如果回到7000万年前的白垩纪,你可能会发现日月匆匆划过天际空,明天会比预期来得更快。
根据对白垩纪晚期贝壳的一项新研究,当恐龙时代即将结束时,地球自转速度比今天快,一年372天。贝壳上的新发现让我们不禁要问:在过去的45亿年里,地球自转变化有多大?幕后操纵者是谁?
激光打洞窥探白垩纪的秘密
今年3月,美国地理学会期刊《古海洋学与古气候学》的一项新研究称,白垩纪晚期的软体动物壳化石揭示了一个秘密:在恐龙时代末期,地球自转速度比今天快,地球一年自转372次,而现在是365次。这意味着白垩纪的一天只持续了23个半小时。
科学家们正在研究白垩纪海底的一个贝壳化石。7000万年后的今天,人们在阿曼干旱的山区发现了它。
它的学名是“Torreitessanchezi”,看起来像欧洲常见的粗陶啤酒杯,有盖子。这种古老软体动物的两个壳像不对称的牡蛎一样铰接在一起。它们像现代牡蛎一样紧密附着在水下岩石上。白垩纪时期,它们遍布世界各地。
科学家分析的古软体动物属于已灭绝的、多样的“蛤仔”。这种生物长得特别快,每天都要一只一只的跳。
这项新的研究使用激光取样并获得贝壳的微小切片,这比以前使用显微镜的方法更精确。在精确计算年轮后,研究人员能够确定白垩纪的天数比现在多。
新方法将激光聚焦在一个小外壳上,钻一个直径为10微米(红细胞大小)的孔,并采集一点样本。这些微小样品中的微量元素揭示了贝壳形成时水的温度和化学成分。此外,一天中生长年轮的宽度、数量和季节变化可以准确测量。
随着新技术的高分辨率,我们从未见过古代双壳类是如何快速生长的,甚至无法确定一天内水质的变化。
“一个增长的日可占用4到5个数据点,这在地质研究史上几乎是从未有过的。我们基本可以把握7000万年前的那一天。这真是太神奇了。”比利时布鲁塞尔自由大学的科学家德温特说。
享受太阳能的造礁生物
对贝壳的化学分析表明,晚白垩世的海洋温度比以前认为的要高,夏天达到40摄氏度,冬天超过30摄氏度。德温特说,40摄氏度接近软体动物的生理极限。
在白垩纪晚期,这种贝壳是造礁生物,就像今天的珊瑚一样。这项新的研究还证实,软体动物可能与光合生物共存,形成一个像现在珊瑚礁一样大的“壳礁”。
6600万年前,“托雷特桑切齐”的外壳和恐龙一起灭绝了。“它是一种非常特殊的双壳类动物。没有贝壳像今天这样活着。”德温特说:“在白垩纪晚期,世界上大多数造礁者都是这些双壳类动物。因此,它们确实有能力建立珊瑚今天所拥有的生态系统。”
发现一天内贝壳生长的变化大于季节或潮汐周期——白天比晚上生长得快得多。这说明这个壳非常依赖太阳,说明它有光合作用的能力。
这个很有意思:太阳其实是古代软体动物的衣食父母,不同于现代贝壳在水中过滤食物。德温特说,白垩纪的贝壳可能与一种光合生物共存,如藻类。
之前有科学家推测古贝壳是否是光共生体,但没有直接证据。这项研究首次提供了可信的证据。
为什么地球自转会变慢
因为从贝壳的生长可以清晰的看到昼夜的节奏,一年的周期也很明显。科学家统计了贝壳每年生长的天数,发现一年有372个昼夜。这不是偶然的,因为科学家知道过去的日子比现在短。然而,我们不知道晚白垩世有多长。372的准确数字将有助于我们研究一个重大的天文学问题。
一年的时间,古今基本相同,因为地球绕太阳的轨道不会变。但由于海洋中潮汐的摩擦,一天的时间发生变化,地球自转会越来越慢。
众所周知,月球的引力将地球上的海水吸引到靠近月球的一侧。海水摩擦着地球,就像刹车片一样,拖着地球的旋转,所以一天的长度一直在稳步增加。
潮汐也会影响月球。它不仅逐渐锁定月球,使其永远面向地球,而且加速了月球。现在,月球正以每年3.82厘米的速度远离地球——阿波罗登月后,月球表面留下了一个反射器,通过精确的激光反射进行测量。
美国威斯康星-麦迪逊大学地球科学教授斯蒂芬·迈耶斯(Stephen meyers)打了个比方:“随着月球的运动,地球就像一个旋转的花样滑冰运动员,张开双臂时会减速。”
但是科学家们也知道月球移动的速度不是恒定的。如果是每年3.82 cm,计算月球在14亿年前离开地球。许多证据表明,月球与地球的相互作用要古老得多,最有可能在45亿年前地球上就能看到月球。
因此,我们不知道古代月亮离地球有多远。这就是为什么这个白垩纪的壳如此重要,我们可以从中推断月球与地球的相互作用历史。
对德温特和他的同事来说,7000万年还不够长。科学家们还希望将新方法应用于更古老的化石,看看是否有新的发现。
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14亿年前的一天有多长
这个问题似乎无法探究。但是科学家仍然试图回答。2018年6月发表在《美国国家科学院院刊》上的一项研究推测,14亿年前,地球上每天有超过18个小时。
首先要注意的是,地球在Tai 空中的运动受其他天体引力的影响,其规律是多种多样的,具有复杂的节律。地球公转、自转和自转轴摆动的规律性变化称为米兰科维奇周期。塞尔维亚人米兰科维奇首先计算了过去几百万年来地球偏心率、轴向倾角和轨道进动的变化,认为这些参数与地球的冰期有关。
例如,根据米兰科维奇的说法,地球轨道的倾角每26000年完成一次完整的进动周期。同时,椭圆轨道自转也在缓慢的21000年内导致季节和轨道之间的变化。另一方面,地球自转轴与轨道面的倾角在4.1万年的周期内从22.1度摆动到24.5度(也叫章动),现在是23.44度,还在减小。
几年前,威斯康星大学麦迪逊分校的斯蒂芬·迈耶斯(Stephen meyers)等科学家试图在岩石记录中观察这种节奏,周期为1亿年。
迈耶斯与哥伦比亚大学的马林维诺合作,将2015年开发的一种统计方法(用于处理跨时间的不确定性)与天文理论、地质数据和一种称为贝叶斯反演的复杂算法相结合,使研究人员能够更好地消除最麻烦的蝴蝶效应——早期地质记录中的一个小误差就能导致结果的巨大不确定性。
他们在两个地质记录上测试了这种方法,这两个记录来自14亿年前中国北部的下马岭组和5500万年前大西洋南部的沃尔维斯海脊。
通过这种方法,他们可以从地质记录中的岩层中可靠地评价地球自转轴及其轨道形状在不同时期的变化,同时消除不确定性。它们还决定了一天的长度以及地球和月球之间的距离。他们的一个结论是,14亿年前,地球上每天至少有18个小时。(高博)
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