7000萬年前的一天有多長

浩海云

美國地理學會期刊《古海洋學和古氣候學》上一項新研究表明，白堊紀晚期的軟體動物貝殼化石透露出一個秘密：恐龍時代結束時，地球自轉比今天快，每年地球要自轉372次，而目前是365次。這意味著白堊紀的一天，僅持續(xù)23個半小時。

科學家研究的，是一枚白堊紀海底的貝殼化石。它于7000萬年后的今天，在阿曼的干旱山區(qū)被發(fā)現(xiàn)。

它的學名叫“Torreitessanchezi”，看起來像歐洲常見的粗陶啤酒杯，還有個蓋子。這種古老的軟體動物的兩個殼鉸鏈起來，像不對稱的牡蠣。它們像現(xiàn)代牡蠣一樣密集地附著于水下礁石。白堊紀時代，全球海洋都有它們的蹤跡。

科學家分析了這種古老軟體貝殼動物，屬于已經滅絕的、種類繁多的“紅蛤”。這類生物生長很快，每天都要躥一躥個兒。

新研究使用激光來采樣，獲取貝殼的微小切片，比以前使用顯微鏡的辦法更精確。在精準推算了年輪后，研究人員能夠確定，白堊紀一年的天數(shù)比如今要多。

新方法將激光聚焦在小塊貝殼上，鉆出直徑10微米（紅細胞那么大）的孔，取一點點樣品。這些微小樣本中的微量元素，揭示了殼形成時，水的溫度和化學成分。而且可以據(jù)此精確測量出一日生長環(huán)的寬度、數(shù)量，還有季節(jié)性變化。

新技術的高分辨率，前所未有地觀察到了古代雙殼類動物如何快速生長，甚至確定了一天內的水質變化情況。

“一個生長日，能取4到5個數(shù)據(jù)點，這在地質研究史上幾乎從未有過。我們基本上可以把握7000萬年前的一天。這真是太神奇了?！眮碜员壤麜r布魯塞爾自由大學的科學家德溫特說。

貝殼的化學分析表明，白堊紀晚期的海洋溫度比之前認為的要高，夏天達到40攝氏度，冬天超過30攝氏度。德溫特說，40攝氏度已經接近軟體動物的生理極限了。

在白堊紀晚期，這種貝殼是造礁生物，就像今天珊瑚扮演的角色一樣。新的研究還證實，軟體動物可能與光合生物共生，合作出了跟現(xiàn)在珊瑚礁規(guī)模一樣大的“貝殼礁”。

6600萬年前，這種貝殼跟恐龍一起滅絕了?！八欠浅Ｌ厥獾碾p殼類動物。今天沒有像它這樣生活的貝殼了?！钡聹靥卣f，“而在白堊紀晚期，全世界大多數(shù)礁石建造者都是這些雙殼類動物。因此，它們確實具備當今珊瑚所具有的生態(tài)系統(tǒng)建設能力?！?/p>

研究發(fā)現(xiàn)，一天中，殼生長的變化，比季節(jié)或海潮周期變化還大——白天長得比晚上快得多。這就說明，這種貝殼十分依賴太陽，這表明它有光合的本事。

沒想到吧，太陽光居然是古代軟體動物的衣食父母，這可跟現(xiàn)代過濾水中食物的貝殼不一樣。白堊紀的貝殼，很可能與一種能光合作用的生物共生，比如和藻類共生。

早在之前，就有科學家猜測古代貝殼會不會是光共生體，但沒有直接證據(jù)。這項研究，第一次提供了切實可信的證據(jù)。

由于白天和黑夜的節(jié)奏可以從貝殼生長過程中明顯看出來，所以一年的周期也很明顯?？茖W家數(shù)了貝殼每年生長的天數(shù)，發(fā)現(xiàn)一年有372個晝夜。這不算意外，因為科學家們知道過去的日子比現(xiàn)在短。然而，我們并不知道白堊紀晚期的日子到底多長。372這個精確的數(shù)字，將有助于我們對一個重大天文問題的研究。

