2020年，我們經歷了多年以來地球自轉速度最快的一年。
2022年7月29日，我們經歷了多年以來地球自轉速度最快的一天。
看到這兩項數據，你肯定以為地球的自轉在加速。恰恰相反，從更加漫長的時間尺度上來看，地球的自轉是在減速的。
地球的自轉速度受許多因素的影響，其中最重要的一個，就是月球。月球的質量是地球的1/81，在整個太陽系的衛星-行星組合中是最接近的一個，對地球的影響非常大。
大約在45億年前，月球形成於地球和另外一顆行星的碰撞過程中。當時的撞擊殘骸在距離地球不遠處形成了月球，並且從此越來越遠離地球。直到今天，月球仍然以每年3.8厘米的速度遠離我們。
隨著月球的遠離，地月系旋轉的力臂有所增加，線速度就會相應地減少，這就是所謂的角動量守恆，和花樣滑冰運動員伸手、收手能影響旋轉速度是相同的原理。在月球遠離的同時，地球的自轉速度仍然在穩步地延長著。根據近些年來的一些研究，地球每個白天的時長都平均比前一年增加0.000015秒。
別看這個數據確實非常不起眼，如果我們把時間尺度延長到幾萬、幾億年，那麼這個時間的變化就十分明顯了。
比如2018年的一項研究表明，在距今14億年前的時候，地球自轉速度比現在快得多，以至於只需要18個小時就能完成一次自轉。另外還有2020年的一項研究發現，4億年前的泥盆紀時期，地球的一年有差不多42天。一直到距今7000萬年前，恐龍的一天也只有23.5個小時。
這個理論和數據看起來已經比較清晰了，但科學家們對這段歷史的細節仍然有一些爭論。
有人認為，地球的自轉經歷了一個平穩減速的過程，逐漸減速到今天的狀態，並且繼續減速下去；另一部分科學家認為，地球的自轉減速過程存在著不同的階段，它先減速了一段時間，一晝夜的時間延長到19個小時，然後以這樣的狀態穩定了長達10億年的時間，然後又開始了新的一輪減速過程。
導致地球自轉減速暫停的原因，在於那一段時期內，月球和地球的距離也暫時穩定了下來。力矩不變，地月系的自轉速度自然就不會改變。有人甚至給那段時期起了一個名字——枯燥的十億年（boring billion）。
解決科學爭論的唯一手段，就是通過研究找到更多的證據乃至答案。遺憾的是，科學家們很難找到地質學的現象作為參考數據。
理論上來說，朝向太陽的疊層石的生長可以記錄白天的長度，或者根據潮汐形成的韻律層理也可以推測出一天的長度。但這些現象都很難保存太長時間，不足以讓科學家們追溯到那麼遙遠的歷史，這就給相關研究帶來了許多麻煩。
最近，來自的地球物理學家Ross Mitchell以及澳大利亞科廷大學的Uwe Kirscher最近在國際學術期刊Nature Geoscience上發表了他們的最新成果，他們的研究支持了第二種理論。
在本次研究中，兩位研究人員用了另一種方法，那就是旋迴地層學。簡單來說，太陽、月球等天體，乃至地球自身的轉軸傾角等因素，都能影響地球的自轉速度，進而體現在地球的岩石中。利用韻律沉積層，他們可以探測天文「米蘭科維奇」旋迴，這些就旋迴反映了地球軌道和自轉的變化如何影響氣候，如上圖所示。
之所以前人沒有從這個角度進行研究，是因為本次研究採用的古代數據中有一大半都是最近7年才出現的。Mitchell介紹說：「我們意識到，終於到了測試一種關於地球古自轉的邊緣但完全合理的觀點的時候了。」
研究人員解釋：地球的潮汐不僅受到月球引力的影響，還受到另一方面的影響，那就是太陽。太陽也不僅會通過引力影響地球的潮汐，還可以通過照射的方式，給地球大氣升溫，從而改變地球的潮汐。
這種太陽大氣潮汐和月球海洋潮汐相比要弱得多，但也無法完全忽視。它和月球的引力恰好相反，前者可以延緩地球的自轉，它卻可以推動地球加速自轉。一旦二者達到平衡，那麼地球就會進入潮汐共振的狀態，自轉速度變化也就要平穩下來了。
他們經過大量的數據分析，發現在距今20億到10億年前期間，地球的日長確實停止了增長。在這「枯燥的十億年」內，地球的日長穩定在19小時左右，其變化歷程如上圖所示。
最有趣的是，地球自轉速度保持穩定的這十億年，幾乎恰好處在地球兩次氧氣含量大幅增加的事件之間。地球一共經歷了兩次「大氧化事件」，第一次在距今約23.2億年前，第二次出現於距今約6億年前。
在幾十億年前，當地球自轉速度比現在快得多的時候，月球對潮汐的影響也僅有今天的1/4左右。而臭氧的增加比水蒸氣能吸收更多陽光，從而提高太陽大氣潮汐的效果，這就是二者能夠達成平衡的關鍵。
氧氣含量的大幅增加不僅給生物的呼吸提供了原料，還形成了臭氧層來保護生物不受太陽紫外線的傷害，為今天繁榮的生態系統創造了契機。在第二次大氧化事件後不久，地球就迎來了寒武紀生命大爆發，從此進入到繁榮的生命世界。
這也印證了另一個觀點，那就是地球的氧氣含量上升與複雜生命大規模爆發存在著延遲。一直到月球和太陽產生的潮汐平衡被打破，地球再次減緩自轉速度，光合細菌每天才能產生足夠多的氧氣。
美國加州大學河濱分校的Timothy Lyons沒有參與這項研究，但在看到這項研究後不禁感嘆：「地球自轉的演變可能影響了大氣成分的演變，這一想法令人著迷。」
關於「枯燥的十億年」，科學家們仍然有許多需要尋找的證據去探索。但我們現在可以肯定，這十億年絕不是真的枯燥。正是在這十億年的時間裡，地球的生機在暗中涌動。如果沒有這十億年，地球或許不會有今天這樣繁榮的生物圈。