地球氧气激增？原因竟是自转减慢！这怎么可能呢？

更多的日光有助于氧气从微生物层中逃逸。

休伦湖中岛的天坑内，一条波博特鱼在覆盖着紫色和白色微生物垫的岩石上休息。

(图片来源:美国国家海洋和大气管理局雷鸣湾国家海洋保护区菲尔·哈特迈耶)

关于地球是如何成为一个富氧星球，现在有了一个新的观点:随着地球自转放缓，微生物沐浴在更长时间的阳光中，这加快了它们向大气中释放氧气的速度。

你可以随意的进行呼吸，因为数十亿年前，地球上的第一个生命——密集的蓝藻群，开始通过光合作用产生氧气。但科学家仍不确定是什么引发了两次变革性的充氧事件，使地球从一个低氧的星球变成一个富氧、并且复杂生物可以进行进化与多样化的世界。

 现在，研究人员已经确定了一个可能刺激微生物产生氧气的释放的重要因素:大约在24亿年前开始的地球自转放缓。地球在刚诞生的时候旋转得更快，几小时就转完一圈，但在数亿年的时间里，它逐渐减速。根据一项新的研究显示，一天的长度会达到一定的阈值，可能在那些关键的氧化时间里，更长时间的光照使更多的氧气分子从高浓度区域(细菌垫)扩散到浓度较低的区域(大气)。

最近，科学家在休伦湖底部的一个天坑中发现了有关这种联系的线索。休伦湖与美国的密歇根州和加拿大的安大略省接壤，是世界上最大的淡水湖之一。湖中的中岛天坑直径300英尺(91米)，位于水面以下约80英尺(24米)。在那里，富含硫的水滋养了色彩斑斓的微生物，这些微生物在低氧环境中茁壮成长，就像地球上最早的细菌一样。

在天坑寒冷的深处生活着两种微生物: 通过光合作用产生氧气、寻找阳光的紫蓝藻细菌和消耗硫并释放硫酸盐的白色细菌。这些微生物一整天都在争夺位置，早晨和晚上，这些吃硫的细菌会覆盖它们的紫色邻居，阻止紫色微生物接触太阳。然而，当日光最强时，白色微生物避开光线，深入地洞，使紫蓝藻暴露在外，从而能够进行光合作用并释放氧气。

 研究人员在写道，数十亿年前，微生物群落之间可能也存在类似的竞争，产氧细菌的微生物邻居阻碍了它们照射阳光。然后，随着地球上的白昼变长，氧气制造者在阳光下的时间也增加了，并向大气中释放了更多的氧气。

“我们意识到在光动力学和氧气释放之间有一个基本的联系，这个联系基于分子扩散物理学。”当热变化导致分子从高浓度地区迁移到低浓度地区时，该研究的主要作者、来自德国不来梅马克斯·普朗克海洋微生物研究所的研究科学家朱迪思·克拉特说。

克拉特在一封电子邮件中告诉《生活科学》杂志:“即使每小时产生的氧气量相同，但更短的一天会让更少的氧气逃离垫子。”

6月，休伦湖中央岛天坑内紫色微生物席。小山丘和像垫子上这样的“手指”是由甲烷和硫化氢等气体在它们下面冒出来造成的。(图片来源:美国国家海洋和大气管理局雷鸣湾国家海洋保护区菲尔·哈特迈耶)

自旋周期

 现在，地球每24小时绕地轴完成一次完整的自转，但在40亿年前，一天只持续大约6个小时，研究人员报告说。数十亿年来，地球与月球持续的舞蹈被一种称为潮汐摩擦的过程减缓了地球的自转。

当地球自转时，月球(太阳也在较小的程度上)吸引着地球上的海洋。这项研究的合著者、密歇根大学文学、科学和艺术学院地球与环境科学系的教授布莱恩·阿比克(Brian Arbic)说，这将海洋拉伸，使它们远离地球中心，从自转中吸取能量，并使其减速。

这种减速很小，但在数亿年的时间里，它增加了几个小时的日照;Arbic在一封电子邮件中告诉Live Science说，如今这种放缓仍在继续。

阿比克说:“潮汐摩擦会继续减慢自转速度——随着地质时间的推移，白天将继续变长。”

在休伦湖的中岛天坑里，一名潜水者观察着覆盖在岩石上的紫色、白色和绿色的微生物。(图片来源:美国国家海洋和大气管理局雷鸣湾国家海洋保护区菲尔·哈特迈耶)

呼吸新鲜空气

研究人员模拟了不同的白昼长度和氧气从微生物层逃逸的情景。当他们将他们的模型与从中岛天坑取样的竞争微生物席的分析进行比较时，他们发现证实了他们的预测:光合作用的细菌在白天更长时释放更多的氧气。

 这并不是因为微生物的光合作用更多;研究报告的合著者、布莱梅莱布尼茨热带海洋研究中心的研究科学家Arjun Chennu说，相反，这是因为更长时间的阳光意味着更多的氧气在一天内从垫子中逸出。

Chennu在一份声明中说:“阳光释放氧气的微妙解耦是该机制的核心。”

地球大气层的行星形成和冷却成形后,大约46亿年前,而主要是由硫化氢、甲烷和二氧化碳(CO2) – 200倍的二氧化碳在大气中存在的今天,根据史密森环境研究中心。

在大约24亿年前的大氧化事件(GOE)之后，这一切都发生了变化，接着是大约20亿年后的新元古代氧化事件，使大气中的氧上升到现在的约21%的水平。这两个氧化事件以前被认为与光合作用蓝藻的活动有关，而这一新证据表明，另一个因素可能是地球上的白天——“一个以前基本上未被考虑的因素”——变得足够长，从而触发微生物席释放更多氧气，“与之前提出的其他氧合驱动因素并行”，克拉特说。

BY: Mindy Weisberger

FY: 尹怡婷

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