地球自转的减速可能影响了大气中的氧气含量

休伦湖中部的天坑

水肺潜水员观察紫罗朗中岛下沉池藏岩的紫色,白色和绿色微生物。信用:菲尔哈特·伯耶,Noaa Thunder Bay国家海洋保护区

微生物的漫长的一天,以及地球上的氧气的兴起。

几乎所有地球上的氧气都是由光合作用产生的,当我们的星球仍然是一个相当不亲自的地方时,由微小的生物体发明的光合作用。Cyanobacteria在20亿年前演变出来,但地球只能慢慢地转变为我们今天所知的富氧地球。“我们并不完全理解为什么它花了这么长时间,因素控制了地球的氧合,”Geomicrobiologist Judith Klatt说。“但是在密歇根州休伦湖的中间岛下沉池中的蓝藻垫时,它患有类似早期地球的条件,我有一个想法。”

沐浴地图大湖盆地

显示地质背景的五大湖盆地地图。箭头和红色圆圈表示几个被淹没的休伦湖天坑的位置,包括中岛天坑。资料来源:Biddanda等人2012年的数据,发表在《自然教育知识》杂志上,最初来源于Granneman等人2000年的数据

蓝藻起得晚

Klatt与密歇根大学的格雷格·迪克(Greg Dick)周围的一组研究人员合作。在中岛天坑,地下水从湖底渗出,这里的水含氧量非常低。“湖底的生命主要是微生物,它们是我们星球上存在了数十亿年的环境的工作模拟物,”大谷州立大学的合作微生物生态学家Bopi Biddanda说。那里的微生物主要是紫色的产氧蓝藻细菌,与白色的硫氧化细菌竞争。前者利用阳光发电,后者利用硫磺发电。

紫色微生物垫中间岛下沉孔

2019年6月,休伦湖中岛天坑中的紫色微生物席。席子中像这样的小山丘和“手指”是由甲烷和硫化氢等气体在其下冒泡形成的。信用:菲尔哈特·伯耶,Noaa Thunder Bay国家海洋保护区

为了生存,这些细菌每天都会表现出微小的舞蹈:从黄昏到黎明,硫吃细菌位于蓝色细菌的顶部,阻挡他们对阳光的进入。当太阳在早上出来时,硫磺食用者向下移动,蓝藻升到垫子的表面。“现在他们可以开始光合作用并产生氧气,”克拉特解释说。“然而,在他们真正走的时候需要几个小时,早上有一个漫长的滞后。似乎,蓝色细菌比早晨的人更迟。“结果,他们的光合作用时间仅限于每天几个小时。当密歇根大学的物理海洋人都听说过这个Diel微生物舞时,他提出了一个有趣的问题:“这可能意味着改变日间的长度会影响地球历史上的光合作用吗?”

岩石上的布伯特鱼

休伦湖中岛天坑内,一条布伯特鱼躺在覆盖着紫色和白色微生物席的岩石上。信用:菲尔哈特·伯耶,Noaa Thunder Bay国家海洋保护区

地球上的一天长度并不总是24小时。“当形成的地球系统形成时,天数要短得多,甚至可能短至六个小时,”ARBIC解释说。然后,由于月亮的重力和潮汐摩擦,我们的行星的旋转减慢了,日子增长了更长时间。一些研究人员还建议地球的旋转减速约10亿年,与长期的全球氧气水平相吻合。在这种中断之后,当地球的旋转开始速度速度速度约为600万年前,发生在全球氧气浓度的另一个主要过渡。

具有Judith Klatt

GeoMicrobiologist Judith Klatt,以前是Greg Dick的U-M实验室的博士后研究员,现在在Max Planck Marine Microbiology研究所,从休伦湖中间岛下沉池收集的沉积物核心的顶部刮了一个微生物垫。yabo124信誉:密歇根大学Jim Erickson新闻

After noting the stunning similarity between the pattern of Earth’s oxygenation and rotation rate over geological timescales, Klatt was fascinated by the thought that there might be a link between the two – a link that went beyond the “late riser” photosynthesis lag observed in the Middle Island sinkhole. “I realized that daylength and oxygen release from microbial mats are related by a very basic and fundamental concept: During short days, there is less time for gradients to develop and thus less oxygen can escape the mats,” Klatt hypothesized.

格雷格·迪克和柯克·奥尔森

U-M Geomicrobiologist和Oceanographer Greg Dick,Left和U-M Environmental Engineering Alumnus Kirk Olsen检查了从休伦湖中间岛陷井中收集的沉积核心。核心含有微生物垫的样品,这些样品是在数十年前繁衍的微生物类型的类似物。信誉:密歇根大学Jim Erickson新闻

从细菌垫到全球氧气

KLATT与Arjun Chennu合作,然后还在Max Planck Marine Microbiology研究所工作,现在在不来梅的热带海洋研究(ZMT)的Leibniz中心领导自己的小组。yabo124基于由Chennu开发的开源软件进行本研究,他们调查了Sunlight Dynamics如何从垫子中链接到氧气释放。“直觉表明,两个12小时的日子应该类似于24小时的日子。阳光升起并速度速度快两次,洛克斯特普的氧气生产较快。但从细菌垫中释放氧没有,因为它受到分子扩散速度的限制。这种微妙的氧气释放从阳光下脱落是机构的核心,“Chennu说。

