Атмосфера Земли насыщена кислородом в достаточном количестве только потому, что планета замедлила свое вращение 2,4 миллиарда лет назад

Именно это замедление, а также рост уровня кислорода в атмосфере побудили специалистов провести исследование. Группа ученых, которую возглавили сотрудники Мичиганского университета, пришла к выводу, что из-за замедления вращения планеты увеличился дневной день. За счёт этого возросло число цианобактерий, имеющих способность к фотосинтезу – выработке кислорода.

фото: desktopbackground.org

Проверяли теорию на озере Гурон, находящемся в Мичигане. Там на глубине 24 метра были проанализированы микробные сообщества. В частности исследователей интересовали цианобактерии. Они близкие родственники одноклеточных организмов, имеют яркую окраску. Бактерии живут колониями и напоминают маты. Так же они выглядели и миллиарды лет назад, располагаясь как в водоемах, так и на суше.

Несколько таких матов было поднято со дна озера Гурон. Учёные воздействовали на бактерии светом различной интенсивности в течение 26 часов. Было сделано открытие, что чем дольше было световое воздействие, тем больше кислорода произвели бактерии.

В одном из интервью Грегори Дик, участник исследования, ученый геомикробиолог из Мичигана, сообщил: «В науке является извечным вопросом то, от каких источников Земля получает кислород и какие факторы влияют на его синтез. Согласно нашим последним исследованиям, именно скорость вращения планеты вокруг своей оси или, иными словами, продолжительность суток, является основной причиной, влияющей на объем и время насыщения кислородом».

Другая исследовательская работа была опубликована в журнале Nature. В ней говорится, что до существования людей Земля совершала вращение вокруг своей оси за 6 часов. Со временем этот интервал увеличивался, и за 4 миллиарда лет он стал составлять привычные 24 часа. 

2,4 миллиарда лет назад на планете не существовало ничего живого. Уровень газа был ничтожно мал и не пригоден для живых организмов. В те времена микробы вдыхали не кислород, а углекислый газ. А цианобактерии производили кислород в ранней форме фотосинтеза.

Фотосинтез и цепочка эволюционного развития на Земле

Даже после увеличения суток объём кислорода изначально был ничтожно низок. В течение 400 миллионов лет уровень газа увеличился примерно до одной десятой от того объёма, что есть сейчас на Земле. Автор работы, биогеохимик Джудит Клатт из института Макса Планка, отметила, что это был огромный скачок для развития жизни на планете. Благодаря такому сильному увеличению объёма газа в атмосфере некоторые растения начали производить кислород. Как следствие, животные эволюционировали.

Опираясь на эти данные, команда исследователей захотела узнать, благодаря чему возрос объём кислорода. Они начали искать ответы на озере Гурон. Оно содержит слой из коренной и гипсовой пород, доломита, известняка. Породе более 400 миллионов лет, она была образована из соленых морей, покрывающих континент ранее.

На дне обитают цианобактерии фиолетового цвета, вырабатывающие кислород посредством фотосинтеза. Однако они не единственные обитатели. Сверху цианобактерий живут белые сероокисляющие бактерии. В дневное время они полностью перекрывают доступ к солнечному свету цианобактериям. Это и мешает им осуществлять фотосинтез.

Исследователь из института морской микробиологии Макса Планка Джудит Клатт отметила, что в коврах две группы бактерий конкурирует за то, кто окажется выше. При этом сероокисляющие бактерии иногда мешают фотосинтезу цианобактерий. Это может быть причиной более поздней выработки кислорода на Земле.

Взаимосвязь следующая: между вращением планеты и повышением кислорода, чем дольше Земля оборачивается вокруг оси, тем дольше солнечный свет освещает планету. Следовательно, процесс фотосинтеза удлиняется, и кислорода вырабатывается больше. Чем более коротким будет день, тем меньше будет промежуток высокой освещенности во второй половине дня. Из-за этого сероокисляющие бактерии и будут находиться выше цианобактерий большую часть дня.