十亿年来，地球的一天只有19小时

昼夜交替，岁月更迭。我们的生物钟随着太阳的升落和月亮的引力作用而调整。对我们而言，白天似乎稳定不变，昼夜循环无穷无尽，除非我们选择更改时钟，否则一天总有24小时。

然而，在地质时期，地球的日长变化才是常态。地球的卫星——我们的月球，通过窃取自转能量，逐渐远离我们。随着月球对地球的引力减弱，它影响我们日长的能力也随之减弱。

什么控制着一天的长度？

“毫无疑问，正是月球引力的作用导致了海洋潮汐的涨落，这是控制地球日长的主要因素。

“确实还有其他力量影响着地球的自转，但与月球的引力相比，它们的影响通常微不足道，”中国科学院教授Ross Mitchell说道，他最近出版了The Next Supercontinent一书。

Mitchell参与了一个团队，该团队发现了证据，表明在中元古代（约15亿年前）地球经历了一个持续了十亿年的时期，期间每天都稳定地维持在19小时。

虽然月球对地表水的潮汐作用随着月球逐渐远离地球，其产生的摩擦力会逐渐改变，但另一种潮汐力可能起到了平衡月球引力的作用。大气潮——太阳加热大气中的某些气体——会将大气中的质量拉向太阳，就像月球将地球表面的水拉向自己一样。

“我们的论文在此发挥作用，强调了太阳大气潮的潜在重要性。没错，就像月球通过引力在海洋中引起潮汐一样，太阳通过加热容易产生反应的气体（如臭氧和水蒸气）在大气中引起潮汐，”Mitchell说道。

“就像月球引起的海洋潮汐隆起一样，大气潮也向着太阳方向隆起。但是，考虑到三体系统的轨道排列，月球的潮汐作用会减缓地球的自转，而太阳潮则会推动地球前进，加速其自转。

“因此，尽管太阳潮在今天相对较弱，但在过去，当月球的引力较弱时，理论上这两种相反的力量可能会相互平衡，从而使地球在很长一段时间内保持恒定的日长，”Mitchell补充道。

Mitchell的团队收集了地质记录数据，以限制他们对地球古代自转速率的估计。早期试图理解地球古代昼夜循环的尝试是基于一种特殊的沉积岩，这种岩石保存了潮汐泥滩的细粒分层，潮汐的涨落会在其中留下细小的淤泥层。

然后，您只需计算每月的层数，即可计算出古代一天的小时数。这种方法的麻烦在于，这样的潮汐记录很少见，而且地质学家对其准确性存在争议。

取而代之的是，Mitchell的团队使用了一种名为“旋回地层学”的方法，该方法利用有节奏的沉积分层来检测天文学上的“米兰科维奇”旋回，这些旋回反映了地球轨道和自转的变化如何影响气候。

“两种米兰科维奇旋回——岁差和斜率——与地球自转轴在太空中的摆动和倾斜有关。因此，早期地球的快速自转可以在过去较短的岁差和斜率旋回中检测到，”Mitchell说道。

“我们利用了近期大量涌现的米兰科维奇记录，其中超过一半的古代数据是在过去七年中生成的。我们意识到，现在是时候检验一种边缘但完全合理的关于地球古地转的替代性想法了——即一个有趣但未经证实的理论，认为在地球遥远的过去，日长可能停滞在某个恒定值，”Mitchell补充道。

Mitchell描述了太阳潮与地球大气演化之间有趣的联系。太阳潮需要水蒸气和臭氧等气体被激发，但需要氧气才能产生臭氧，而在地球早期历史的大部分时间里，氧气含量很少甚至没有。

这表明，19小时日长周期停滞的现象必须等到地球拥有氧气以产生臭氧后才能发生，而他们在数据中也观察到了这一点：地球日长停滞的开始发生在约24亿年前的“大氧化事件”之后。

直到8亿年前第二次大规模氧化事件的发生，才打破了19小时日长的停滞，地球的日长又恢复了逐渐减慢的趋势。

“由于氧气是由光合细菌产生的，因此第二次大气氧大幅增加很可能要等到更长的白天，从而获得更多的阳光，才能在一天内产生足够的氧气，使其在 Atmosphere 中有意义地积累，”Mitchell说道。