来源：地质地球所  发布日期：2023-6-13

　　在一天内完成所有我们想做的事情是很困难的。但如果我们生活在地球历史的早期，那就更加困难了。虽然我们理所当然地认为一天24小时，但在地球久远的过去，一天的时间更短。因为月球距地球更近，所以白天的长度更短。

　　中国科学院地质与地球物理研究所的地球物理学家Ross Mitchell说：“随着时间的推移，月球获取了地球的旋转能量，将月球推进到离地球更远的更高轨道。”这项研究的合作者、澳大利亚科廷大学的Uwe Kirscher说：“大多数地球自转模型预测，随着向过去时间的推移，一天的时长一直越来越短。”但是，Mitchell和Kirscher发现的并不是缓慢而稳定的日长变化。

　　研究者是如何测量过去的日长的？在过去的几十年里，地质学家使用了特殊沉积岩的记录，在潮汐泥滩中保存了非常精细的纹层。计算每个月由潮汐波动引起的沉积层的数量，就可以知道过去的一天有多少小时。但这样的潮汐记录并不多见，而且保存下来的潮汐记录通常存在争议。幸运的是，还有另一种方法可以估计一天的长度。旋回地层学是一种地质方法，它使用韵律沉积层来探测天文“米兰科维奇”旋回，这些旋回反映了地球轨道和自转的变化如何影响气候（图1）。Kirscher解释道：“岁差和倾角这两个米兰科维奇周期与地球自转轴在太空中的摆动和倾斜有关。因此，在过去较短的岁差和倾斜周期中可以检测到早期地球更快的自转。”

图1 保存着米兰科维奇旋回的6亿年前的沉积岩，可以探测到地球过去的一天的长度

　　Mitchell和Kirscher使用了最近大量的米兰科维奇记录，其中超过一半的古代数据是在过去7年里生成的。Mitchell说：“我们意识到，终于到了测试一种关于地球古自转的边缘但完全合理的观点的时候了。”一个未经证实的理论是：在地球遥远的过去，日长可能停滞在一个恒定值。除了与月球引力有关的海洋潮汐外，地球还存在与白天大气升温有关的太阳潮汐。太阳大气潮汐不如月球海洋潮汐强烈，但情况并非总是如此。过去，当地球自转速度更快时，月球的引力就会弱得多；与月球的引力不同，太阳的潮汐反而推动了地球（图2）。因此，当月球减缓地球自转时，太阳却加快了自转速度。Kirscher说：“正因为如此，如果在过去，这两种相反的力变得相等，这样的潮汐共振就会导致地球的日长停止变化，并在一段时间内保持不变。”这正是新数据汇编所显示的。

　　Mitchell指出：“大约在20亿至10亿年前，地球的日长似乎已经停止了长期增长，并稳定在19小时左右。这十亿年通常被称为‘枯燥’的十亿年。”有趣的是，停滞的时间正好在两个最大的氧气增长之间。加州大学河滨分校的Timothy Lyons没有参与这项研究，他说：“地球自转的演变可能影响了大气成分的演变，这一想法令人着迷。”因此，这项新研究支持了这样一种观点，即地球的氧气水平上升到现代水平必须等待更长的时间，光合细菌才能每天产生更多的氧气。

图2 月球的牵引和太阳的推动使地球产生了相反的潮汐

　　研究成果发表于国际学术期刊Nature Geoscience( Ross N. Mitchell, Uwe Kirscher. Mid-Proterozoic day length stalled by tidal resonance. Nature Geoscience, 2023. DOI: 10.1038/s41561-023-01202-6).