一块被埋在地下数百万年的岩石已经成为了解地球自转的新时钟。对白垩纪双壳类动物化石的分析表明，7000万年前地球一天的时间要比现在短半个小时。

反过来，了解这一点现在可以帮助科学家更准确地拼凑出月球缓慢远离地球的速度。

了解地球自转是如何随着时间而改变的是一个相当有趣的挑战。毕竟，我们不能回到过去去体验或记录它；相反，我们必须依靠我们的星球如何记录这些随时间的变化。

例如，通过研究古代岩石中记录的太阳辐射变化如何与数万年的太阳周期相匹配。但事实证明，获取更细粒度的信息有些挑战性。这就是一种被称为Torreites sanchezi的双壳类动物灭绝的原因。T. sanchezi来自于一群被称为厚壳蛤类的双壳类动物，它们在6600万年前的白垩纪-古近纪灭绝事件中被灭绝，而今天却没有类似的物种存在。

这些双壳类动物的形状有点像花瓶，较宽的一端有个盖子，它们主宰着珊瑚礁生态系统。但它们确实与现代蛤蜊有一些共同之处——其中之一就是它们的壳每天都以一层的速度生长。

你大概能猜到它的走向。就像树木的年轮包含了它们生长年份的信息一样，这些贝壳年轮也可以被分析。具体来说，它们可以在亚日尺度上揭示水的状态，比如温度和化学成分，向我们展示这些动物是如何生活的。

比利时布鲁塞尔自由大学的地球化学家尼尔斯•德•温特解释说:“我们每天大约有4到5个数据点，这在地质学历史上几乎是从未有过的。”“我们基本上可以看到7000万年前的一天。这是件很有趣的事情。”

研究小组获得了一个单独的T. sanchezi化石，并对其进行了多种分析技术，包括质谱、显微镜、稳定同位素分析和微x射线荧光。

对贝壳的化学分析表明，海洋在7000万年前比现在温暖得多。这种双壳类动物在夏季水温达到40摄氏度(104华氏度)，冬季水温超过30摄氏度(86华氏度)的水域中繁衍生息。

壳环也显示出季节变化;例如，在现代蛤蜊中，冬季生长的蛤蜊层颜色会更深。这样的季节变化使得科学家们能够在贝壳中看到的线型模式中识别出每年的时间尺度，因为季节环是相互匹配的。

研究小组用这一特点来计算双壳类动物存活的天数。他们确定化石T. sanchezi活了9年。然后，利用视觉和化学的方法计算每年的年轮。如果你今天这样做，一年就是365个环，但结果得到的却是372个环。

我们知道一年的长度大致保持不变，因为地球的轨道没有改变。因此，这意味着一天的长度——由地球自转速度决定——一定发生了变化，从那时起从23.5小时延长到24小时。

地球自转速度变慢的事实已经被很好地证实了，而且这与月球有着决定性的联系，因为地球自转的减速是由地球潮汐的摩擦引起的。有趣的是，这种效应被称为潮汐摩擦。

这些潮汐是由月球引力引起的，月球引力使潮汐膨胀。然而，地球的自转使这一凸起的位置略早于月球在地球轨道上的位置。这就产生了两个物体之间的旋转力，使月球加速，使其逐渐远离地球。

目前，月球正以每年约3.82厘米(1.5英寸)的速度绕地球轨道运行，这是由阿波罗任务期间宇航员在月球上放置的标记物反射激光所进行的精确测量所确定的。

如果我们用这个速率来推断45亿年前月球的初始位置(当我们认为它形成的时候)，有些事情就不成立了:卫星会离我们的星球很近，近到会被潮汐力撕裂。

这让科学家们得出结论，月球移动的速度可能随着时间的推移而改变——加速。但在任何给定的时间点上，我们很难确定它移动的速度到底有多快。

如果找到更多的地质记录，让我们计算地球历史上不同时期的天数，将有助于我们更精确地绘制月球的加速度;反过来，我们就能知道月球是什么时候形成的。而找到这些数据点正是该团队希望做的，即使是更古老的软体动物壳化石。

但这还不是全部。研究还发现，贝壳的年轮在白天长得更快。研究人员说，这表明T. sanchezi与光合生物形成了一种共生关系——类似于今天的巨型蛤，它们与藻类有一种共生关系。

