Zemlja se sve sporije okreće – i to bi moglo da objasni zašto danas imamo kiseonik

Naime, naučnici tvrde da su duži dani omogućili cijanobakterijama (poznatim i kao plavo-zelenim algama), koje su se pojavile i proširile pre oko 2,4 milijarde godina, da proizvode više kiseonika kao nusprodukt fotosinteze.

– Jedno od ključnih pitanja u geonaukama jeste kako je Zemljina atmosfera postala bogata kiseonikom i koji su faktori uticali na taj proces – objasnio je 2021. godine mikrobiolog Gregori Dik sa Univerziteta Mičigen. – Naše istraživanje sugeriše da je brzina rotacije Zemlje – odnosno dužina dana – imala značajan uticaj na obrazac i tajming kiseoničenja atmosfere.

Iako se na prvi pogled čini da usporavanje Zemljine rotacije i povećanje nivoa kiseonika nisu povezani, naučnici su otkrili duboku vezu između ta dva procesa. Usporavanje rotacije rezultat je gravitacionog uticaja Meseca, koji polako "odvlači" Zemlju i time usporava njeno okretanje.

Zapisi pokazuju da su dani pre 1,4 milijarde godina trajali samo 18 sati, dok su pre 70 miliona godina bili oko pola sata kraći nego danas. Trenutno se procenjuje da Zemlja dobija oko 1,8 milisekundi dnevne dužine svakih 100 godina.

Drugi ključni element u ovoj priči je Veliki kiseonični događaj – period kada su se cijanobakterije toliko namnožile da je došlo do naglog porasta kiseonika u atmosferi. Bez ovog događaja, naučnici veruju da život kakav danas poznajemo ne bi mogao da se razvije.

Da bi istražili vezu između dužine dana i proizvodnje kiseonika, naučnici su proučavali mikrobne zajednice u potopljenom kraterskom jezeru u Mičigenu – Middle Island Sinkhole u jezeru Huron. Na dnu jezera nalaze se mikrobne kolonije koje podsećaju na drevne cijanobakterije. Tokom noći, mikroorganizmi koji koriste sumpor izbijaju na površinu, dok se danju povlače, a fotosintetske cijanobakterije preuzimaju površinski sloj.

– Potrebno im je nekoliko sati da u potpunosti započnu fotosintezu – objašnjava dr Judit Klat, geomikrobiolog sa Instituta Maks Plank za morsku mikrobiologiju. – Deluju kao da su "uspavane" i ne baš jutarnji tipovi.

Ova vremenska "zadrška" u jutarnjem početku fotosinteze navela je okeanografa Brajana Arbika da se zapita – da li je promena dužine dana tokom Zemljine istorije mogla da utiče na produkciju kiseonika?

U laboratoriji i na terenu, naučnici su sproveli merenja i modele koji su povezali količinu sunčeve svetlosti sa produkcijom kiseonika, uzimajući u obzir ograničenja difuzije kiseonika kroz mikrobne slojeve.

– Intuitivno biste pomislili da su dva dana od po 12 sati ista kao jedan od 24, jer Sunce isto sija. Ali bakterije ne otpuštaju kiseonik istom brzinom – objašnjava morski biolog Arjun Čenu iz Centra za tropska morska istraživanja u Nemačkoj. – Oslobađanje kiseonika je usporeno zbog ograničenja molekularne difuzije. Upravo ta razlika je ključna za razumevanje celog procesa.

Kada su ovi rezultati ubačeni u globalne modele, pokazalo se da su duži dani zaista povezani s porastom kiseonika u atmosferi – ne samo tokom Velikog kiseoničnog događaja, već i tokom Neoproterozojskog kiseoničnog događaja, koji se dogodio pre oko 550 do 800 miliona godina.

– Uspeli smo da povežemo zakone fizike koji deluju na potpuno različitim skalama – od molekularnog nivoa do planetarne dinamike – kaže Čenu. – Pokazali smo da postoji fundamentalna veza između dužine dana i količine kiseonika koju mikrobi mogu da oslobode. To je fascinantno – od plesa molekula u mikrobnom sloju, do plesa naše planete i njenog Meseca.

Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Geoscience.