研究叠层石发现十亿年前每一年至少有500天

中国地质大学(武汉)地球科学学院屈原皋、解古巍、龚一鸣等研究发现，北京周口店地区中元古界铁岭组叠层石，受昼夜和季节光强度以及沉积环境等因素周期性变化的综合影响，形成厚度呈周期性变化的明暗纹层。根据这些纹层所记录的月节律和季节节律，同时结合S型叠层石的形态特征，他们初步得到如下古天文信息：10亿年前，地球上的一年至少有516±20天、12.9±0.5个月，一个月有40天，一天最多16.99±0.66小时。　

   屈原皋介绍，科学界有很多学者从数学、物理、古生物学和沉积学等角度，研究古天文学的相关问题。其中古生物学和沉积学的研究对象，包括叠层石、珊瑚、贝类、腕足类、鹦鹉螺、乳齿象象牙等。其中，叠层石是以蓝藻为主的微生物通过生长和代谢活动粘结沉积矿物颗粒形成的生物沉积构造。因为藻类向光性强，白天阳光充足时光合作用强，藻丝体会向上生长；夜晚光线减弱后光合作用相应减弱，藻丝体就变成匍匐生长。正是这种昼夜不同的生长方式，使它分泌粘性物质粘结矿物颗粒形成的叠层石，出现明、暗相间的纹层。

   但叠层石蕴含的环境信息远不只是昼夜更替，它因藻类生长的趋光性呈现出更多形态特征。首先，太阳光直射地表的区域，每年在南北回归线之间来回移动，这使某些地区出现S型叠层石，岩石中每个完整的“S”代表一年的生长周期。同时，由于生长环境为滨海地区，叠层石的生长和繁殖还受到地月引力、海水相对泥沙含量、潮汐和月相等因素的影响。例如潮汐引起海水的动力变化，导致水中矿物碎屑量和颗粒大小也相应改变，从而影响到藻类粘性分泌物的粘结量；地月相对位置的变化，也会影响地球上生物的生长和繁殖，导致叠层石纹层厚度的变化。

   为解读叠层石中丰富的古环境信息，屈原皋等在北京周口店西南的拴马庄剖面上，选取高程135米，地质年代约10亿年前，包含水平状、波状、穹隆状、包菜状、分枝状、柱状、S型等各种形态的叠层石构造，通过实地剖面观测、样品显微镜观测等手段，对其岩性、纹层、形态等进行了详尽的分析。发现叠层石主体岩性为白云岩，所含矿物95%以上是白云石，有少量长石碎屑和石英，在显微镜下可以看到明显的亮暗分层。

   研究者通过对S型叠层石样品的综合观察，统计其中300多个纹层的厚度值发现，一个完整的S型叠层石包含纹层至少为470，由此推断该岩石沉积时，一年至少有470天。同时，根据这些纹层周期性的厚度变化，发现相邻两个厚度峰值间隔36到40个纹层，显示当时一个月至少有40天。进行必要的数理统计分析，考虑可能引起误差的相关因素后确定，当时一年的天数至少为516±20，包括12.9±0.5个月，进而在不考虑地球公转周期变化的前提下，算出一天的长度为16.99±0.66小时。最后根据S型叠层石的形态，算出当时的黄赤交角大于现在的23°27’，应为29.2°～30.6°。

   屈原皋说，现在科学界普遍认为，由于月球逐渐远离地球和潮汐作用对能量的消耗，地球自转和月球绕地公转的速度，都在不断减慢，地球的黄赤交角也在不断减小，此次的研究结果支持这一总体演变趋势。虽然这一研究已取得初步结论，但叠层石纹层的厚度周期变化具体的形成机制，还有待进一步的深入研究。