Земля змінює свою швидкість обертання: нове відкриття вчених.

Від моменту виникнення планети Земля приблизно 4,5 мільярдів років тому, її обертання повільно зменшувалось. Це спричинило подовження тривалості днів. Хоча для людського життя ці зміни є малозначними, нові дослідження свідчать про те, що вони були суттєвими.

Як пише видання Live Science, дослідження 2021 року показує, що подовження днів має зв'язок зі зміною рівня насиченості атмосфери Землі киснем. Близько 2,4 млрд років тому на нашій планеті з'явились і розмножились синьо-зелені водорості (або ціанобактерії). Вони почали виробляти кисень, як продукт свого метаболізму. У процесі того, як дні ставали довшими, вони випускали все більше цієї речовини в атмосферу.

У галузі наук про Землю завжди залишалося нез’ясованим питання, як саме атмосфера нашої планети отримала кисень, а також які фактори визначали періоди цієї оксигенації. Про це говорить мікробіолог Грегорі Дік з університету Мічігану у 2021 році. Він зазначив, що нові дослідження свідчать про те, що швидкість обертання Землі, тобто тривалість доби, могла суттєво впливати на процеси та час оксигенації атмосфери.

У цій історії є два основні компоненти, які, на перший погляд, не мають нічого спільного. Перший у тому, що обертання Землі уповільнюється. Причина уповільнення обертання Землі полягає в тому, що Місяць справляє гравітаційне тяжіння на планету, що спричиняє уповільнення обертання через поступове віддалення природного супутника.

Дослідження вчених свідчать, що приблизно 1,4 мільярда років тому тривалість дня складала всього 18 годин. В той же час, 70 мільйонів років тому доба була лише на півгодини коротшою, ніж нині. Відповідно до розрахунків, ми виграємо близько 1,8 мілісекунди кожні сто років.

Другий етап, який ми розглядаємо, відомий у науковому середовищі як Велика окислювальна подія. Саме в цей період цианобактерії розвинулися настільки масово, що атмосферний вміст кисню різко зріс. Дослідники вважають, що без цього процесу окислення життя, яке ми знаємо сьогодні, не змогло б виникнути. Проте багато аспектів цієї події залишаються для нас загадкою. Наприклад, невідомо, чому вона відбулася саме в той час, а не раніше, в інші епохи геологічної історії Землі.

Щоб зв'язати всі точки, знадобилися вчені, які досліджують ціанобактерії. У карстовій вирві Мідл-Айленд в озері Гурон можна знайти мікробні мати, які, як вважають, є аналогом ціанобактерій, відповідальних за Велику окислювальну подію.

Фіолетові ціанобактерії, які здійснюють фотосинтез для виробництва кисню, змагаються за простір у мікробному маті на дні озера з білими мікробами, що метаболізують сірку. Вночі білі мікроби піднімаються до верхніх шарів мікробного мату і активно поглинають сірку. Коли настає день і Сонце піднімається високо на небі, білі мікроби відступають, а фіолетові ціанобактерії виходять на поверхню. За словами геомікробіолога Джудіт Клатт з Інституту морської мікробіології Макса Планка в Німеччині, саме тоді вони починають фотосинтез і виробництво кисню. "Однак, проходить деякий час, перш ніж вони почнуть свою активність — вранці спостерігається значна затримка. Здається, ціанобактерії більше нагадують пізніх пташок, ніж жайворонків", — зазначила вчена.

Це вказує на те, що період, протягом якого ціанобактерії здатні виробляти кисень, є досить коротким. Цей аспект зацікавив океанографа Брайана Арбіка з університету Мічігану, який зацікавився питанням, як зміни в тривалості доби могли вплинути на процеси фотосинтезу в минулому Землі. "Можливо, подібна форма конкуренції між мікроорганізмами стала причиною затримки викиду кисню на ранніх етапах розвитку нашої планети", - зазначила Клатт.

Щоб продемонструвати цю гіпотезу, команда провела експерименти та вимірювання на мікробах як у їхньому природному середовищі, так і в лабораторних умовах. Вони також провели докладні модельні дослідження на основі своїх результатів, щоб пов'язати сонячне світло з виробленням мікробного кисню, а також вироблення мікробного кисню з історією Землі.

"Інтуїція підказує, що два дні по 12 годин повинні бути схожими на один 24-годинний. Сонячне світло з'являється і зникає вдвічі швидше, а процес вироблення кисню слідує за цим ритмом", – пояснив морський вчений Арджун Ченну з Центру тропічних морських досліджень Лейбніца в Німеччині. Однак, виділення кисню з бактеріальних матів не відбувається належним чином, оскільки обмежується швидкістю молекулярної дифузії. "Цей тонкий розподіл виділення кисню в залежності від сонячного світла є ключовим елементом механізму", – додав він.

Ці дані були інтегровані в глобальні моделі кисневих рівнів, і дослідницька група виявила, що подовження тривалості доби асоціювалося з підвищенням вмісту кисню на нашій планеті. Це явище стосується не лише Великої події окислення, але й ще одного етапу, відомого як Неопротерозойська подія оксигенації, який відбувся приблизно між 550 і 800 мільйонами років тому.

"Ми пов'язуємо воєдино закони фізики, що діють у різних масштабах, від молекулярної дифузії до планетарної механіки. Ми показуємо, що є фундаментальний зв'язок між тривалістю дня і тим, скільки кисню можуть виділяти наземні мікроби", -- сказав Ченну. "Це досить захоплююче. Таким чином ми пов'язуємо танець молекул у мікробному маті з танцем нашої планети та її Місяця", - додав він.

Раніше OBOZ.UA ділився інформацією про інноваційну теорію, що пояснює, звідки на Землі взялася вода.