用一只贝壳告诉你，我们的一年，比霸王龙少了7天

图｜pixabay

撰文 | 张二七
想象你乘坐时光机穿越到了白垩纪，经过艰辛的挣扎求生，你看了眼表，感叹终于到了23:30，还有半小时就成功存活到第二天了！就在这时，一只霸王龙从身后靠近了你，用它的小短手戳了戳你后背：“兄弟你想啥呢，这不都已经第二天了？”
你一路逃跑，边跑还边纳闷：“怎么回事啊，说好的一天24小时呢，怎么不一样了？”不用慌张，你应当还在地球上。最近一项发表于《古海洋学与古气候学》的研究显示，在7000万年前的白垩纪晚期，地球的一天只有约23.5小时。
一年372天
地球的自转速率是如何随时间变化的，这对科学家来说是一个有趣的挑战。毕竟，我们无法回到过去直接体验并记录当时的环境。想要了解这些信息，研究者只能像侦探一样，从可能的地质证据中寻找蛛丝马迹。
一种名为Torreites sanchezi的双壳动物的化石，就为远古地球环境的复原提供了高清证据。双壳动物是一种在身体左右两侧具有两瓣对称外壳的软体动物，我们现在吃的蛤蜊、扇贝等都属于双壳类。
贻贝也属于双壳动物｜pixabay
双壳类一直是古气候与古环境学中经常使用的研究对象。就像树木拥有年轮一样，它们的壳体也有生长线或生长纹。由于地理位置、气候等因素的不同，树木的生长速度会发生变化，从而影响年轮的疏密及清晰程度。同样，双壳类的生长线也能反映类似的环境条件。
这篇论文研究的化石非常特别，它的生长线精度极高，且保存完好。研究者通过显微镜观察发现，T.sanchezi的壳体中，浅色和深色纹层交替出现，每一组浅色与深色的纹层仅有约40微米厚。这就是它昼夜生长的痕迹——白天长出的壳体颜色浅，夜晚长出的颜色深。日复一日，这些纹层记录下7000万年前的每一天。研究者还发现，浅色和深色纹层的厚度比例呈现出以15天和30天为周期的变化，这很可能代表了潮汐和月度的周期。在此基础上，研究者进一步识别出了季度和年度周期。研究显示，该个体至少生存了9年，其中4年的生长线非常清晰、完整，提供了绝佳的研究材料。
化石中清晰可见浅色和深色互层｜AGU
除了肉眼可以看见的颜色变化，研究者还测量了壳体不同纹层中的稳定同位素（δ18O与δ13C）及微量元素（Ca、Mg、Sr、Li）含量，同样从这些化学指标中检测出变化周期。综合两种手段，经过进一步校准，研究者数出在该个体生存的时代，一年中有372±8.4天。考虑到地球公转轨道相对稳定，即每一年的总时长基本不变，由此可以算出，7000万年前的一天只有约23.5小时。
与藻类共生的蛤
T.sanchezi生存于热带浅海，是一种底栖固着生存的蛤类，因此也被称为“固着蛤”，但它们在大约6600万年前，白垩纪末期的大灭绝事件中，就和恐龙一起灭绝了。论文通讯作者，比利时布鲁塞尔自由大学（Vrije Universiteit Brussel）的地球化学家尼尔斯·德温特（Niels de Winter）介绍道：“固着蛤是一种独特的动物，现在已经没有任何类似的双壳类动物了。在白垩纪晚期，这种双壳动物分布非常广泛，而且是重要的造礁生物。它们当时在生态系统中的作用，类似于我们现代的珊瑚。”
某种固着蛤类的化石，并不是本文所研究的化石。｜Wikipedia, Wilson44691
研究使用了激光刻蚀-电感耦合等离子质谱仪（LA-ICP-MS），该设备能用激光从壳上打下一连串直径只有10微米的小点，从而对壳体的不同部位连续取样，以分析微量元素的含量。在壳体生长时，环境温度及海水的成分都会影响其微量元素的比例。因此通过测量微量元素，甚至能够还原出当时每一天的环境变化。德温特对此感到非常惊喜：“我们在每天的生长带中都能采到4、5个数据点，这种精度在地学研究中是很难达到的。我们基本上看到了7000万年前的每一天，这太神奇了！”
LA-ICP-MS测得的微量元素数据，蓝色和绿色的阴影代表15天一组的周期，红色框代表30天一组的周期。
研究显示，白垩纪晚期的海洋温度比以前认为的还要高，夏天可以达到40℃，冬天也超过了30℃。作者在研究中提出，夏季的高温可能已经接近了软体动物的生理极限。
LA-ICP-MS带来的另一个有趣的结果是，相比起不同季节的差异，壳体的成分在白天与夜晚的差异更大。白天壳体的生长速度很快，而夜晚则较慢。在研究中，作者指出，这种双壳对日周期有很强的依赖性，这代表它的生长与光合作用有关。研究提出，这种蛤很可能与某种能进行光合作用的生物共生。这种现象类似于现生的砗磲，它会与虫黄藻共生——虫黄藻可以借助砗磲的外套膜有效觅食及繁殖，砗磲则可以拿虫黄藻当“小灶”，以维持巨大体型的消耗。
英国公开大学（Open University）的退休教授，研究固着蛤的专家皮特·斯凯尔顿（Peter Skelton，并未参与本研究）评价道：“目前，关于固着蛤是否与光合生物共生的讨论只存在形态学证据。而这一发现，为这一猜测首次提供了有力的证据。”不过他也提醒，这一结论只适用于T.sanchezi，并不能推广到其他固着蛤类。
月亮正在远离我们
在地球历史上，一年的天数一直在减少，或者说，每天的时间在持续增加。这是因为月亮引力导致的潮汐摩擦力会使得地球的自转速度变慢，这也被称为“潮汐摩擦”。相对的，潮汐的拉动会使月球在其轨道上略微加速，因此在地球自转变慢的同时，月球的轨道也正在远离地球。通过月球表面的激光测量仪器，测得月球远离我们的速度目前约为每年3.82厘米。
但科学家提出，在历史上，月球远离地球的速度并非保持不变。道理很简单——如果按照现有速度回推的话，那么14亿年前，月球应当在地球内部。显然，目前对月球年龄的推测远大于14亿年（普遍认为是45亿年）。而本文提到的这项研究，帮助我们了解了地月系统漫长演化历史中的一个瞬间。
德温特及其同事表示，希望未来能将这一方法应用于更多、更古老的化石中。如果能够凭借类似方法，得知地球历史上每天时长的变化，或许能够帮助重建地月间距离变化过程，以及地月系统演化的历史。
原始论文： https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2019PA003723
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