Porast kisika povezan s usporenjem rotacije Zemlje

Porast razine kisika rano u povijesti Zemlje otvorio je put spektakularnoj raznolikosti životinjskog svijeta. Desetljećima su se znanstvenici trudili objasniti čimbenike koji su kontrolirali ovaj postupni proces, koji se odvijao gotovo 2 milijarde godina.

Sada međunarodni istraživački tim pod vodstvom znanstvenika s američkog Sveučilišta Michigan, otkriva da je povećana duljina dana na ranoj Zemlji izazvana postupnim usporavanjem rotacije našeg planeta, možda povećala količinu kisika koju su otpustile fotosintetičke cijanobakterije, oblikujući tako vrijeme oksigenacije Zemlje. 

Njihov je zaključak inspiriran proučavanjem današnjih mikrobnih zajednica koje rastu u ekstremnim uvjetima na dnu potopljene vrtače jezera Huron, 25 metara ispod površine vode. Voda u vrtači Srednjeg otoka bogata je sumporom i ima malo kisika, a bakterije jarkih boja koje tamo rastu smatraju se dobrim analozima jednostaničnih organizama koji su prije nekoliko milijardi godina formirali kolonije, prekrivajući površine kopna i morskog dna, , kao što možete vidjeti u ovom videu.

Istraživači pokazuju da dulji dan povećava količinu kisika koju oslobađaju fotosintetski mikrobni organizmi. To otkriće pak ukazuje na dosad nerazmotrenu vezu između povijesti opskrbe Zemlje kisikom i brzine njezine rotacije. Dok se Zemlja sada okreće oko svoje osi jednom u svaka 24 sata, duljina dana je vjerojatno bila kratka, možda čak samo 6 sati u ranoj mladosti našeg planeta.

"Naše istraživanje sugerira da je brzina kojom se Zemlja okreće, drugim riječima, njezina duljina dana, mogla imati važan učinak na obrazac i vrijeme oksigenacije Zemlje", rekao je geomikrobiolog Gregory Dick sa Sveučilišta u Michiganu, koji je jedan od dva dopisna autora studije, profesor na Odsjeku za Zemlju i znanosti o okolišu.

Istraživači su simulirali postupno usporavanje brzine Zemljine rotacije i pokazali da bi dulji dani povećali količinu kisika koju oslobađaju rane cijanobakterije na način koji pomaže objasniti dva velika događaja oksigenacije planeta.

Ovi mikrobi, prije poznati kao modrozelene alge, postoje već milijardama godina i bili su prvi organizmi koji su otkrili kako uhvatiti energiju sunčeve svjetlosti i koristiti je za proizvodnju organskih spojeva putem fotosinteze, oslobađajući kisik kao nusproizvod.

Mase ovih jednostavnih organizama koji žive u praiskonskim morima zaslužne su za oslobađanje kisika koji je kasnije omogućio pojavu višestaničnih životinja. Planet se polako transformirao iz planeta s nestalno malim količinama kisika do današnjih atmosferskih razina od oko 21%.

Vjeruje se da su današnji mikrobi jezera Huron dobri analozi za drevne organizme djelomično zato što ekstremno okruženje na dnu vrtače Srednjeg otoka vjerojatno nalikuje surovim uvjetima koji su prevladavali u plitkim morima rane Zemlje.

Jezero Huron nalazi se ispod 400 milijuna godina starog vapnenca, dolomita i gipsane podloge koja je nastala iz slanih mora koja su nekada prekrivala kontinent. Tijekom vremena, kretanje podzemnih voda otopilo je dio te temeljne stijene, formirajući špilje i pukotine koje su se kasnije urušile i stvorile kopnene i potopljene vrtače u blizini Alpene.

Hladna, kisikom siromašna, sumporom bogata podzemna voda prodire u dno srednje otočne vrtače, tjerajući većinu biljaka i životinja, ali stvarajući idealan dom za određene specijalizirane mikrobe.

Uz pomoć ronilaca iz nacionalnog morskog utočišta Thunder Bay, istraživači su postavili instrumente na dno jezera kako bi tamo proučavali kemiju i biologiju.

Također su donijeli uzorke u laboratorij kako bi proveli eksperimente pod kontroliranim uvjetima.

Tijekom većeg dijela Zemljine povijesti, atmosferski kisik bio je vrlo rijetko dostupan i vjeruje se da se povećavao u dva velika koraka. Veliki oksidacijski događaj dogodio se prije oko 2,4 milijarde godina i općenito se pripisuje najranijim fotosintetskim cijanobakterijama. Gotovo 2 milijarde godina kasnije dogodio se drugi porast kisika, poznat kao neoproterozojski događaj oksigenacije.

Brzina Zemljine rotacije polako se smanjuje otkako je planet formiran prije otprilike 4,6 milijardi godina zbog nemilosrdnog povlačenja Mjesečeve gravitacije, koja stvara plimno trenje.

Studiju objavljenu u časopisu Nature Geoscience možete pronaći na ovoj poveznici.