Въртенето на Земята се забавя. Какво означава това?

От самото си формиране преди около 4.5 милиарда години Земята постепенно забавя въртенето си около оста. Въпреки че това забавяне е почти незабележимо в рамките на човешкия живот, то оказва съществено влияние в геоложки времеви мащаб. Според изследване, публикувано през 2021 г. в списанието Nature Geoscience, удължаването на земните дни е свързано с един от най-фундаменталните процеси в историята на планетата – обогатяването на атмосферата с кислород.

Цианобактериите – синьо-зелени водорасли, появили се масово преди около 2.4 милиарда години – вероятно са успели да произвеждат повече кислород благодарение на увеличената дневна светлина вследствие на удължените дни. Това предполага, че продължителността на деня може да е била ключов фактор за навременното стартиране на т.нар. Велико кислородно събитие – процес, без който съвременните форми на живот едва ли биха могли да се развият.

Защо Земята забавя своя ход?

Забавянето на въртенето на Земята е резултат от гравитационното влияние на Луната, която постепенно се отдалечава от планетата. В палеонтологичните данни се откриват доказателства, че преди 1.4 милиарда години денят е бил около 18 часа, а преди 70 милиона години – с около половин час по-кратък от днешния. Учените изчисляват, че Земята „печели“ по 1.8 милисекунди на век.

Ключовото откритие се базира на наблюдения върху микробни мати от цианобактерии в потъналата долина Middle Island в езерото Хурон. Там се наблюдава динамично съревнование между фотосинтезиращи лилави цианобактерии и бели микроорганизми, които разграждат сяра. През нощта микробите, метаболизиращи сяра, се издигат към повърхността, а през деня се оттеглят, отстъпвайки място на цианобактериите, които започват фотосинтеза и отделят кислород – но с няколкочасово закъснение след изгрев.

Тази особеност провокира океанографа Брайън Арбик от Университета в Мичиган да се запита дали именно продължителността на деня не е ограничавала възможността за фотосинтеза и така не е забавила появата на кислород в ранната атмосфера на Земята. Екипът провежда серия от лабораторни и полеви експерименти, както и моделиране на връзката между слънчевото греене, фотосинтетичната активност и глобалните нива на кислород в различни геоложки епохи.

Според морския учен Арджун Чену от Германския център за тропически морски изследвания, дори ако две 12-часови денонощия изглеждат еквивалентни на едно 24-часово, производството на кислород не се удвоява съразмерно, тъй като скоростта на молекулярна дифузия поставя физически лимит. Именно тази фина разлика – между количеството светлина и реалния добив на кислород – се оказва решаваща.

Моделите показват, че удължаването на дните не е повлияло само на Великото кислородно събитие, но и на втори важен етап – Неопротерозойската кислородна революция, настъпила преди около 550 до 800 милиона години.

Изследването установява връзка между фундаментални физични процеси на различни мащаби – от молекулярната дифузия в микробни структури до орбиталната механика на Земята и Луната. Тази връзка подчертава как ритъмът на нашата планета е оказал дълбоко влияние върху еволюцията на живота.