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如果穿越回7000万年前的白垩纪⊿☆∟,你可能会发现﹡,太阳和月亮更加匆忙地划过天空△,明天比预想来得更快♀☆∟。根据白垩纪晚期贝壳的一项新研究∵♀,恐龙时代即将结束时△,地球自转比今天快﹡⊿△,一年有372天□⊙∵。贝壳上的新发现让我们不禁沉思:45亿年来地球的自转变化有多大↑⊙⊿?背后的操纵者是谁□♀?激光钻细洞▽♀⊙,窥探白垩纪的秘密3月份美国地理学会的期刊《古海洋学和古气候学》上一项新研究说﹡♂⌒,白垩纪晚期的软体动物贝壳化石透露出一个秘密:恐龙时代结束时◇,地球自转比今天快▽△〇,每年地球要自转372次┊π,而目前是365次△?。这意味着白垩纪的一天∟〇,仅持续23个半小时□。科学家研究的⊿┊?,是一枚白垩纪海底的贝壳化石♀〇⌒。7000万年后的今天〇,人们在阿曼的干旱山区发现了它↑。它学名叫“Torreitessanchezi”△♂,看起来像欧洲常见的粗陶啤酒杯♂♂,还有个盖子▽。这种古老的软体动物的两个壳铰链起来□☆﹡,像不对称的牡蛎π。它们像现代牡蛎一样密密地附着于水下礁石∵。白垩纪时代﹡,全球海洋都有它们的踪迹☆。科学家分析的这种古老软体贝壳动物?π⊙,属于已经灭绝的、种类繁多的“红蛤(rudistclams)”⊿〇。这类生物生长很快﹡,每天都要蹿一蹿个π⌒◇。新研究使用激光来采样▽♂,获取贝壳的微小切片▽◇〇,比以前使用显微镜的办法更精确﹡♀。在精准推算了年轮后〇◇,研究人员能够确定﹡↑,白垩纪一年的天数比如今要多◇⊙∴。新方法将激光聚焦在小块贝壳上□□﹡,钻出直径10微米(红细胞那么大)的孔♂♂♂,取一点点样品∴﹡∵。这些微小样本中的微量元素⌒,揭示了壳形成时↑,水的温度和化学成分☆?♀。而且可以据此精确测量出一日生长环的宽度、数量⊿□,还有季节性变化☆∟。新技术的高分辨率⊿,前所未有地观察到了古代双壳类动物如何快速生长☆┊,甚至确定了一天内的水质变化情况♂⊿⊿。“一个生长日⌒,能取4到5个数据点π☆,这在地质研究史上几乎从未有过□。我们基本上可以把握7000万年前的一天♀﹡∴。这真是太神奇了∵┊⊙。”来自比利时布鲁塞尔自由大学的科学家德温特说┊。享受太阳能(000591,股吧)量的造礁生物贝壳的化学分析表明♂↑□,白垩纪晚期的海洋温度比之前认为的要高↑∴,夏天达到40摄氏度﹡〇⌒,冬天超过30摄氏度♀⊿〇。德温特说◇∵〇,40摄氏度可是接近软体动物的生理极限了⊿。在白垩纪晚期?﹡?,这种贝壳是造礁生物⌒◇,就像今天珊瑚扮演的角色一样▽。新的研究还证实□△,软体动物可能与光合生物共生◇,合作出了跟现在珊瑚礁规模一样大的“贝壳礁”↑△∟。6600万年前♀♂,“Torreitessanchezi”贝壳跟恐龙一起灭绝了□♂∟。“它是非常特殊的双壳类动物∴◇。今天没有像它这样生活的贝壳了π。”德温特说♀□⌒,“而在白垩纪晚期☆﹡,全世界大多数礁石建造者都是这些双壳类动物┊↑。因此☆,它们确实具备当今珊瑚所具有的生态系统建设能力〇。”研究发现⌒,一天中??⌒,壳生长的变化♀∵◇,比季节或海潮周期变化还大——白天长得比晚上快得多〇↑。这就说明∴,这种贝壳十分依赖太阳△,这表明它有光合的本事∵∟。这就有意思了:太阳光居然是古代软体动物的衣食父母⊙⊿∟,这可跟现代过滤水中食物的贝壳不一样⊿。德温特说↑⌒,白垩纪的贝壳∵☆∴,很可能与一种能光合作用的生物共生∴∟↑,比如和藻类共生↑☆π。之前∵,也有科学家猜测古代贝壳会不会是光共生体□,但没有直接证据△⊙。这项研究⊙?⌒,第一次提供了切实可信的证据∵□∵。地球自转为什么变慢由于白天和黑夜的节奏可以从贝壳生长明显看出来π〇∴,而一年的周期也很明显⌒♂∴。