Как замедление вращения Земли меняет количество кислорода на планете

С момента своего формирования около 4,5 миллиардов лет назад Земля претерпела множество изменений, но одно из самых значительных — это замедление её вращения, которое привело к увеличению протяженности дня. Это событие, казалось бы, незначительное на первый взгляд, на самом деле сыграло ключевую роль в насыщении атмосферы планеты кислородом. Исследование опубликовано в журнале Nature Geoscience.

Фото из открытых источников

Исследования, проведенные в 2021 году, показывают, что сине-зелёные водоросли (цианобактерии) начали активно вырабатывать кислород в результате изменения продолжительности дня. Микробиолог Грегори Дик из Мичиганского университета отмечает, что это открытие подсказывает нам, как именно атмосфера Земли приобрела кислород.

Замедление вращения планеты связано с гравитационным воздействием Луны, которая постепенно отдаляется от Земли. По данным ученых, 1,4 миллиарда лет назад дни длились всего 18 часов, а 70 миллионов лет назад — на полчаса короче, чем сегодня. В настоящее время мы наблюдаем прибавление 1,8 миллисекунды к длительности дня за столетие.

Появление цианобактерий, которые начали активно производить кислород, стало началом так называемого Великого окисления. Это событие кардинально изменило атмосферу Земли и, как предполагают ученые, стало основой для возникновения жизни в её современном виде.

Исследования, проводимые на озере Гурон, позволяют ученым изучать микробные маты, аналогичные тем, что существовали в древности. Эти маты состоят из фиолетовых цианобактерий, которые производят кислород, и белых микробов, перерабатывающих серу. Интересно, что цианобактерии активизируются только с восходом солнца, что ограничивает время их фотосинтеза.

Океанограф Брайан Арбик из Мичиганского университета задался вопросом, как изменение продолжительности светового дня могло повлиять на фотосинтез этих микроорганизмов. Исследования показали, что конкуренция между микробами действительно могла задержать процесс выработки кислорода в ранние геологические эпохи.

Команда ученых провела эксперименты как в лабораторных условиях, так и в естественной среде, чтобы выяснить, как солнечный свет влияет на выработку кислорода. Результаты показали, что удлинение светового дня связано с увеличением содержания кислорода в атмосфере не только во время Великого окисления, но и в ходе неопротерозойского кислородного события, произошедшего 550–800 миллионов лет назад.

Как отметил морской биолог Арджун Ченну, исследование связывает законы физики, действующие на разных масштабах — от молекулярной диффузии до планетарной механики. Это открытие подчеркивает важность взаимодействия между вращением Земли и жизнедеятельностью микроорганизмов, что в конечном итоге определило эволюцию нашей планеты.