Вращение Земли замедляется, и это может быть причиной возникновения кислорода
С момента своего образования около 4,5 миллиардов лет назад вращение Земли постепенно замедлялось, в результате продолжительность суток увеличивалось.
Хотя замедление Земли не заметно в человеческих масштабах времени, этого достаточно, чтобы произошли значительные изменения в течение эонов. Одно из этих изменений, как показывают новые исследования, возможно, является наиболее значительным из всех, по крайней мере для нас: удлинение дней теперь связали с насыщением кислородом атмосферы Земли.
В частности, сине-зеленые водоросли (или цианобактерии), которые возникли и размножились около 2,4 миллиарда лет назад, могли бы производить больше кислорода в качестве побочного продукта метаболизма, потому что дни Земли становились длиннее.
«Неизменный вопрос в науках о Земле заключался в том, как атмосфера Земли получила кислород и какие факторы контролировались, когда происходила оксигенация», — сказал микробиолог Грегори Дик из Мичиганского университета.
«Наши исследования показывают, что скорость вращения Земли — другими словами, ее продолжительность дня — могла иметь важное влияние на характер и время насыщения Земли кислородом».
В этой истории есть два основных компонента, которые, на первый взгляд, не имеют отношения друг к другу. Во-первых, замедляется вращение Земли.
Причина замедления вращения Земли заключается в том, что Луна оказывает на планету гравитационное притяжение, которое вызывает замедление вращения, поскольку Луна постепенно удаляется.
На основании летописи окаменелостей мы знаем, что 1,4 миллиарда лет назад продолжительность дня составляли всего 18 часов, что на полчаса короче, чем сегодня. Факты свидетельствуют о том, что мы выигрываем на 1,8 миллисекунды за столетие.
Второй компонент — это то, что известно как Великое событие окисления, когда цианобактерии появились в таких больших количествах, что в атмосфере Земли произошло резкое и значительное повышение содержания кислорода. Ученые думают, что без этого окисления жизнь в том виде, в каком мы ее знаем, не могла бы возникнуть.
Мы все еще многого не знаем об этом событии, включая такие животрепещущие вопросы, как то, почему оно произошло именно тогда, а не когда-то раньше в истории Земли.
В карстовой яме на Мидл-Айленде в озере Гурон можно найти микробные маты, которые считаются аналогом цианобактерий, которые вызвали Великое событие окисления.
Пурпурные цианобактерии, производящие кислород посредством фотосинтеза, и белые микробы, метаболизирующие серу, соревнуются в микробном мате на дне озера. Ночью белые микробы поднимаются на верхнюю часть микробной циновки и поедают серу. Когда наступает день и Солнце встает достаточно высоко в небе, белые микробы отступают, а фиолетовые цианобактерии поднимаются наверх.
«Теперь они могут начать фотосинтез и производить кислород», — сказала геомикробиолог Джудит Клатт из Института морской микробиологии Макса Планка в Германии.
«Однако до того как процесс по-настоящему начнется, проходит несколько часов, утром наблюдается задержка».
Это означает, что дневное время, в течение которого цианобактерии могут производить кислород, очень ограничено — и именно этот факт привлек внимание океанолога Брайана Арбика из Мичиганского университета. Он задавался вопросом, повлияло ли изменение продолжительности дня за всю историю Земли на фотосинтез.
«Возможно, подобная конкуренция между микробами способствовала задержке производства кислорода на древней Земле», — пояснил Клатт.
Чтобы продемонстрировать эту гипотезу, команда провела эксперименты и наблюдения микробов, как в их естественной среде, так и в лабораторных условиях. Они также выполнили подробные исследования по моделированию на основе своих результатов, чтобы связать солнечный свет с производством кислорода микробами, а производство кислорода микробами с историей Земли.
Результаты были включены в глобальные модели уровней кислорода, и ученые обнаружили, что удлинение дней связано с увеличением количества кислорода на Земле.
«Мы связываем воедино законы физики, действующие в самых разных масштабах, от молекулярной диффузии до планетарной механики. Мы показываем, что существует фундаментальная связь между продолжительностью дня и тем, сколько кислорода могут выделять обитающие на земле микробы», — сказал Ченну.
Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.
Источники: Фото: (Jeff Williams/NASA)
