月球的形成可以追溯到约45亿年前的太阳系早期阶段。之后，由于地月系统之间的潮汐作用，地球的自转运动减慢，月球逐渐远离地球，地月距离也从最初形成时的约1,380 km逐渐增加到现在的约384,400 km。海洋的潮汐共振可以导致地月之间潮汐耗散显著增加，地月距离快速增大。然而，月球与地球之间分离的速率变化一直缺乏相对准确的约束，导致人们难以重建地月系统之间潮汐共振的历史。地球轨道参数岁差和斜率周期主要受岁差率影响，所产生的长期变化与地月距离、日长和地轴斜率的变化直接相关。因此，可以使用地层中记录的高质量米兰科维奇旋回信号对岁差率进行反演并计算出地月距离、日长和地月分离速率的变化，进而确定潮汐共振发生的可能时间。然而，现有的天文理论模型显示约10~16亿年前地月分离速率基本保持恒定，但缺乏足够的地质约束，这成为限制人们理解地月系统早期演化历史的重要阻碍。

近日，bat365在线平台官方网站（北京）吴怀春教授课题组和国内外合作者开展联合研究，在中国湖北神农架野马河组（约12亿年前）、天津蓟县雾迷山组（约14.8亿年前）和河北宽城串岭沟组（约16亿年前）的Th/U、磁化率和Th序列中识别出可靠的米兰科维奇旋回（图1），利用贝叶斯反演（TimeOptMCMC）方法计算出各剖面岁差率和沉积速率的后验估计（图2），为中元古代的地月系统演化提供了相对精确的重要约束。结合部分已发表的结果，本研究利用随机单调插值重建了25亿年以来岁差率的演化（图3），计算了地月距离、日长和地球斜率的演化历史（图4）。

本研究结果表明约15~13亿年前地月距离可能经历了一次快速增大过程，伴随着地球自转快速减慢和地轴斜率快速增大。计算结果显示出该时期具有一个潮汐耗散高峰，表明可能存在尚未发现的海洋潮汐共振事件（图5）。根据现有的模型预测和地质证据，类似的共振还可能发生于~550 Ma和~310 Ma。通过对比潮汐耗散因子、超级大陆演化和大气含氧量变化（图6），本研究推测特定的大陆结构可能触发了潮汐共振，增大的潮汐耗散使地月距离、地球自转速率和地轴斜率的快速变化，这可能是触发地球历史上大氧化事件的重要因素，表明地月系统可能与地球早期宜居性及板块构造存在协同演化关系。

图1 中元古代野马河组（A）、雾迷山组（B）和串岭沟组（C）的旋回地层学分析

图2  岁差率和沉积速率的贝叶斯反演结果

沉积速率（A、C、E）和岁差率（B、D、F）的先验（红色）和后验（蓝色）分布的直方图

图3  25亿年以来岁差率反演约束点、插值序列和现有模型对比

图4  25亿年以来地月距离（A）、日长（B）和斜率（C）的反演约束点、插值序列及其和与已知模型结果的对比

图5  本研究重建的潮汐耗散因子及其与代表性模型结果对比

图6  大陆板块数目(A)、大气含氧量（B）和潮汐耗散因子（C）随时间变化对比图

以上成果发表在国际权威期刊《Science Advances》上，第一作者为bat365在线平台官方网站（北京）海洋学院博士生周茂阳，通讯作者为bat365在线平台官方网站（北京）吴怀春教授和美国乔治梅森大学Linda A. Hinnov教授。论文信息如下：Zhou, M.Y., Wu, H.C.*, Hinnov, L.A.*, Fang, Q., Zhang, S.H., Yang, T.S. & Shi, M.N. (2024). Earth-Moon dynamics from cyclostratigraphy reveals possible ocean tide resonance in the Mesoproterozoic era. Science advances, 10, eadn7674. [IF2023 = 11.7]

全文链接：https://doi.org/10.1126/sciadv.adn7674