并不明顯，但它足以在億萬(wàn)年內(nèi)產(chǎn)生重大變化。這些變化之一可能是最重要的，至少對(duì)我們來(lái)說(shuō)是這樣：根據(jù) 2021 年的一項(xiàng)研究，白晝延長(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）本來(lái)能夠產(chǎn)生更多的氧氣作為代謝副產(chǎn)品，因?yàn)榈厍虻陌讜冏冮L(zhǎng)了。

查看下面的視頻，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，以及當(dāng)這種氧合發(fā)生時(shí)有哪些因素控制?！?a>微生物學(xué)家 Gregory Dick的密歇根大學(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)，它的晝長(zhǎng)——可能對(duì)地球氧合的模式和時(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，乍一看似乎沒(méi)有太大關(guān)系。首先是地球的自轉(zhuǎn)速度減慢了。

地球自轉(zhuǎn)速度減慢的原因是月球?qū)π行鞘┘右?/a>，這會(huì)導(dǎo)致旋轉(zhuǎn)減速，因?yàn)?a data-linkid="73106" data-postid="162524">月亮正在逐漸拉開(kāi)距離。

我們知道，根據(jù)化石記錄，那段日子只是時(shí)長(zhǎng) 18 小時(shí)14 億年前，以及短半小時(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、顯著上升時(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?nèi)匀挥泻芏嗖涣私獾牡胤?，包括諸如為什么它發(fā)生在地球歷史上的某個(gè)時(shí)間而不是更早的某個(gè)時(shí)間之類的緊迫問(wèn)題。

科學(xué)家們與藍(lán)藻微生物合作，才將這些點(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。

紫藍(lán)藻通過(guò)光合作用產(chǎn)生氧氣的白色微生物和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)爬到微生物墊的頂部，進(jìn)行咀嚼硫磺的事情。當(dāng)天亮?xí)r，太陽(yáng)在天空中升得足夠高，白色微生物退去，紫色藍(lán)藻升到頂部。

“現(xiàn)在它們可以開(kāi)始進(jìn)行光合作用并產(chǎn)生氧氣，”地質(zhì)微生物學(xué)家 Judith Klatt 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(kāi)始，早上有很長(zhǎng)的滯后?？磥?lái)，藍(lán)藻比早起的人要晚起。

這意味著藍(lán)藻在白天可以泵出氧氣的窗口非常有限——正是這一事實(shí)引起了密歇根大學(xué)海洋學(xué)家布賴恩·阿比克 （Brian Arbic） 的注意。他想知道地球歷史上日長(zhǎng)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，”克拉特解釋說(shuō).

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)生聯(lián)系起來(lái)，并將微生物氧氣的產(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)光的升起和落下速度是原來(lái)的兩倍，氧氣的產(chǎn)生也同步進(jìn)行。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)菌墊釋放的氧氣不會(huì)，因?yàn)樗艿椒肿訑U(kuò)散速度的限制。這種氧氣與陽(yáng)光釋放的微妙解耦是該機(jī)制的核心。

這些結(jié)果被納入全球氧含量模型，該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，白晝延長(zhǎng)與地球氧氣的增加有關(guān)——不僅僅是大氧化事件，還有另一個(gè)稱為新元古代氧合事件大約 550 到 8 億年前。

“我們將以截然不同的尺度運(yùn)行的物理定律聯(lián)系在一起，從分子擴(kuò)散到行星力學(xué)。我們表明，日照長(zhǎng)度與地面微生物可以釋放的氧氣量之間存在根本聯(lián)系。Chennu 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的星球和月球的舞蹈聯(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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