地球的自转速度正在减慢，这可能解释了为什么我们有氧气

自从大约 45 亿年前形成以来，地球的自转一直在逐渐减慢，因此它的白昼也逐渐变长。

虽然地球的变慢在人类的时间尺度上并不明显，但它足以在亿万年内产生重大变化。这些变化之一可能是最重要的，至少对我们来说是这样：根据 2021 年的一项研究，白昼延长与地球大气层的氧合有关。

具体来说，大约 24 亿年前出现和增殖的蓝绿藻（或蓝藻）本来能够产生更多的氧气作为代谢副产品，因为地球的白昼变长了。

查看下面的视频，了解研究摘要。

“地球科学中一个经久不衰的问题是地球大气层是如何获得氧气的，以及哪些因素控制了这种氧合发生的时间，”密歇根大学的微生物学家格雷戈里·迪克 （Gregory Dick） 在 2021 年解释说。

“我们的研究表明，地球自转的速度——换句话说，它的昼长——可能对地球氧合的模式和时间产生了重要影响。”

这个故事有两个主要组成部分，乍一看似乎没有太大关系。首先是地球的自转速度减慢了。

地球自转减慢的原因是月球对行星施加引力，这会导致旋转减速，因为月球逐渐拉开。

根据化石记录，我们知道，14 亿年前的白昼只有 18 小时，比 7000 万年前的今天短了半小时。有证据表明，我们每个世纪的时间增加了 1.8 毫秒。

第二个组成部分是所谓的大氧化事件——当蓝藻大量出现时，地球大气中的氧气急剧而显着地上升。

如果没有这种氧化，科学家们认为我们所知道的生命就不可能出现;因此，尽管蓝藻今天可能会有点侧目，但如果没有它们，我们可能不会在这里。

关于这一事件，我们仍然有很多不了解的地方，包括诸如为什么它发生在地球历史上的某个时间而不是更早的某个时间之类的紧迫问题。

科学家们与蓝藻微生物合作，才将这些点连接起来。在休伦湖的中岛天坑中，可以发现微生物垫，这些微生物垫被认为是导致大氧化事件的蓝藻的类似物。

通过光合作用产生氧气的紫色蓝藻和代谢硫的白色微生物在湖床上的微生物垫上竞争。

到了晚上，白色微生物会爬到微生物垫的顶部，进行咀嚼硫磺的事情。当天亮时，太阳在天空中升得足够高，白色微生物退去，紫色蓝藻升到顶部。

“现在它们可以开始进行光合作用并产生氧气，”德国马克斯·普朗克海洋微生物研究所（Max Planck Institute for Marine Microbiology）的地球微生物学家朱迪思·克拉特（Judith Klatt）说。

“然而，他们需要几个小时才能真正开始，早上有很长的滞后。看来，蓝藻比早起的人要晚起。

这意味着蓝藻在白天可以泵出氧气的窗口非常有限——正是这一事实引起了密歇根大学海洋学家布赖恩·阿比克 （Brian Arbic） 的注意。他想知道地球历史上日长的变化是否对光合作用产生了影响。

“微生物之间类似类型的竞争可能导致早期地球氧气生产的延迟，”克拉特解释说。

为了证明这一假设，该团队在自然环境和实验室环境中对微生物进行了实验和测量。他们还根据他们的结果进行了详细的建模研究，将阳光与微生物氧气的产生联系起来，并将微生物氧气的产生与地球的历史联系起来。

“直觉表明，两个 12 小时的一天应该类似于一个 24 小时的一天。阳光升起和落下的速度是原来的两倍，氧气的产生也同步进行，“德国莱布尼茨热带海洋研究中心的海洋科学家 Arjun Chennu 解释说。

“但细菌垫释放的氧气不会，因为它受到分子扩散速度的限制。这种氧气与阳光释放的微妙解耦是该机制的核心。

这些结果被纳入全球氧含量模型，该团队发现，白昼延长与地球氧气的增加有关——不仅仅是大氧化事件，还有大约 550 到 8 亿年前的另一个第二次大气氧化事件，称为新元古代氧化事件。

“我们将以截然不同的尺度运行的物理定律联系在一起，从分子扩散到行星力学。我们表明，日照长度与地面微生物可以释放多少氧气之间存在根本联系，“Chennu 说。

“这非常令人兴奋。通过这种方式，我们将微生物垫中分子的舞蹈与我们的星球和月球的舞蹈联系起来。