没有月亮就没有氧气？专家：因为月亮，地球恐再次迎来氧气大爆发

氧气是我们生命活动中不可或缺的一部分，如果没有氧气，人类决不可能出现在地球上。氧气在如今的地球大气中占比约为21%，是组成地球大气的第二大成分。然而氧气也并非自地球诞生之日就像现在这么充裕，甚至在地球诞生之初可以说是微乎其微。

地球之所以像如今这样富含氧气，还要归因于地球历史上的三次大规模氧化事件。地球化学模型表明，其中的第一次，也就是发生在约24.5亿年前的大氧化事件，首次将地球大气的氧气含量从几乎为零提升到了相当于今天氧气含量1%的水平。科学界普遍将这次氧化事件归因为蓝细菌的产氧光合作用，直到现在，蓝细菌也是制造氧气的主力军。随后，在新元古代再次出现氧气含量大幅度上升，达到15%~18%左右。

上图：地球大气含氧量随时间的演化时间表

而在这张时间表中，最令科学家不解的是：根据化石证据表明，可能早在34亿年前蓝细菌就已开始通过光合作用释放氧气了，而这距发生在24.5亿年前的大氧化事件，居然有长达9亿年的差距。为何从光合作用开始产生氧气到大气中氧气含量的迅速增加，会有这么长的时间延迟呢？

通过不断解读地球编年史，科学惊喜的发现地球一天的长度变化与氧气变化极度重合。

正如地球的氧气含量并非初始就这么多，地球一天的长度也并非一直是24小时。在地球诞生之初，地球自转速度很快，一天只有6个小时。

直到24亿年前，地球每天的长度达到21个小时左右。并且在此后大约10亿年的时间里，地球的自转速度保持不变。直到大约7亿年前，地球自转再次减速，最终保持在一天24小时的长度。

而恰好是在地球自转减速中断的10亿年间，大气中的氧气水平也保持不变。而后地球自转再次开始减速时，发生了第二次大规模氧化事件：新元古代氧化事件。

直觉上来说，24小时内，两个6小时的白昼与一个12小时的白昼，对于光合作用来说应该是等效的。但为什么会造成地球氧气大爆发呢？科学家表示，这个问题的答案可以从蓝细菌身上找到。

美国密歇根大学安娜堡分校的研究人员，曾对休伦湖中岛落水洞沉积物上，生长的微生物垫做过分析。由于那里湖水的含氧量极低，已经接近地球数十亿年前的微生物生活的环境，因此成为了科学家研究地球早期生命行为的绝佳地点。

上图：一名潜水员在休伦湖的中岛落水洞中观察覆盖在岩石上的微生物垫。

微生物垫上主要存在两种微生物，一是通过光合作用制造氧气的蓝细菌，二是将硫加工成硫酸盐的硫氧化细菌。这两种微生物在数十亿年的时间里，日复一日地进行着互动。硫氧化细菌像个手持木棒的恶霸，在上午和下午的大部分时间中都覆盖在蓝细菌上方，挡下了与蓝细菌接触的阳光。只有一天中光照最强的时候，硫氧化细菌才会为了避开阳光，向更深的地方迁移，也只有这时，蓝细菌才得到阳光的照射。

上图：休伦湖的中岛落水洞，一条河鲈鱼栖息在覆盖着紫色和白色微生物垫的岩石上。

除此之外，从接触阳光到光合作用真正开始之间，还存在着几小时的延迟。也就是说，蓝藻是个赖床专业户。经过计算，每天留给蓝细菌光合作用的时间也只剩几个小时了。因此，如果白天长度太短，蓝藻的光合作用产生的氧气来不及形成足够的浓度梯度并从微生物垫上释放出来。

上图：休伦湖的中岛落水洞的紫色微生物垫。垫子上的小山丘是由甲烷和硫化氢等气体在下面冒泡引起的。

也就是说，更长的白昼有助于蓝藻积累氧气，并使氧气更容易到达足够的浓度梯度，从而释放至大气。在对休伦湖采集的微生物垫样本进行的实验中，研究人员还用卤素灯模拟不同的白昼长度，记录了对应的氧气释放量。结果确实如预测的那样：暴露在光线下的时间越长，微生物垫释放的氧气就越多。

那这与月亮又有什么关系？

因为影响地球自转速度变化的因素，正是月亮。在月球引力的作用下，地球产生潮汐现象，使得海水与地壳的摩擦逐渐降低了地球的自转速度，所以才在24亿年前达到每天21个小时。而此后大约10亿年里，之所以地球的自转速度保持不变，是因为月球的减速效应与地球大气潮汐的加速效应恰好相互抵消。直到大约7亿年前，可能由于气温的变化，平衡被打破，地球一天的长度才再次在月球引力的作用下增加到24小时。

因此，按理来说，地球的自转速度还会继续降低。但2020 年，科学家们惊讶地发现，地球不仅没有放慢速度，反而开始加快了，并且比过去 50 年来的任何时候都快。

到目前为止，有些人认为这可能是由于 20 世纪冰川融化，或者北半球水库中大量水的积累。因此，专家预测，这种加速只是暂时的，未来地球还会再次开始减速。

而地球再一次大幅度降低自转速度时，很可能就是下一次大氧化事件的开端。同时，科学家也很谨慎的表示，接下来，他们希望可以从未来的月球岩石样本采集任务带回的样本中，获得更详细地记录，进一步了解，月球随着时间的推移，通过潮汐效应使地球减速的情况。新的证据中也将进一步阐明地球的旋转与我们呼吸的空气之间的联系。