Земля обертається повільніше з моменту свого формування близько 4,5 мільярдів років тому, що призвело до поступового подовження тривалості дня. Оновлене дослідження, результати якого опубліковані у Nature Geoscience (пише КРВ.медіа), припускає: уповільнення обертання планети могло стати критичним чинником для збільшення рівня кисню в атмосфері. Вчені пов’язали ці процеси із діяльністю ціанобактерій, що існували мільярди років тому.
Чому Земля уповільнює обертання
З моменту свого утворення Земля поступово втрачає швидкість обертання через гравітаційний вплив Місяця. Це явище призводить до того, що тривалість дня збільшується: 1,4 мільярда років тому день тривав лише 18 годин, а 70 мільйонів років тому був на 30 хвилин коротшим, ніж зараз. За даними дослідників, тривалість дня продовжує зростати приблизно на 1,8 мілісекунди за століття.
Процес сповільнення обертання пояснюється приливним гальмуванням: гравітація Місяця створює припливи на Землі, які чинять зворотний тиск і поступово зменшують швидкість її обертання. Паралельно Місяць віддаляється від Землі зі швидкістю близько 3,8 см на рік.
Хоча на людських часових масштабах ці зміни практично непомітні, проте у геологічній перспективі вони мають суттєвий вплив на клімат, життя і хімічний склад атмосфери.
Велика киснева катастрофа та її наслідки
Близько 2,4 мільярда років тому на планеті сталася подія, відома як Велика киснева катастрофа. У цей період ціанобактерії — мікроорганізми, що здійснюють фотосинтез, — почали продукувати значні обсяги кисню як побічний продукт своєї життєдіяльності.
Фотосинтез — це процес, за якого мікроорганізми та рослини перетворюють енергію Сонця на хімічну енергію, виділяючи при цьому кисень в атмосферу. Саме наявність кисню у повітрі створила умови для розвитку складних форм життя.
На думку вчених, без цього процесу розвиток багатоклітинних організмів і, зрештою, людини був би неможливим.
Дослідження сучасних аналогів ціанобактерій
Щоб краще зрозуміти процеси, які відбувалися мільярди років тому, вчені дослідили мікробні мати в затонулій западині Middle Island Sinkhole на озері Гурон. Там мешкають фіолетові ціанобактерії, які виробляють кисень завдяки фотосинтезу, та білі мікроорганізми, що переробляють сірку.
Вночі верхні шари мата займають сірчані бактерії. З настанням дня вони поступаються місцем ціанобактеріям, які починають фотосинтезувати. Однак спостереження показали, що процес активного вироблення кисню починається лише через кілька годин після сходу сонця, що суттєво обмежує період ефективного фотосинтезу.
Ця затримка стала ключем до розуміння того, як тривалість дня могла впливати на рівень кисню в атмосфері.
Моделювання впливу тривалості дня на вироблення кисню
Група дослідників провела експерименти та моделювання, щоб визначити, як зміна тривалості дня впливала на фотосинтетичну активність ціанобактерій. Результати показали, що довший день дозволяє бактеріям виробляти більше кисню, оскільки в них більше часу для активного фотосинтезу.
Молекулярна дифузія — це фізичний процес, коли молекули газу або рідини поширюються від областей з високою концентрацією до областей з нижчою концентрацією. Саме цей процес обмежує швидкість вивільнення кисню з мікробних матів, незалежно від інтенсивності сонячного світла.
За даними моделювання, подовження дня було пов’язане не тільки з Великою кисневою катастрофою, але й з Неопротерозойською оксигенаційною подією, яка відбулася приблизно 550–800 мільйонів років тому.
Результати дослідження вказують на фундаментальний зв’язок між фізичними процесами на планетарному рівні та мікробіологічною активністю. Зміни у тривалості дня, спричинені гравітаційною взаємодією із Місяцем, могли стати ключовим фактором, що дозволив життю на Землі еволюціонувати до сучасного рівня.
Неопротерозойська оксигенаційна подія, своєю чергою, створила умови для розвитку складних багатоклітинних організмів — перших предків сучасних тварин.
«Ми об’єднуємо фізичні закони, що діють на різних масштабах, — від молекулярної дифузії до планетарної механіки», — зазначив Арджун Ченну з Лейбніцького центру тропічних морських досліджень у Німеччині.
Раніше ми також писали, що вчені створили бактерії, щоб ґрунт і врожай світилися різними кольорами
