Вращение Земли постепенно замедляется. Благодаря этому у нас есть кислород

Антон Тальский – 03 августа 2021

С момента образования Земли около 4,5 миллиардов лет назад ее вращение постепенно замедлялось, а дни на планете становились все длиннее. Хотя замедление Земли незаметно для людей, его оказалось достаточно, чтобы произошли значительные изменения. Одно из этих изменений, как показывают новые исследования, является наиболее значительным из всех: удлинение дней связано с насыщением нашей атмосферы кислородом.

Синезеленые водоросли (или цианобактерии), которые возникли и размножились около 2,4 миллиарда лет назад, могли производить больше кислорода, потому что дни на Земле становились длиннее. Исследования показывают, что скорость вращения Земли — другими словами, продолжительность дня — могла иметь существенное влияние на насыщение Земли кислородом.

Причина замедления вращения Земли заключается в том, что Луна создает для нашей планеты гравитационное притяжение, которое замедляет вращение, поскольку Луна постепенно удаляется. Благодаря изучению окаменелостей мы знаем, что 1,4 миллиарда лет назад дни составляли всего 18 часов, что на полчаса короче, чем сегодня. Факты свидетельствуют о том, что мы получаем лишние 1,8 миллисекунды за столетие.

Другой важный аспект этой истории — причина появления на Земле значительных объемов кислорода — так называемая оксигенация. Учёные считают, что это произошло, когда цианобактерии распространились в больших количествах и в атмосфере Земли произошло резкое и значительное повышение содержания кислорода.

Чтобы соединить два эти аспекта (цианобактерии и замедление Земли), исследователи изучили карстовый разлом в озере Гурон: на его дне можно найти цианобактериальные маты. В них сосуществуют пурпурные бактерии, производящие кислород посредством фотосинтеза, и белые микробы, метаболизирующие серу. Ночью белые микробы поднимаются в верхнюю часть слоя мата и поглощают серу. Когда наступает день, белые микробы отступают, а цианобактерии поднимаются наверх. Однако до того, как фотосинтез по-настоящему начнется, проходит несколько часов: утром наблюдается долгая задержка. Цианобактериям важен самый разгар дня.

Это означает, что дневное время, в течение которого цианобактерии могут создавать кислород, очень ограничено — и именно этот факт привлек внимание океанолога Брайана Арбика из Мичиганского университета. Он задался вопросом, повлияло ли изменение продолжительности дня за всю историю Земли на фотосинтез. Возможно, что подобная конкуренция между микробами способствовала задержке производства кислорода на ранних этапах жизни нашей планеты.

Чтобы подтвердить эту гипотезу, команда учёных провела эксперименты изучая микробы как в их естественной среде, так и в лабораторных условиях. Высвобождение кислорода из цианобактериальных матов ограничено скоростью молекулярной диффузии. Команда учёных связывала воедино законы физики, действующие в самых разных масштабах, от молекулярной диффузии до планетарной механики. Они показали, что существует фундаментальная связь между продолжительностью дня и тем, сколько кислорода могут выделять обитающие на Земле цианобактерии.

Фото: Gettyimages