地球的自轉速度正在減慢，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，地球的自轉一直在逐漸減慢，因此它的白晝也逐漸變長。

雖然地球的變慢在人類的時間尺度上并不明顯，但它足以在億萬年內產生重大變化。這些變化之一可能是最重要的，至少對我們來說是這樣：根據 2021 年的一項研究，白晝延長與地球大氣層的氧合有關。

具體來說，大約 24 億年前出現和增殖的藍綠藻（或藍藻）本來能夠產生更多的氧氣作為代謝副產品，因為地球的白晝變長了。

查看下面的視頻，了解研究摘要。

“地球科學中一個經久不衰的問題是地球大氣層是如何獲得氧氣的，以及當這種氧合發生時有哪些因素控制。”微生物學家 Gregory Dick的密歇根大學在 2021 年解釋。

“我們的研究表明，地球自轉的速度——換句話說，它的晝長——可能對地球氧合的模式和時間產生了重要影響。”

這個故事有兩個主要組成部分，乍一看似乎沒有太大關系。首先是地球的自轉速度減慢了。

地球自轉速度減慢的原因是月球對行星施加引力，這會導致旋轉減速，因為月亮正在逐漸拉開距離。

我們知道，根據化石記錄，那段日子只是時長 18 小時14 億年前，以及短半小時比 7000 萬年前的今天還要多。有證據表明，我們正在獲得1.8 毫秒一個世紀.

第二個組件稱為大氧化事件– 當藍藻大量出現，以至于地球大氣層的氧氣急劇、顯著上升時。

如果沒有這種氧化，科學家們認為我們所知道的生命就不可能出現;因此，盡管藍藻可能今天有點側目，如果沒有他們，我們可能不會在這里。

關于這一事件，我們仍然有很多不了解的地方，包括諸如為什么它發生在地球歷史上的某個時間而不是更早的某個時間之類的緊迫問題。

科學家們與藍藻微生物合作，才將這些點連接起來。在休倫湖的中島天坑中，可以發現微生物墊，這些微生物墊被認為是導致大氧化事件的藍藻的類似物。

紫藍藻通過光合作用產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爭。

到了晚上，白色微生物會爬到微生物墊的頂部，進行咀嚼硫磺的事情。當天亮時，太陽在天空中升得足夠高，白色微生物退去，紫色藍藻升到頂部。

“現在它們可以開始進行光合作用并產生氧氣，”地質微生物學家 Judith Klatt 說德國馬克斯普朗克海洋微生物研究所。

“然而，他們需要幾個小時才能真正開始，早上有很長的滯后。看來，藍藻比早起的人要晚起。

這意味著藍藻在白天可以泵出氧氣的窗口非常有限——正是這一事實引起了密歇根大學海洋學家布賴恩·阿比克 （Brian Arbic） 的注意。他想知道地球歷史上日長的變化是否對光合作用產生了影響。

“微生物之間類似類型的競爭可能導致早期地球氧氣生產的延遲，”克拉特解釋說.

為了證明這一假設，該團隊在自然環境和實驗室環境中對微生物進行了實驗和測量。他們還根據他們的結果進行了詳細的建模研究，將陽光與微生物氧氣的產生聯系起來，并將微生物氧氣的產生與地球的歷史聯系起來。

“直覺表明，兩個 12 小時的一天應該類似于一個 24 小時的一天。陽光的升起和落下速度是原來的兩倍，氧氣的產生也同步進行。海洋科學家 Arjun Chennu 解釋道德國萊布尼茨熱帶海洋研究中心。

“但細菌墊釋放的氧氣不會，因為它受到分子擴散速度的限制。這種氧氣與陽光釋放的微妙解耦是該機制的核心。

這些結果被納入全球氧含量模型，該團隊發現，白晝延長與地球氧氣的增加有關——不僅僅是大氧化事件，還有另一個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行的物理定律聯系在一起，從分子擴散到行星力學。我們表明，日照長度與地面微生物可以釋放的氧氣量之間存在根本聯系。Chennu 說.

“這非常令人興奮。通過這種方式，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系起來。

該研究已發表在自然 地球科學.

本文的早期版本發表于 2021 年 8 月。

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