З космосу Земля постає як блідо-блакитна крапка, адже майже три чверті її поверхні вкрито океанами. Проте, дослідження, опубліковане в Nature, пропонує нам зазирнути в історію нашої планети та припустити, що колір її океанів у давнину міг бути зовсім іншим, пише T4.
Вчені, досліджуючи хімічний склад давніх океанів та еволюцію фотосинтезу, натрапили на цікаві факти. Смугасті залізні утворення – тип гірських порід, що відкладалися в архейському та палеопротерозойському періодах (приблизно 3,8-1,8 мільярда років тому) – стали своєрідним літописом тих часів. Тоді життя обмежувалося одноклітинними організмами в океанах, а континенти були пустельними ландшафтами з сірих, коричневих і чорних порід.
Дощі розчиняли залізо з материкових порід, яке потім річки зносили в океани. Іншим джерелом заліза були вулкани на дні океану. Це залізо відіграло ключову роль у подальших подіях.
Архейський еон був періодом, коли атмосфера та океани Землі були бідні на газоподібний кисень. Проте, саме тоді з’явилися перші організми, здатні отримувати енергію від сонячного світла – анаеробні фотосинтетики. Важливим побічним продуктом їхньої діяльності був кисень, який спочатку зв’язувався з розчиненим у морській воді залізом. Лише коли залізо перестало нейтралізувати весь вироблений кисень, він почав накопичуватися в атмосфері.
Зрештою, цей ранній фотосинтез призвів до “Великої події окислення” – переломного моменту в історії Землі, який зробив можливим розвиток складного життя. Смуги різних кольорів у смугастих залізних утвореннях фіксують цей перехід: чергування шарів відновленого (безкисневого) та окисленого (червоного) заліза.
Нещодавні спостереження за зеленим відтінком води навколо японського вулканічного острова Іводзіма, пов’язаним з формою окисленого заліза (Fe(III)), змусили вчених знову звернутися до гіпотези про зелені океани в архейську епоху. У цих зелених водах процвітають синьо-зелені водорості.
Важливо пам’ятати, що синьо-зелені водорості, незважаючи на назву, є примітивними бактеріями. В архейську епоху їхні предки еволюціонували разом з іншими бактеріями, які використовували двовалентне залізо замість води як джерело електронів для фотосинтезу, що свідчить про високий рівень заліза в давніх океанах.
Фотосинтезуючі організми використовують пігменти (переважно хлорофіл) для перетворення CO₂ на цукор за допомогою сонячної енергії. Хлорофіл надає рослинам зелений колір. Синьо-зелені водорості, окрім хлорофілу, мають ще один пігмент – фікоеритробілін (PEB).
Дослідники виявили, що генетично модифіковані сучасні синьо-зелені водорості з PEB краще ростуть у зелених водах. Хоча хлорофіл чудово справляється з фотосинтезом у видимому для нас спектрі світла, PEB, ймовірно, ефективніший в умовах зеленого освітлення.
До початку фотосинтезу та накопичення кисню, океани Землі містили розчинене відновлене залізо. Кисень, вироблений внаслідок раннього фотосинтезу, призвів до окислення цього заліза. Комп’ютерне моделювання показало, що кисень, виділений ранніми фотосинтетиками, міг створити достатньо високу концентрацію окислених частинок заліза, щоб надати поверхневим водам зеленуватий колір.
Коли все залізо в океані було окислене, вільний кисень (O₂) почав накопичуватися в океанах та атмосфері. Таким чином, блідо-зелені океани, які можна було б спостерігати з космосу, можуть бути ознакою раннього фотосинтетичного життя на інших планетах.
Зміни в хімічному складі океану відбувалися поступово протягом архейського періоду, що тривав 1,5 мільярда років – понад половину історії Землі. Для порівняння, вся історія розвитку складного життя на Землі займає лише близько однієї восьмої частини історії нашої планети.
Ймовірно, колір океанів поступово змінювався протягом цього періоду, можливо, навіть коливаючись між різними відтінками. Це могло б пояснити наявність обох типів фотосинтетичних пігментів у синьо-зелених водоростях: хлорофілу, ефективного для сучасного білого сонячного світла, та PEB, більш ефективного в умовах зеленого освітлення. Використання обох пігментів давало еволюційну перевагу.
Отже, чи можуть океани Землі знову змінити свій колір? Дослідження показують, що колір океанів тісно пов’язаний з хімічним складом води та наявністю життя, що відкриває можливості для різних сценаріїв.
Наприклад, фіолетові океани могли б існувати за високих рівнів сірки, спричинених інтенсивною вулканічною активністю та низьким вмістом кисню в атмосфері, що сприяло б розвитку фіолетових сірчаних бактерій.
Червоні океани теоретично можливі в умовах інтенсивного тропічного клімату, коли червоне окислене залізо утворюється внаслідок вивітрювання гірських порід на суші та змивається в океани річками або вітрами. Інший варіант – домінування видів водоростей, що викликають “червоні припливи”, які процвітають у районах з високою концентрацією поживних речовин, таких як азот, що часто зустрічається поблизу узбережжя, куди стікають забруднені води.
У віддаленому майбутньому, коли Сонце почне старіти, воно стане яскравішим, що призведе до посилення випаровування з поверхні океанів та збільшення інтенсивності ультрафіолетового випромінювання. Це може сприяти розвитку пурпурних сірчаних бактерій, що живуть у глибоких, позбавлених кисню водах.
В результаті, прибережні та розшаровані райони океанів можуть набути більше фіолетових, коричневих або зелених відтінків, а кількість темно-синього кольору зменшиться через скорочення популяцій фітопланктону. Зрештою, коли Сонце розшириться до меж орбіти Землі, океани повністю випаруються.
Отже, у геологічних масштабах часу зміни кольору наших океанів неминучі, і вони є відображенням динамічних процесів, що відбуваються на нашій планеті.
Раніше ми повідомляли, що у нульових водах Антарктиди помітили дивну істоту.
