Благодаря тому, что вращение Земли замедляется, у нас есть кислород для жизни

Хотя замедление Земли происходит незаметно в человеческом масштабе времени оно вызывает значительные изменения в течение геологических эонов. Одно из этих изменений, как показывают новые исследования, возможно, является наиболее значительным из всех, по крайней мере для нас: удлинение дней связано с насыщением кислородом атмосферы Земли.

В частности, сине-зеленые водоросли (или цианобактерии), которые возникли и размножились около 2,4 миллиарда лет назад, смогли производить больше кислорода в качестве побочного продукта метаболизма, потому, что дни Земли становились длиннее. Этот вопрос разбирается в работе группы американских и немецких микробиологов, опубликованной в журнале Nature Geoscience.

Неизменный вопрос в науках о Земле заключался в том, как атмосфера Земли получила кислород и какие факторы контролировались, когда происходило оксигенация. Новое исследование показало, что скорость вращения Земли — другими словами, 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 большого отношения друг к другу. Во-первых, замедляется вращение Земли.

Причина замедления вращения Земли заключается в том, что Луна оказывает на нашу планету гравитационное притяжение, которое вызывает замедление вращения, на 1,8 миллисекунды за столетие, при этом Луна постепенно удаляется.

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. В карстовой яме на Мидл-Айленде в озере Гурон можно найти сообщества микроорганизмов, которые считаются аналогом тех, что 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, чтобы начать фотосинтез и производить кислород. Но до того, как они действительно начнут действовать, требуется несколько часов, утром наблюдается долгая задержка.

Это означает, что дневное время, в которое цианобактерии могут выделять кислород, очень ограничено. Это поставило вопрос о том, как повлияло изменение продолжительности дня за всю историю Земли на фотосинтез.

Команда провела эксперименты как в естественной среде для микробов среде, так и в лабораторных условиях. Они также провели подробные исследования по моделированию на основе своих результатов, чтобы связать солнечный свет с производством кислорода микробами, а производство кислорода микробами — с историей Земли.

Интуиция подсказывает, что два 12-часовых дня по объему произведенного кислорода должны быть подобны одному 24-часовому дню. Но это не так, и зависимость не прямая, поскольку высвобождение кислорода из бактериальных матов ограничено скоростью молекулярной диффузии. Этот факт и лежит в основе механизма задержки.

Эти результаты были включены в глобальные модели уровней кислорода, и команда обнаружила, что удлинение дней прямо связано с увеличением количества кислорода на Земле, причем не только в эпоху Великого события окисления, но и со второй волной атмосферной оксигенации, называемой неопротерозойским событием оксигенации около 550-800 миллионов лет назад.

Ученые из США и Китая обнаружили в Индийском океане цианобактерии, которые приспособились к существованию на глубине 10−750 м ниже морского дна.

По материалам Science Alert

Читайте также:

Найдены древнейшие следы жизни, существовавшей вокруг гидротермальных источников уже 3,5 млрд. лет назад

Когда исчезла вода из самого большого моря в истории