Od svog nastanka prije otprilike 4,5 milijardi godina, Zemljina rotacija se postupno usporava, a kao rezultat toga, njezini dani postaju sve duži.
Iako usporavanje Zemlje nije primjetno na ljudskoj vremenskoj skali, dovoljno je da izazove značajne promjene tokom eona, piše Science Alert. Jedna od tih promjena možda je najznačajnija od svih, barem za nas: produženje dana povezano je s oksigenacijom Zemljine atmosfere, prema studiji iz 2021. godine.
Tačnije, plavozelene alge (ili cijanobakterije) koje su se pojavile i razmnožile prije otprilike 2,4 milijarde godina mogle su proizvoditi više kisika kao metabolički nusprodukt jer su Zemljini dani postajali duži.
“Trajno pitanje u naukama o Zemlji bilo je kako je Zemljina atmosfera dobivala kisik i koji su čimbenici kontrolirali tu oksigenaciju“, objasnio je mikrobiolog Gregory Dick sa Univerziteta u Michiganu 2021. godine.
“Naše istraživanje sugerira da je brzina kojom se Zemlja okreće – drugim riječima, duljina dana – mogla imati važan utjecaj na obrazac i vrijeme Zemljine oksigenacije.“
U ovoj priči postoje dvije glavne komponente koje, na prvi pogled, nemaju puno veze jedna s drugom. Prva je da se Zemljina rotacija usporava.
Razlog usporavanja Zemljine vrtnje je taj što Mjesec vrši gravitacijsku silu na planet, što uzrokuje usporavanje rotacije jer se Mjesec postupno udaljava.
Na temelju fosilnih zapisa znamo da su dani trajali samo 18 sati prije 1,4 milijarde godina, a pola sata kraći nego danas prije 70 miliona godina. Dokazi upućuju na to da stoljećem dobivamo 1,8 milisekundi.
Druga komponenta je nešto poznato kao Veliki oksidacijski događaj – kada su se cijanobakterije pojavile u tako velikim količinama da je Zemljina atmosfera doživjela nagli, značajan porast kisika.
Naučnici smatraju da život kakav poznajemo ne bi mogao nastati bez ove oksidacije; pa iako cijanobakterije danas mogu imati malo posrednih strana, vjerovatno ne bismo bili ovdje bez njih.
Još uvijek mnogo toga ne znamo o ovom događaju, uključujući goruća pitanja poput zašto se dogodio baš tada, a ne negdje ranije u Zemljinoj historiji.
Naučnicima je trebalo raditi s cijanobakterijskim mikrobima kako bi povezali tačke. U vrtači Middle Island u jezeru Huron mogu se pronaći mikrobne podloge za koje se smatra da su analog cijanobakterija odgovornih za Veliki oksidacijski događaj.
Ljubičaste cijanobakterije koje proizvode kisik putem fotosinteze i bijeli mikrobi koji metaboliziraju sumpor natječu se u mikrobnoj podlozi na dnu jezera.
Noću se bijeli mikrobi uzdižu na vrh mikrobne podloge i hrane se sumporom. Kada svane i Sunce se dovoljno visoko podigne na nebu, bijeli mikrobi se povlače, a ljubičaste cijanobakterije se uzdižu na vrh.
“Sada mogu početi fotosintetizirati i proizvoditi kisik”, rekla je geomikrobiologinja Judith Klatt s Instituta Max Planck za morsku mikrobiologiju u Njemačkoj.
“Međutim, potrebno je nekoliko sati prije nego što se stvarno aktiviraju, ujutro postoji veliko kašnjenje. Čini se da su cijanobakterije prilično kasne budnice nego jutarnje osobe.”
To znači da je dnevni prozor u kojem cijanobakterije mogu ispumpati kisik vrlo ograničen – i upravo je ta činjenica privukla pozornost okeanografa Briana Arbica sa Univerzitet u Michiganu. Pitao se je li promjena dužine dana tokom Zemljine historije utjecala na fotosintezu.
“Moguće je da je slična vrsta konkurencije među mikrobima doprinijela kašnjenju u proizvodnji kisika na ranoj Zemlji”, objasnio je Klatt.
Kako bi dokazali ovu hipotezu, tim je proveo eksperimente i mjerenja na mikrobima, kako u njihovom prirodnom okruženju tako i u laboratorijskim uvjetima. Također su proveli detaljne studije modeliranja temeljene na svojim rezultatima kako bi povezali sunčevu svjetlost s proizvodnjom kisika od strane mikroba te proizvodnju kisika od strane mikroba s historijom Zemlje.
“Intuicija sugerira da bi dva 12-satna dana trebala biti slična jednom 24-satnom danu. Sunčeva svjetlost izlazi i zalazi dvostruko brže, a proizvodnja kisika slijedi u skladu s tim“, objasnio je morski naučnik Arjun Chennu iz Leibnizovog centra za tropska istraživanja mora u Njemačkoj.
“Ali oslobađanje kisika iz bakterijskih naslaga ne događa se, jer je ograničeno brzinom molekularne difuzije. Ovo suptilno odvajanje oslobađanja kisika od sunčeve svjetlosti je u srži mehanizma.”
Ti su rezultati uključeni u globalne modele razina kisika, a tim je otkrio da je produljenje dana povezano s povećanjem Zemljinog kisika – ne samo s Velikim oksidacijskim događajem, već i s drugom, drugom atmosferskom oksigenacijom nazvanom Neoproterozojski događaj oksigenacije prije otprilike 550 do 800 milijuna godina.
“Povezujemo zakone fizike koji djeluju na vrlo različitim skalama, od molekularne difuzije do planetarne mehanike. Pokazujemo da postoji temeljna veza između dužine dana i količine kisika koju mogu osloboditi mikrobi koji žive na tlu“, rekao je Chennu .
“Prilično je uzbudljivo. Na ovaj način povezujemo ples molekula u mikrobnoj podlozi s plesom našeg planeta i njegovog Mjeseca.“
Istraživanje je objavljeno u časopisu Nature Geoscience .
Tuzlanska Republika
