Článek
Vzduch, který dýcháme s každým nádechem, se skládá zhruba z 21 % z kyslíku – plynu nezbytného pro život, jak ho známe, zejména pro složité mnohobuněčné organismy, jako jsme my. Ale atmosféra Země nebyla vždy taková. Po většinu své rané historie měla naše planeta jen zanedbatelné množství volného kyslíku. Jeho hladina začala výrazně stoupat až před zhruba 2,4 miliardy let během události známé jako Velká oxidační událost (GOE), a poté pokračovala v pomalém, ale postupném nárůstu v dalších miliardách let.
Co přesně způsobilo tento zásadní vzestup kyslíku, který fundamentalně změnil naši planetu a připravil půdu pro evoluci složitějšího života, je stále předmětem vědeckých debat. Vědci vědí, že kyslík začaly produkovat mikroskopické organismy, zejména kyanobakterie, pomocí fotosyntézy. Ale proč se produkovaný kyslík začal hromadit v atmosféře, místo aby byl rychle spotřebován jinými chemickými nebo biologickými procesy?
Vedle této biologicko-chemické záhady probíhal po celou historii Země ještě jeden, zdánlivě nesouvisející proces: zpomalování rotace Země. Vlivem gravitačního působení Měsíce a přílivů a odlivů, které Měsíc způsobuje, Země postupně ztrácí rotační energii, která je přenášena na Měsíc (proto se Měsíc pomalu vzdaluje). To znamená, že naše planeta se otáčí stále pomaleji. Dny na rané Zemi byly mnohem kratší – možná jen pár hodin dlouhé.
Nyní přichází nová, překvapivá teorie, která navrhuje, že tyto dva procesy – zpomalování rotace Země a vzestup kyslíku – spolu mohly být úzce propojeny.
Nový výzkum: Jak rychlá rotace Země mohla „dusit“ kyslík
Tým vědců z Wageningen University & Research v Nizozemsku, včetně hlavního autora Dr. Lennarta de Nooijera, se pustil do výzkumu pomocí pokročilého počítačového modelování. Vytvořili modely rané Země, které zahrnovaly její atmosféru, oceány, jezera a činnost mikrobů (produkujících i spotřebovávajících kyslík). Klíčovým prvkem jejich modelů bylo simulování Země s mnohem rychlejší rotací a kratšími dny, než máme dnes.
Jejich modely odhalily fascinující mechanismus, kterým mohla rychlost rotace Země ovlivňovat cyklus kyslíku:
- Rychlá rotace mění míchání vody: Při mnohem rychlejší rotaci Země (a tedy s velmi krátkými cykly den/noc) se zásadně mění vzorce míchání vody v oceánech a velkých jezerech. Modely ukázaly, že rychlá rotace vedla k méně efektivnímu transportu látek mezi povrchovou vrstvou (kde se během dne odehrává fotosyntéza produkující kyslík a kde jsou dostupné živiny ze slunečního záření) a hlubšími, tmavými vrstvami.
- Podpora spotřeby kyslíku na povrchu: Toto omezené míchání znamenalo, že organická hmota vytvořená fotosyntézou a kyslík produkovaný na povrchu zůstávaly více "uvězněny" v horní vrstvě vodního sloupce. V této vrstvě se dařilo mikrobům, které se živí organickou hmotou a k tomu spotřebovávají kyslík. Kvůli neefektivnímu transportu do hloubky byl produkovaný kyslík rychle spotřebováván těmito mikroby dříve, než se mohl efektivně dostat do hlubších vrstev nebo uniknout do atmosféry ve větším množství.
- Zpomalování rotace umožnilo hromadění kyslíku: Jak se rotace Země postupně zpomalovala (a dny se prodlužovaly) v průběhu miliard let, vzorce míchání vody se změnily. Delší dny a pomalejší rotace vedly k efektivnějšímu transportu kyslíku a organické hmoty do hlubších vrstev vodního sloupce. Toto oddělení produkce (nahoře) a spotřeby (distribuce organiky do hloubky) znamenalo, že méně organické hmoty zůstávalo v povrchové vrstvě k dispozici pro mikroby spotřebovávající kyslík.
- Kyslík se začal hromadit: Se snížením relativní rychlosti spotřeby kyslíku v povrchových vodách (ve srovnání s jeho produkcí fotosyntézou) se mohl kyslík začít ve stále větším množství uvolňovat do atmosféry a postupně se hromadit.
Podle tohoto modelu tedy zpomalování rotace Země nebylo přímou příčinou produkce kyslíku, ale zásadně ovlivnilo rovnováhu mezi produkcí a spotřebou kyslíku tím, že změnilo dynamiku míchání v oceánech a jezerech, čímž umožnilo, aby se kyslík v atmosféře hromadil.
Překvapivé propojení kosmu, geofyziky a biologie
Toto je fascinující příklad toho, jak zdánlivě nesouvisející fyzikální proces (zpomalování rotace planety vlivem Měsíce) může mít zásadní dopad na geochemickou a biologickou evoluci planety (složení atmosféry, rozvoj života). Přináší zcela nový úhel pohledu na složitou historii Země a na to, co naši planetu učinilo obyvatelnou.
Studie Wageningen University nabízí věrohodný mechanismus, který doplňuje naše chápání Velké oxidační události a pozdějších nárůstů kyslíku. Ukazuje, že obyvatelnost planety není dána jen přítomností vody nebo teplotou, ale i subtilními interakcemi mezi její fyzikální dynamikou, chemií a biologií.
Závěr: Starobylý tanec, který formoval vzduch, který dýcháme
Myšlenka, že pomalé, neúprosné zpomalování rotace Země po miliardy let mohlo být klíčovým faktorem, který umožnil, aby se naše atmosféra naplnila kyslíkem, je úžasná. Připomíná nám, jak jsou všechny systémy na naší planetě propojené – od tance Země s Měsícem na obloze až po mikroskopické děje v oceánských vodách.
Tento výzkum je dalším dílkem do obrovské skládačky historie Země a ukazuje, jak složitá a fascinující byla cesta k planetě s atmosférou bohatou na kyslík, která umožnila rozkvět života, jak ho známe dnes. Ať už se nacházíme kdekoli, třeba právě zde ve Znojmě v dubnu 2025, dýcháme vzduch, který byl utvářen procesy trvajícími celé věky, procesy, o nichž stále odhalujeme nová, překvapivá tajemství.