一年的時間，古今基本是一樣的，因為地球繞太陽的軌道不會改變。但是因為大海潮汐的摩擦，一天的時間是變化的，地球自轉會越來越慢。

我們知道，月亮的引力，把地球上的海水吸引到靠月亮的一側。海水與地球摩擦來摩擦去，就像剎車片一樣，拖累了地球的自轉，所以，一天的長度一直在穩(wěn)定增長。

潮汐也會影響月球，它不僅逐漸鎖定了月球，讓月球永遠一面向地球，還會讓月球加速?，F(xiàn)在，月亮正以每年3.82厘米的速度遠離地球——阿波羅號登月后，將一個反射器留在月球表面，精確的激光反射測量出了這個數(shù)字。

美國威斯康星大學麥迪遜分校地球科學教授斯蒂芬·邁耶斯打了個比方：“隨著月球的移動，地球就像一個旋轉的花樣滑冰運動員，在伸開雙臂時會減速?！?/p>

但是科學家也知道，月球遠離的速度并不恒定。要是一直每年3.82厘米，那算出來月球是14億年前離開地球的。很多證據(jù)顯示，月球與地球的互動可古老多了，最可能是45億年以前，地球上就能看見月亮。

因此，月球古代離地球多遠，我們不知道。這也是為什么這枚白堊紀貝殼如此重要，我們可以根據(jù)它推斷月球與地球的互動史。

7000萬年，在德溫特和他的同事們看來，還不夠古老。科學家還希望將新方法用在更古老的化石上，看能不能有什么新發(fā)現(xiàn)。

這個問題似乎無從探索。但科學家還是嘗試著回答。發(fā)表在《美國國家科學院院刊》的一項研究猜測，14億年前，地球上的一天有18個小時以上。

先要說明的是：地球在太空中的運動，受到其他天體引力的影響，其規(guī)律是變化的，有復雜的節(jié)奏。地球的公轉、自轉和自轉軸擺動的規(guī)律變化，被稱為米蘭科維奇周期——塞爾維亞人米蘭科維奇首先計算了過去數(shù)百萬年地球的離心率、轉軸傾角和軌道進動的變化，認為這些參數(shù)與地球出現(xiàn)冰川期有關。

比如，米蘭科維奇認為，地球軌道傾角大約每26000年完成繞行一周的完整進動周期。與此同時，橢圓軌道旋轉也以緩慢的21000年引導著季節(jié)和軌道之間的變化。另一方面，地球的自轉軸和軌道平面之間的傾角以41000年的周期在22.1度到24.5度之間搖擺（也叫章動），現(xiàn)在角度是23.44度，還在減少中。

前幾年，威斯康星大學麥迪遜分校的斯蒂芬·邁耶斯等科學家試圖在巖石記錄中觀察這種節(jié)律，周期以億年為單位。

邁耶斯與哥倫比亞大學的馬林維諾合作，將2015年開發(fā)的一種統(tǒng)計方法（用于處理跨時間的不確定性）與天文學理論、地質數(shù)據(jù)以及一種稱為貝葉斯反演的復雜算法相結合，讓研究人員可以更好地消除最麻煩的蝴蝶效應——地質紀錄中早期小小的不精確可以造成結果的巨大不確定。

他們在兩個地質記錄數(shù)據(jù)上測試了這種方法，數(shù)據(jù)分別來自中國北方14億年前的下馬嶺組和南部大西洋5500萬年前的沃爾維斯海脊。

通過這種方法，他們可以從地質記錄中的巖石層，可靠地評估地球旋轉軸方向及其軌道形狀在不同時期的變化，同時還消除了不確定性。他們還由此確定一天的長度以及地球與月球之間的距離。他們的結論之一是：14億年前，地球上的一天至少有18個小時。

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