潜水潜水员湖休伦

干衣服的潜水员准备进入休伦湖的寒冷水域,在2017年9月收集中间岛下沉池的微生物垫样品。污水底部的温度,地下水富含硫和低氧气渗入湖底,可以在低40岁的华氏度。信誉:密歇根大学Jim Erickson新闻

要了解如何在一天内发生的过程会影响长期氧合,KLATT和她的同事将其结果纳入全球氧水平模型。该分析表明,由于Daylength变化导致的氧气增加可能会增加全球氧气水平。它是微小生物和全局过程的活动之间的联系。“我们将物理学定律与巨大的尺度相结合,从分子扩散到行星力学。我们表明,白天之间存在基本的联系,并且可以通过地面居住的微生物释放多少氧气,“Chennu说。“这很令人兴奋。这样,我们将微生物垫中分子的舞蹈联系起来的星球和月亮的舞蹈。“

水肺潜水员从房车风暴中跃出

Scuba Diver从R / V Storm的船尾剥离,然后下降到中间岛下沉底部大约80英尺以下,2017年9月。信贷:密歇根大学Jim Erickson新闻

总的来说,地球历史上的两大氧化事件(氧气浓度的跳跃)——20亿年前的大氧化事件和晚些时候的新元古代氧化事件——可能与日数的增加有关。因此,日数的增加可以提高底栖生物的净生产力,足以影响大气中的氧气水平。Klatt总结道:“在如此大范围的时间和空间尺度上进行杂耍是令人难以置信的——也是非常有趣的。”

参考文献:“地球自转速率和氧化作用之间的可能联系”,2021年8月2日,自然地球科学
DOI: 10.1038 / s41561 - 021 - 00784 - 3

15个评论关于“地球自转速度减慢可能会影响大气中的氧气含量”

  1. 谁说不是呢。如果我们的氧气没有减少你可能会被霸王龙踩到你的车,在你开车回家的路上把你弄得浑身是气。那不是很酷吗?

    • 克莱德·斯宾塞|2021年8月2日上午9点43分|回复

      你的意思是说恐龙的灭绝是由氧气含量下降引起的吗?

      你有没有一项研究的引文来支持这个猜想?

  2. 如果是你的车正在踩到,是的,这将是非常酷的。

  3. 或者你不能开车回家或发表评论

  4. 那些宣扬气候变化以推动他们议程的政客们是如何处理这个问题的?答案是……”这并没有和其他许多事实一起混淆他们的“逻辑”。

  5. 我会买票看看。

  6. 我有一张巨型的Putcorator的地幔/地壳界面的照片。水比咖啡提取得更快,所以它在可见结果最终显示之前通过许多循环运行。
    随着地球自转,不同的昼夜比率使提取率以十倍的倍数变化。
    除了地质记录之外没有看到。直接人类观察的方式太慢了。
    更准确的数字随着更多的数据滚动。

  7. 克雷默斯图尔特|8月2日,2021年上午10:59|回复

    我要加入随机指责的游戏,说这是中国三峡大坝影响地球自转的错误。没有人对它进行过研究,它在短期内会引发地震。它还明显地改变了行星的自转数微秒。

  8. 我刚刚惊讶我们生活在Cyanobacteria的废物上。如果我们是最终的生活表格,我们如何在氦气和饮水盐水中幸存下来?

  9. 在早期的植物中脱砂(Stromatolites)在表面的早期居住,通过衍生自非光瘤氧气的平流层臭氧保护幼小阳光的抗紫外线辐射。如果地球旋转不同,它会影响所有生命。无需假设不同的东西。由于有氧细菌,氧气底部在氧气中较低,因为它们将二氧化碳再循环到水中时消耗氧气。它不是自然的。

  10. 埃德·安布罗斯|8月2日,2021年下午2:30|回复

    我想知道冰河时代的周期是否也会影响一天的长度。在冰河时期,更多的质量集中在地轴附近,导致地轴加速。相反,当冰消退时,更多的液态水会迁移到海洋中,远离自转轴,从而减慢自转速度。看看冰河期和蓝藻藻垫产生的氧气减少之间是否存在关联,这将是一件有趣的事情。

  11. Awesome对我来说真的很有意义…

  12. Ed Ambrose非常有趣的评论。任何方法确认?我们现在正在经历冰川融化。
    我认为目前还有其他主要的氧气来源,这些主要是不自然的。
    两个例子:
    1.)铝冶炼
    2.)氢的产生是由于氧没有和氢一起储存。
    我最后的评论是,在经历山火的地区,火灾前的大气氧气水平?

  13. 詹姆斯Satterfield|8月3日,2021年上午8:24|回复

    我在大学里教授它的方式是,在雪球地球融化左右600-700 mya后,这个星球被浅海覆盖着,其中大部分都很温暖。浮游生物种群爆炸,0xygen水平升至当前水平附近。这通常与多细胞动物的发育相关联,这需要更多的氧气的原核。

    我2美分

发表评论

电子邮件地址是可选的。如果提供的话,您的电子邮件不会发布或共享。