科學(xué)咖啡館
七億年前，一天只有二十個小時？
一天難道不是24個小時嗎？這個問題的答案可不像我們想象得那么絕對。
近期，一項由成都理工大學(xué)大數(shù)據(jù)沉積研究團(tuán)隊黃何研究員和馬超教授，聯(lián)合國際天文學(xué)家雅克·拉斯卡爾團(tuán)隊完成的研究，首次從地質(zhì)記錄中重建了7億年前至2億年前地球自轉(zhuǎn)減速的過程。這項發(fā)表在《美國科學(xué)院院刊》的研究成果引發(fā)高度關(guān)注。論文的審稿人之一，地質(zhì)學(xué)家米羅斯(Ross Mitchell)在接受中青報·中青網(wǎng)記者采訪時表示，長期以來，地球自轉(zhuǎn)速度減慢的趨勢一直被認(rèn)為是單調(diào)、穩(wěn)定的，但在這項具有里程碑意義的研究中，作者質(zhì)疑了這一假設(shè)，并提供了大量數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)表明地球長期的自轉(zhuǎn)減速出現(xiàn)了中斷。
馬超介紹，團(tuán)隊發(fā)現(xiàn)地球自轉(zhuǎn)遵循著“減速-平穩(wěn)-減速-平穩(wěn)”的階梯狀演化模式。7億年前，地球自轉(zhuǎn)減速的速度加快，當(dāng)時間來到約5.4億年前，地球自轉(zhuǎn)速度基本不變，約距今3.4億年前，地球再次加快自轉(zhuǎn)減速，直到約2.5億年前，地球自轉(zhuǎn)的減速趨于平穩(wěn)。他說，7億年前，地球自轉(zhuǎn)一周，也就是一天的時間約為20個小時；而在2億年前，一天有23個小時。
這些都是地球上的石頭“說”的。馬超解釋，地球運動會對氣候產(chǎn)生影響，而氣候變化的信息又以物理和化學(xué)的表現(xiàn)形式被地球上的巖石記錄下來。在科學(xué)家看來，沉睡在水下的沉積巖一層一層，正如一部地球史書，“翻開”這本“書”，就能“穿越”到地球演化的歷史之中。
那么地球自轉(zhuǎn)究竟為何會減速？
地球演化的歷史受到了萬有引力的影響。馬超解釋，地球自轉(zhuǎn)減速的主要原因之一是潮汐耗散，也就是和地月系統(tǒng)的相互作用有關(guān)。通俗地說，月球的引力使得地球水體被拉伸，就有了潮漲潮落，潮水摩擦海岸線，消耗了地球的能量，因此使地球自轉(zhuǎn)速度變慢。
有意思的是，馬超指出，在7億年前到2億年前之間，地球自轉(zhuǎn)減速的兩個速率變化的轉(zhuǎn)折點，分別對應(yīng)著兩次重大的地質(zhì)事件——5.5億年前的寒武紀(jì)生命大爆發(fā)，和2.5億年前的二疊紀(jì)－三疊紀(jì)生物大滅絕?！捌渚唧w因果關(guān)系有待進(jìn)一步驗證。”他補(bǔ)充說。
7億年前，在一天20個小時的時期，“無憂無慮”的單細(xì)胞生物主宰海洋。寒武紀(jì)生命大爆發(fā)后，復(fù)雜生命體蓬勃發(fā)展，身長超過2米的奇蝦稱霸海洋。而在二疊紀(jì)末的生物大滅絕期間，當(dāng)時全球約90%以上的物種都從地球上消失了。不過隨后，地球生物迎來復(fù)蘇，恐龍稱霸了地球。
但導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)減速的主要原因似乎并非一成不變。還記得海岸線摩擦地球消耗的那部分能量嗎？馬超解釋，遵循地月系統(tǒng)角動量守恒的物理學(xué)定律，這部分能量被“轉(zhuǎn)移”到了月球的公轉(zhuǎn)運動中，導(dǎo)致月球遠(yuǎn)離地球。從單細(xì)胞生物獨領(lǐng)風(fēng)騷到恐龍粉墨登場的5億年間，也就是從7億年前到2億年前，地月距離增加了約2萬公里，每100年月球遠(yuǎn)離地球4米。月球遠(yuǎn)離地球，使得潮汐耗散作用逐漸減弱。此次該團(tuán)隊的研究認(rèn)為，地球自身內(nèi)部質(zhì)量分布的變化，在距今5000萬年前左右已經(jīng)成為影響地球減速的主要因素。
雖然目前尚不清楚研究對應(yīng)的這段時期內(nèi)地球的海洋和大陸的構(gòu)造是如何導(dǎo)致地球自轉(zhuǎn)減速暫停的，但米羅斯表示，這項研究成果仍能證明人類對地球古代自轉(zhuǎn)歷史的理解“更上了一層樓”。
那么地球自轉(zhuǎn)減速，到底會帶來哪些影響呢？我們現(xiàn)在處于地球減速期還是平穩(wěn)期，距離轉(zhuǎn)折點有多遠(yuǎn)？
馬超解釋，目前來看，地球減速最直接的影響是日長改變，和與其對應(yīng)的光照時長及頻率的改變，這將會影響天氣，進(jìn)而影響氣候，隨即將對植物生長等產(chǎn)生影響。具體的變化模式，還有待進(jìn)一步研究。
不過需要特別提示的是，地質(zhì)時期的時間尺度巨大，通常以百萬年計。馬超表示，當(dāng)前我們正處在地球減速的平穩(wěn)期之中，未來百萬年不會出現(xiàn)轉(zhuǎn)折時期。
中青報·中青網(wǎng)記者 張茜 來源：中國青年報
2024年10月14日 08 版