Замедление вращения Земли может быть причиной нашего существования

Без богатой кислородом среды сложная жизнь, включая человека, не смогла бы развиться. Но по-настоящему захватывает то, как нечто, казалось бы, не связанное с вращением планеты, могло спровоцировать столь грандиозные изменения.

Почему вращение Земли замедляется?

Вращение Земли замедляется из-за гравитационного притяжения Луны. Гравитация Луны, воздействуя на океаны Земли, создает приливное трение, которое постепенно снижает скорость вращения планеты. За миллионы лет этот процесс добавил несколько часов к нашим суткам. Ископаемые свидетельствуют, что около 1,4 миллиарда лет назад день длился всего 18 часов.

В настоящее время вращение Земли замедляется примерно на 1,8 миллисекунды в столетие. Это может показаться незначительным, но за миллиарды лет это увеличивается.

Связь между длинными днями и уровнем кислорода

Около 2,4 миллиарда лет назад произошло событие, известное как Великое окисление, во время которого в атмосфере Земли резко повысился уровень кислорода. Считается, что это повышение уровня кислорода было вызвано цианобактериями — микроорганизмами, которые производят кислород путем фотосинтеза.

Ученые давно задаются вопросом, почему это событие произошло именно тогда, а не раньше в истории Земли. Возможно, ответ кроется в длине земного дня. Недавние исследования показывают, что более длинный день позволяет цианобактериям более эффективно осуществлять фотосинтез, перекачивая в атмосферу больше кислорода.

По словам Джудит Клатт, геомикробиолога из Института морской микробиологии Макса Планка, цианобактериям требуется несколько часов солнечного света, прежде чем они начнут производить кислород. Когда дни были короче, окно для производства кислорода было гораздо меньше. По мере удлинения дней у этих микробов появлялось больше времени для выполнения своей работы, что приводило к постепенному накоплению кислорода в атмосфере.

Микробные маты озера Гурон

Ученые изучили современные аналоги древних цианобактерий в микробных матах, найденных в воронке Мидл-Айленд на озере Гурон. Эти маты состоят из пурпурных цианобактерий, которые производят кислород, и белых микробов, которые метаболизируют серу. Ночью доминируют микробы, питающиеся серой, но с восходом солнца цианобактерии берут верх и начинают фотосинтез.

Однако цианобактериям требуется несколько часов, чтобы увеличить производство кислорода. Эта задержка заинтриговала исследователей, и они задались вопросом, могла ли более длинная продолжительность дня в прошлом Земли дать цианобактериям дополнительное время, необходимое им для производства значительного количества кислорода.

Эксперименты команды показали, что даже небольшие изменения в продолжительности дня могут существенно повлиять на уровень кислорода. Они создали модели, связывающие длину дня с производством кислорода, и пришли к выводу, что замедление вращения Земли, вероятно, сыграло ключевую роль как в Великом событии окисления, так и во втором событии насыщения кислородом около 800 миллионов лет назад.

«Полученные результаты связывают такие космические явления, как вращение Земли, с микроскопическим миром микробов», — говорит морской ученый Арджун Ченну из Центра тропических морских исследований имени Лейбница. «Эта связь между планетарной механикой и микробной жизнью помогает объяснить, как развивалась атмосфера Земли».

Кроме того, эти открытия открывают двери для дальнейших исследований о том, как долгое вращение Земли и изменения в условиях окружающей среды могли повлиять на эволюцию жизни в целом. Если замедление вращения действительно позволяет микроорганизмам производить больше кислорода, не может ли это также оказывать воздействие на другие аспекты экосистемы?

Например, это может иметь отношение к динамике еды и конкуренции между различными видами. С увеличением доступного солнца, производимые цианобактериями организмы могли бы служить более мощным источником пищи, что положительно повлияло бы на развитие других форм жизни, включая многоклеточные организмы и ранние растительные царства. Таким образом, успех цианобактерий в фотосинтезе мог бы выступать в роли катализатора для мирных изменений в экосистемах.

Но что произойдет, если вращение Земли продолжит замедляться? Мы знаем, что на протяжении миллионов лет стоимость циклов изменения климата может колебаться. Можем ли мы также ожидать, что в будущем мы столкнемся с более длительными днями, что позволит микроорганизмам и другим формам жизни адаптироваться и, возможно, преобладать? Каждая секунда, каждое изменение в длительности дня может влиять на микромир кругом нас, и в конечном итоге – на поведение всей биосферы.

Наблюдения за современными микробными матами в озере Гурон могут также дать ключ к пониманию того, как стародавние экосистемы реагировали на изменения условий. Это создаст целый ряд новых вопросов о том, как микробная жизнь адаптировалась к изменениям и как эти адаптации могут отражаться на глобальных экологических процессах в будущем.

Также стоит задуматься над тем, как эти открытия могут влиять на наше понимание экосистем на других планетах. Если изменение условий, таких как продолжительность дня, может вызвать столь значительные изменения в биологическом прогрессе, то как это может выглядеть в экстремальных условиях на других планетах, таких как Марс или Europa? Научные исследования экзопланет, предположительно обладающих условиями, благоприятными для жизни, могут переключиться на изучение взаимодействий между длиной дня и возможными экосистемами.

Таким образом, новые исследования продолжают связывать макроскопические космические процессы с микроскопической жизнью, предоставляя нам все больше информации о том, как взаимодействие этих факторов формирует не только атмосферу Земли, но и всю жизнь на нашей планете. Это подчеркивает важность комплексного подхода к пониманию экосистем и развития жизни на Земле, а также на потенциально обитаемых мирах в космосе. Тем более, что каждая новая находка может изменить наши представления о значении «простых» процессов, таких как вращение планеты, для сложнейших систем, которые мы лишь начинаем понимать.