古生物学家彼得•斯凯尔顿(Peter Skelton)没有参与这项研究，他说:“到目前为止，所有发表的关于厚壳蛤类的光共生现象的观点基本上都是推测性的，仅仅是基于一些有暗示意义的形态特征，而且在某些情况下明显是错误的。”

“这篇论文是第一次提供支持这一假设的令人信服的证据。”

你只看一个旧贝壳就能知道这么多，是不是很有趣？

这项研究发表在《古海洋学和古气候学》杂志上。

14亿年前，地球的一天只有18个小时长

也许你觉得不过才比现在短半小时，没什么好吃惊的，但是2018年的一项研究，追溯了14亿年前地球和月球之间的关系，发现在那个时候，一天刚好18个小时。

这意味着，从那以后，我们增加了额外的6个小时，或多或少——或者，平均每年增加0.00001542857秒。

原因是月球不断地，而且非常非常轻微地，远离我们。14亿年前，它离地球很近，而地球的自转速度更快。

威斯康星大学麦迪逊分校的地球科学家斯蒂芬•迈耶斯说:“随着月球的远离，地球就像一个旋转的花样滑冰运动员，当他们伸展手臂时，速度会减慢。”

研究小组使用了一种叫做天文年代学的技术，将地质记录与天文学理论联系起来，重建了地球和太阳系的历史。

更具体地说，他们使用了一种叫做“米兰科维奇周期”的东西，即地球围绕太阳轨道的变化、轴向倾斜、轴向进动，或者地球轴向太阳的方向和远离太阳方向的摆动所引起的地球气候的变化。

这导致了不同纬度的太阳辐射量的变化，这些气候变化记录在古代岩石和化石中。

利用天文年代学，科学家们能够研究地球的气候以及它与太阳系中其他天体的关系，这些天体可以追溯到数亿年前。由于轨道变化而引起的气候变化称为轨道强迫。

但要追溯到更早的地质记录，即数十亿年前，就比较困难了，因为放射性同位素等年代测定技术还不够精确，无法确定这么久远以前的地质循环。

另一个复杂的问题是混沌太阳系理论——该理论认为，随着时间的推移，太阳系中的物体变得越来越混乱，而不是有规则的、高度可预测的轨道。

通过研究地质记录，有可能确定太阳系是如何随时间发生变化的。迈耶斯和同事曾证明了这一点，当时他们发表了一篇论文，根据科罗拉多岩层的沉积层，展示了9千万年前地球和火星之间的相互作用。

他们说，这是关于混沌太阳系的第一个明确的证据。

但是回到更久远的年代会带来更多的问题。例如，月球目前正以每年3.82厘米(1.5英寸)的速度远离地球。我们知道月球已经有45亿年的历史了，如果我们以现在的速度来推算，月球应该在15亿年前就已经非常接近地球了，也就是上文所说的会被地球的引力撕裂。

迈耶斯与哥伦比亚大学的地球科学家阿尔贝托•马尔因弗诺(Alberto Malinverno)一起开发了一个名为TimeOptMCMC的系统，它结合了天文学理论、地质数据和一种叫做贝叶斯反演的统计方法来帮助处理不确定性。

他们将其应用于两个岩层，一个是来自中国北部的14亿年前的夏马岭地层，另一个是来自南大西洋沃尔维斯脊的5500万年前的记录。他们发现他们可以计算出地球和月球之间的距离，地球轨道的变化，甚至14亿年前一天的长度。

利用TimeOptMCMC对下马岭组进行的地月距离重建显示，过去月球离地球的移动速度更慢，这意味着我们每年增加的时间在不断增加。

这意味着，我们的日子正以每年0.000018秒的速度变长，这一结论是有效的。

在未来，研究人员想要用他们的方法来重建数十亿年前太阳系的演化。

“地质记录是早期太阳系的天文台。”迈耶斯说，“我们看到的是它的脉动节奏，保存在岩石和生命的历史中。”

原文来源：https://www.sciencealert.com/old-shell-reveals-earth-s-days-were-half-an-hour-shorter-70-million-years-ago

https://www.sciencealert.com/earth-days-getting-longer-lunar-retreat-astrochronology