Почти три четверти Земли покрыто океанами, из-за чего Земля выглядит как бледно-голубая точка из космоса. Однако японские исследователи представили убедительные аргументы в пользу того, что океаны нашей планеты когда-то были зелеными. И, вероятнее всего, в будущем они снова изменят цвет. Об этом ученые рассказали в статье, опубликованной в журнале Nature.
Причина, по которой океаны Земли могли в далеком прошлом выглядеть совершенно иначе, связана с их химией и эволюцией фотосинтеза. Об этом свидетельствуют отложения горных пород, известные как полосатые железистые формации: они являются своего рода летописью истории нашей планеты.
Эти формации отложились в архейском и палеопротерозойском периодах, примерно 3,8-1,8 миллиарда лет назад. Жизнь Земли в те времена была ограничена одноклеточными организмами, обитавшими в океанах. Континенты представляли собой бесплодный ландшафт из серых, коричневых и черных пород и осадков.
Дождь, который выпадал на континентальные скалы, растворял железо, которое реки несли в океаны. Другими источниками железа в океанах были вулканы на дне. Это железо станет важным позже.
Архейский период был временем, когда атмосфера и океан Земли были лишены газообразного кислорода, но тогда появились первые организмы, которые производили энергию из солнечного света. Эти организмы использовали анаэробный фотосинтез, то есть они могли осуществлять фотосинтез без кислорода.
Это вызвало важные изменения, поскольку побочным продуктом анаэробного фотосинтеза является газообразный кислород, который связывался с железом в морской воде. Он существовал в виде газа в атмосфере лишь после того, как железо морской воды больше не могло нейтрализовать кислород.
В конечном итоге ранний фотосинтез привел к «значительной окислительной событию», большому экологическому поворотному моменту. Это был переход от Земли, в основном лишенной кислорода, к Земле с большим количеством кислорода в океане и атмосфере.
Этот переход фиксируют полосы различных цветов в тех же полосатых железистых образованиях: они демонстрируют чередование железа, отложившегося без кислорода, и красного окисленного железа.
Так откуда у океанов зеленый цвет?
В начале своей статьи ученые поделились наблюдением: воды вокруг японского вулканического острова Иводзима имеют зеленоватый оттенок, связанный с формой окисленного железа: Fe(III). Сине-зеленые водоросли процветают в зеленых водах, окружающих остров, пишет Live Science.
Несмотря на свое название, сине-зеленые водоросли являются примитивными бактериями, а не настоящими водорослями. В архейский период предки современных сине-зеленых водорослей эволюционировали вместе с другими бактериями, которые использовали двухвалентное железо вместо воды в качестве источника электронов для фотосинтеза. Это свидетельствует о высоком уровне железа в океанах.
Организмы в процессе фотосинтеза используют пигменты (преимущественно хлорофилл) в своих клетках для преобразования CO₂ в органические вещества – сахара – с помощью солнечной энергии. Хлорофилл придает растениям зеленый цвет. Сине-зеленые водоросли уникальны, поскольку они содержат общий пигмент хлорофилл, а также второй пигмент, называемый фикоэритробилином (PEB).
Исследователи обнаружили, что генетически модифицированные современные сине-зеленые водоросли с PEB лучше растут в зеленой воде. Хотя хлорофилл прекрасно подходит для фотосинтеза в спектрах видимого света, PEB, по-видимому, лучше справляется с этой задачей в условиях зеленого света.
До появления фотосинтеза и кислорода океаны Земли содержали растворенное восстановленное железо (такое, что отложилось без кислорода). Кислород, высвобожденный с появлением фотосинтеза в архейский период, впоследствии вызывал окисление железа в морской воде. Компьютерное моделирование также показало, что кислород, высвобожденный ранним фотосинтезом, был связан с довольно высокой концентрацией частиц окисленного железа, которые и окрасили поверхностные воды в зеленый.
После того как все железо в океанах окислилось, в них и атмосфере Земли появился свободный кислород (O₂). А один из ключевых выводов из исследования таков: бледно-зеленые далекие точки-планеты в космосе могут быть такими, на которых существовало раннее фотосинтетическое жизнь.
Изменения в химии океанов были постепенными. Архейский период длился 1,5 миллиарда лет. А это более половины истории Земли.
Вероятно, цвет океанов медленно изменялся на протяжении этого периода и потенциально колебался. Это могло бы объяснить, почему сине-зеленые водоросли развили обе формы фотосинтетических пигментов. Хлорофилл лучше всего подходит для белого света, такого, как мы имеем сегодня. Использование одновременно зеленого и белого света было бы эволюционным преимуществом.
Могут ли океаны снова изменить цвет?
Урок из статьи японских ученых заключается в том, что цвет наших океанов связан с химией воды и влиянием окружающей жизни. Например, океаны могли бы быть фиолетовыми, если бы уровень серы на планете был достаточно высоким. Такой уровень возможен при интенсивной вулканической активности и низком содержании кислорода в атмосфере: вместе это привело бы к доминированию пурпурных серных бактерий.
Постепенно старея, наше Солнце сначала станет ярче, что приведет к увеличению поверхностного испарения и интенсивному ультрафиолетовому излучению. Это может способствовать стремительному развитию серных бактерий, живущих в глубоких водах без кислорода.
В результате этого в прибрежных или стратифицированных областях возникнет большое количество фиолетовых, коричневых или зеленых оттенков, тогда как глубокий синий цвет воды станет редкостью, так как уменьшится количество фитопланктона. В конечном итоге океаны полностью испарятся, поскольку Солнце «расширится и охватит орбиту Земли», написали ученые. Но это произойдет очень нескоро.
Тем не менее, изменения цвета наших океанов неизбежны, резюмировали исследователи.
Фото: pixabay.com
