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七千萬年前的一天有多長 聽聽白堊紀海底貝殼怎麼説
2020-03-28 11:22:33 來源: 科技日報
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        如果穿越回7000萬年前的白堊紀,你可能會發現,太陽和月亮更加匆忙地劃過天空,明天比預想來得更快。

        根據白堊紀晚期貝殼的一項新研究,恐龍時代即將結束時,地球自轉比今天快,一年有372天。貝殼上的新發現讓我們不禁沉思:45億年來地球的自轉變化有多大?背後的操縱者是誰?

        激光鑽細洞,窺探白堊紀的秘密

        3月份美國地理學會的期刊《古海洋學和古氣候學》上一項新研究説,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23個半小時。

        科學家研究的,是一枚白堊紀海底的貝殼化石。7000萬年後的今天,人們在阿曼的幹旱山區發現了它。

        它學名叫“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。它們像現代牡蠣一樣密密地附著于水下礁石。白堊紀時代,全球海洋都有它們的蹤跡。

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

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

        新方法將激光聚焦在小塊貝殼上,鑽出直徑10微米(紅細胞那麼大)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。而且可以據此精確測量出一日生長環的寬度、數量,還有季節性變化。

        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個數據點,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。”來自比利時布魯塞爾自由大學的科學家德溫特説。

        享受太陽能量的造礁生物

        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。德溫特説,40攝氏度可是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,合作出了跟現在珊瑚礁規模一樣大的“貝殼礁”。

        6600萬年前,“Torreitessanchezi”貝殼跟恐龍一起滅絕了。“它是非常特殊的雙殼類動物。今天沒有像它這樣生活的貝殼了。”德溫特説,“而在白堊紀晚期,全世界大多數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係統建設能力。”

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

        這就有意思了:太陽光居然是古代軟體動物的衣食父母,這可跟現代過濾水中食物的貝殼不一樣。德溫特説,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。

        之前,也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。這項研究,第一次提供了切實可信的證據。

        地球自轉為什麼變慢

        由于白天和黑夜的節奏可以從貝殼生長明顯看出來,而一年的周期也很明顯。科學家數了貝殼每年生長的天數,發現一年有372個晝夜。這不算意外,因為科學家們知道過去的日子比現在短。然而,我們並不知道白堊紀晚期的日子到底多長。372這個精確的數字,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。現在,月亮正以每年3.82厘米的速度遠離地球——阿波羅號登月後,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。”

        但是科學家也知道,月球遠離的速度並不恒定。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。這也是為啥這枚白堊紀貝殼如此重要,我們可以根據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,看能不能有什麼新發現。

        延伸閱讀

        14億年前的一天又有多長

        這個問題似乎無從探索。但科學家還是嘗試著回答。2018年6月發表在《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。

        先要説明的是:地球在太空中的運動,受到其他天體引力的影響,其規律是變化的,有復雜的節奏。地球的公轉、自轉和自轉軸擺動的規律變化,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百萬年地球的離心率、轉軸傾角和軌道進動的變化,認為了這些參數與地球出現冰川期有關。

        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岩石記錄中觀察這種節律,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年開發的一種統計方法(用于處理跨時間的不確定性)與天文學理論、地質數據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巨大不確定。

        他們在兩個地質記錄數據上測試了這種方法,他們分別來自中國北方14億年前的下馬嶺組和來自南部大西洋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岩石層,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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【糾錯】 責任編輯: 郭童
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