考古學家發現地球在早期的時候氧氣量很低,根本不足以支持現在地球生物圈的活動。之後氧氣的含量並不是穩步增加達到今天的水平,而是出現幾次飆升的時期。8月2日發表於《自然·地球科學》(Nature Geoscience)的研究提出,地球上含氧量大幅提升很可能和月球的作用相關。
科學家目前掌握的信息認為,地球在誕生的初期大氣層中幾乎沒有氧氣。在距今大約20億年前的時候,氧氣的含量突然飆升到目前氧氣水平的百分之幾。在那之後這樣的氧氣水平維持了大約十億年後,又出現一次大幅的提升。
對於地球氧氣含量發展的過程,科學家提出過一些理論解釋。其中被較多人談論的是生物學家的說法:微生物的光合作用為地球提供了大量的氧氣。
這個說法有一定道理,但是無法解釋的是,這些微生物在地球氧氣量第一次飆升事件之前已經存在了,為甚麼在後來十億年內並不是逐漸地推進地球上的氧氣含量?
其它科學家提出過幾種理論輔助解釋,比如火山噴發的氣體吸收了大量氧氣,消耗了氧氣,導致氧氣含量沒能繼續增加;有的說是因為當時環境沒有足夠的營養,一種特別能製造氧氣的藻類——藍藻不能大量繁殖。
這份新研究提出,地球上氧氣量的變化很可能與地球自轉時間的延長相關——地球自轉時間的變化和氧氣含量變化的時間點存在一致的地方,很可能這不是巧合。
關於地球自轉的時間,科學家目前認為也經歷了很大的變化。他們認為地球剛誕生的時候,每6小時自轉一圈,後來隨著海洋的形成和月球的出現,潮汐力增加了地球自轉的摩擦力,導致地球的自轉時間一步步調整,直到現在的24小時一圈。
但是這個時間調整的過程也不是均勻的。較多人認可的一個理論是,潮汐可分為海洋潮汐和大氣潮汐兩類。它們會相互抵消彼此的作用。這兩種潮汐力相互牽制,讓地球的自轉周期在長達十億年的時期內,都維持在21小時的水平。這份研究認為,這正好能解釋為甚麼地球的氧氣含量在兩次飆升事件之間,有一個長達十億年的持平階段。
這份研究的主要參與者之一德國萊布尼茨熱帶海洋研究中心(Leibniz Center for Tropical Marine Researc)的生態學家陳努(Arjun Chennu)說,他們的分析模型顯示地球自轉周期的變化,延長了日照時間,促進了藍藻製造氧氣的能力。
他說,當地球自轉太快的時候,藍藻的造氧能力還沒達到高峰就已經傍晚了。後來地球自轉速度放慢一些,多出來的日照時間大幅促進了藍藻的造氧潛力。#
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