Чому уповільнення Землі змінило атмосферу

У дослідженні розглядається вплив уповільнення обертання Землі та подовження дня на еволюцію фотосинтезу і насичення атмосфери киснем.

Відомо, що ціанобактерії з’явилися близько 2,4 мільярда років тому і стали ключовими продуцентами кисню. Проте їхня ефективність залежала від тривалості світлового дня. Як пояснює Джудіт Клатт, «ціанобактерії є радше пізніми, ніж ранковими, і починають активно виробляти кисень лише через кілька годин після сходу Сонця». Це означає, що короткі дні в ранній історії планети обмежували виробництво кисню.

Моделювання показало: подовження дня сприяло зростанню рівня кисню, що співпало не лише з Великою окислювальною подією, а й із Неопротерозойським окисленням 550–800 мільйонів років тому. Арджун Ченну наголосив: «існує фундаментальний зв’язок між тривалістю дня і тим, скільки кисню можуть виділяти мікроби». Таким чином, уповільнення обертання Землі стало важливим фактором у біогеохімічній історії.

Зменшення швидкості обертання планети пояснюється гравітаційним впливом Місяця. Супутник поступово віддаляється, уповільнюючи добове обертання Землі. Як зазначає Грегорі Дік, «швидкість, з якою обертається Земля, могла мати важливий вплив на характер і час насичення атмосфери киснем». Скам’янілі свідчення підтверджують, що 1,4 мільярда років тому день тривав лише 18 годин.

Щоб перевірити гіпотези, науковці вивчали сучасні мікробні килимки у воронці Міддл-Айленд в озері Гурон. Тут конкурують фіолетові ціанобактерії, що виробляють кисень, та білі мікроби, які метаболізують сірку. Як пояснює Клатт, «подібний тип конкуренції між мікробами міг затримати виробництво кисню на ранній Землі».

Експерименти, поєднані з моделюванням, дозволили пов’язати молекулярну дифузію, сонячне світло та глобальні зміни атмосфери. Ченну підсумував: «ми пов’язали танець молекул у мікробному килимку з танцем нашої планети і її Місяця».

Таким чином, результати показують: подовження дня стало ключовим чинником у формуванні кисневої атмосфери, що створила умови для розвитку життя на Землі.