Rotația Pământului încetinește și ar putea explica de ce avem oxigen

Încă de la nașterea sa cosmică, acum aproximativ 4,5 miliarde de ani, rotația Pământului încetinește, iar zilele sale s-au întins, imperceptibil la scara umană, dar cu urmări profunde în imensitatea timpului geologic.

Deși această încetinire a Terrei este insesizabilă în decursul unei vieți de om, ea a fost suficientă pentru a imprima transformări majore de-a lungul eonilor. Una dintre aceste schimbări, poate cea mai crucială pentru noi, ființele care respirăm, este legătura directă dintre prelungirea zilelor și oxigenarea atmosferei terestre, conform unui studiu revelator din anul 2021.

Mai exact, algele albastre-verzi, sau cianobacteriile, care au apărut și au proliferat acum aproximativ 2,4 miliarde de ani, ar fi beneficiat de aceste zile tot mai lungi pentru a produce, ca un veritabil efect secundar al metabolismului lor, cantități sporite de oxigen.

„O întrebare persistentă în științele Pământului a fost cum și-a dobândit atmosfera oxigenul și ce factori au controlat momentul acestei oxigenări. Cercetările noastre sugerează că viteza de rotație a Pământului – altfel spus, durata zilei – ar fi putut avea un efect important asupra modelului și calendarului oxigenării Terrei.”, explica în anul 2021 microbiologul Gregory Dick de la Universitatea din Michigan.^[sursa]

Povestea aceasta se țese din două fire majore care, la prima vedere, par a nu avea multe în comun. Primul fir este încetinirea constantă a rotației Pământului. Acest fenomen se datorează atracției gravitaționale pe care Luna o exercită asupra planetei noastre, generând o „frânare” subtilă, în timp ce satelitul nostru natural se îndepărtează treptat.

Rotația Pământului încetinește

Arhivele fosile ne șoptesc că, acum 1,4 miliarde de ani, o zi terestră număra doar 18 ore. Chiar și acum 70 de milioane de ani, în era dinozaurilor, ziua era cu jumătate de oră mai scurtă decât cea de astăzi. Dovezile indică un câștig de aproximativ 1,8 milisecunde în lungimea zilei, cu fiecare secol care trece.

Cel de-al doilea fir narativ este Marele Eveniment de Oxidare – momentul cosmic în care cianobacteriile au proliferat exploziv, injectând în atmosfera Pământului cantități uriașe de oxigen, o schimbare bruscă și fundamentală.

Fără această infuzie de oxigen, oamenii de știință sunt convinși că viața complexă, așa cum o cunoaștem, nu ar fi putut înflori. Așadar, deși astăzi privim uneori cianobacteriile cu circumspecție, existența noastră pe această planetă se datorează, în mare măsură, acestor microorganisme primordiale.

Multe taine încă învăluie acest eveniment crucial, inclusiv întrebarea arzătoare: de ce s-a produs exact atunci, și nu mai devreme în tumultuoasa istorie a Terrei?

Descifrarea acestui puzzle a necesitat o incursiune în lumea microscopică a cianobacteriilor. În adâncurile dolinei Middle Island din Lacul Huron, cercetătorii au descoperit covoare microbiene considerate un analog modern al cianobacteriilor antice, responsabile pentru Marele Eveniment de Oxidare.

Aici, pe fundul lacului, se desfășoară o competiție tăcută: cianobacteriile purpurii, producătoare de oxigen prin fotosinteză, își dispută supremația cu microbii albi, care metabolizează sulful.

Sub mantia nopții, microbii albi urcă la suprafața covorului microbian, ospătându-se cu sulf. Odată cu ivirea zorilor și pe măsură ce Soarele își croiește drum pe boltă, aceștia se retrag, lăsând locul cianobacteriilor purpurii să preia ștafeta.

„Acum pot începe să fotosintetizeze și să producă oxigen. Cu toate acestea, durează câteva ore până când își turează cu adevărat motoarele; există o latență considerabilă dimineața. Se pare că cianobacteriile sunt niște matinali mai degrabă înceți.”, explică geomicrobiologul Judith Klatt de la Institutul Max Planck pentru Microbiologie Marină din Germania.

Această fereastră temporală restrânsă, în care cianobacteriile pot pompa oxigen în mediu, a captat atenția oceanografului Brian Arbic de la Universitatea din Michigan. El s-a întrebat dacă variația duratei zilei de-a lungul istoriei Pământului a avut un impact asupra acestui delicat proces de fotosinteză.

„Este posibil ca un tip similar de competiție între microbi să fi contribuit la întârzierea producției de oxigen pe Pământul timpuriu.”, a adăugat Klatt, schițând o posibilă explicație pentru calendarul oxigenării.

Pentru a-și testa ipoteza, echipa a efectuat experimente și măsurători meticuloase asupra microbilor, atât în habitatul lor natural, cât și în condiții de laborator controlate. Au urmat studii de modelare detaliate, bazate pe aceste rezultate, pentru a lega expunerea la lumina solară de producția microbiană de oxigen, și apoi aceasta din urmă de istoria geologică a Pământului.

„Intuiția ne-ar putea spune că două zile de 12 ore ar trebui să fie similare cu o singură zi de 24 de ore. Lumina soarelui răsare și apune de două ori mai repede, iar producția de oxigen ar trebui să urmeze același ritm. Dar eliberarea oxigenului din covoarele bacteriene nu ține pasul, fiind limitată de viteza difuziei moleculare. Această decuplare subtilă între eliberarea oxigenului și disponibilitatea luminii solare se află în centrul mecanismului.”, a explicat cercetătorul marin Arjun Chennu de la Centrul Leibniz pentru Cercetări Marine Tropicale din Germania. Practic, o perioadă mai lungă și neîntreruptă de lumină permite o acumulare și o eliberare mai eficientă a oxigenului, depășind pragul impus de lenta difuzie a moleculelor din straturile dense microbiene.

Aceste descoperiri au fost integrate în modelele globale ale nivelurilor de oxigen, iar echipa a constatat că prelungirea zilelor se corelează strâns cu creșterea oxigenului pe Pământ – nu doar în contextul Marelui Eveniment de Oxidare, ci și al unei a doua infuzii majore de oxigen în atmosferă, cunoscută sub numele de Evenimentul de Oxigenare Neoproterozoică, petrecut acum aproximativ 550 până la 800 de milioane de ani.

„Conectăm astfel legi ale fizicii care operează la scări temporale și spațiale extrem de diferite, de la difuzia moleculară la mecanica planetară. Am demonstrat că există o legătură fundamentală între durata zilei și cantitatea de oxigen care poate fi eliberată de microbii ce viețuiesc la interfața sol-apă. Este absolut fascinant. În acest fel, legăm dansul moleculelor din covorul microbian de dansul planetei noastre și al Lunii sale.”, a concluzionat Chennu. Un ecou al vieții microscopice modelând destinul unei întregi planete.