科学家数了贝壳每年生长的天数π♂,发现一年有372个昼夜∴。这不算意外⊿,因为科学家们知道过去的日子比现在短□﹡▽。然而┊,我们并不知道白垩纪晚期的日子到底多长⊙◇⌒。372这个精确的数字∴,将有助于我们对一个重大天文问题的研究♂。一年的时间⊿∵☆,古今基本是一样的π﹡▽,因为地球绕太阳的轨道不会改变〇┊。但是因为大海潮汐的摩擦◇♂,一天的时间是变化的□◇,地球自转会越来越慢↑。我们知道∟♀▽,月亮的引力♂,把地球上的海水吸引到靠月亮的一侧▽。海水与地球摩擦来摩擦去□⊙,就像刹车片一样⊿∵,拖累了地球的自转♂∵,所以□∟┊,一天的长度一直在稳定增长∴↑∴。潮汐也会影响月球π♀,它不仅逐渐锁定了月球□↑△,让月球永远一面向地球π?,还会让月球加速﹡。现在♀〇,月亮正以每年3.82厘米的速度远离地球——阿波罗号登月后?△,将一个反射器留在月球表面☆,精确的激光反射测量出了这个数字∴⊿。美国威斯康星大学麦迪逊分校地球科学教授斯蒂芬·迈耶斯打了个比方:“随着月球的移动△□π,地球就像一个旋转的花样滑冰运动员ππ﹡,在伸开双臂时会减速﹡♂。”但是科学家也知道☆∵⊿,月球远离的速度并不恒定♂∴⊿。要是一直每年3.82厘米◇?,那算出来月球是14亿年前离开地球的↑∴∵。很多证据显示⊙﹡△,月球与地球的互动可古老多了﹡,最可能是45亿年以前∵,地球上就能看见月亮▽。因此◇◇,月球古代离地球多远┊,我们不知道◇。这也是为啥这枚白垩纪贝壳如此重要∴△⊙,我们可以根据它推断月球与地球的互动史◇。7000万年π,在德温特和他的同事们看来↑♂,还不够古老♀。科学家还希望将新方法用在更古老的化石上π┊π,看能不能有什么新发现⊿∵π。延伸阅读14亿年前的一天又有多长这个问题似乎无从探索⊿⌒⊙。但科学家还是尝试着回答┊π♂。2018年6月发表在《美国国家科学院院刊》的一项研究猜测↑△,14亿年前◇♂∟,地球上的一天有18个小时以上┊。先要说明的是:地球在太空中的运动♂▽♀,受到其他天体引力的影响⊙,其规律是变化的π♂,有复杂的节奏∟▽。地球的公转、自转和自转轴摆动的规律变化﹡∟♀,被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数百万年地球的离心率、转轴倾角和轨道进动的变化〇,认为了这些参数与地球出现冰川期有关□♂。比如〇,米兰科维奇认为∟,地球轨道倾角大约每26000年完成绕行一周的完整进动周期⌒♂。与此同时⌒?,椭圆轨道旋转也以缓慢的21000年引导着季节和轨道之间的变化♂。另一方面〇◇,地球的自转轴和轨道平面之间的倾角以41000年的周期在22.1度到24.5度之间摇摆(也叫章动)π?↑,现在角度是23.44度△,还在减少中┊↑▽。前几年◇,威斯康星大学麦迪逊分校的斯蒂芬·迈耶斯等科学家试图在岩石记录中观察这种节律▽⌒∟,周期以亿年为单位▽♂△。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)与天文学理论、地质数据以及一种称为贝叶斯反演的复杂算法相结合┊♀┊,让研究人员可以更好地消除最麻烦的蝴蝶效应——地质纪录中早期小小的不精确可以造成结果巨大不确定□⊙﹡。他们在两个地质记录数据上测试了这种方法⌒π?,他们分别来自中国北方14亿年前的下马岭组和来自南部大西洋(600558,股吧)5500万年前的沃尔维斯海脊□。通过这种方法↑◇,他们可以从地质记录中的岩石层♂⊙⊿,可靠地评估地球旋转轴方向及其轨道形状在不同时期的变化◇,同时还消除了不确定性﹡。他们还由此确定一天的长度以及地球与月球之间的距离▽。他们的结论之一是:14亿年前♂⊿♂,地球上的一天至少有18个小时〇⌒。

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