Майже три чверті Землі покрито океанами, через що з космосу Земля має вигляд блідо-блакитної точки. Але японські дослідники навели переконливі аргументи на користь того, що океани нашої планети колись були зеленими. І, ймовірніше за все, у майбутньому вони знову змінюватимуть колір. Про це науковці розповіли у статті, опублікованій журналом Nature.
Причина, через яку океани Землі могли в далекому минулому мати геть інший вигляд, пов’язана з їхньою хімією та еволюцією фотосинтезу. Про це свідчить відкладення гірських порід, відомі як смугасті залізисті формації: вони є свого роду літописом історії нашої планети.
Ці формації відклалися в архейському та палеопротерозойському періодах, приблизно 3,8-1,8 млрд років тому. Життя Землі в ті часи було обмежене одноклітинними організмами, що мешкали в океанах. Континенти являли собою безплідний ландшафт із сірих, коричневих та чорних порід та опадів.
Дощ, що випадав на континентальні скелі, розчиняв залізо, яке річки несли в океани. Іншими джерелами заліза в океанах були вулкани на дні. Це залізо стане важливим пізніше.
Архейський період був часом, коли атмосфера та океан Землі були позбавлені газоподібного кисню, але тоді виникли перші організми, які виробляли енергію із сонячного світла. Ці організми використовували анаеробний фотосинтез, тобто вони могли здійснювати фотосинтез без кисню.
Це спричинило важливі зміни, оскільки побічним продуктом анаеробного фотосинтезу є газоподібний кисень, що був пов’язаний із залізом у морській воді. Він існував у вигляді газу в атмосфері лише після того, як залізо морської води не могло більше нейтралізувати кисень.
Зрештою ранній фотосинтез призвів до «значущої окиснювальної події», великого екологічного поворотного моменту. Це був перехід від Землі, здебільшого позбавленої кисню, до Землі з великою кількістю кисню в океані та атмосфері.
Цей перехід фіксують смуги різних кольорів у тих самих смугастих залізистих утвореннях: вони демонструють чергування заліза, що відклалося без кисню, та червоного окисненого заліза.
Тож звідки в океанів зелене забарвлення?
На початку своєї статті вчені поділилися спостереженням: води навколо японського вулканічного острова Іводзіма мають зелений відтінок, пов’язаний із формою окисненого заліза: Fe(III). Синьо-зелені водорості процвітають у зелених водах, що оточують острів, пише Live Science.
Попри свою назву, синьо-зелені водорості є примітивними бактеріями, а не справжніми водоростями. В архейський період предки сучасних синьо-зелених водоростей еволюціонували разом з іншими бактеріями, які використовували двовалентне залізо замість води як джерело електронів для фотосинтезу. Це свідчить про високий рівень заліза в океанах.
Організми у процесі фотосинтезу використовують пігменти (переважно хлорофіл) у своїх клітинах для перетворення CO₂ в органічні речовини – цукри – за допомогою сонячної енергії. Хлорофіл надає рослинам зеленого кольору. Синьо-зелені водорості є своєрідними, оскільки вони несуть загальний пігмент хлорофіл, а також другий пігмент, званий фікоеритробіліном (PEB).
Дослідники виявили, що генетично модифіковані сучасні синьо-зелені водорості з PEB краще зростають у зеленій воді. Хоча хлорофіл чудово підходить для фотосинтезу в спектрах видимого нами світла, PEB, мабуть, краще справляється з цим завданням в умовах зеленого світла.
До появи фотосинтезу і кисню океани Землі містили розчинене відновлене залізо (таке, що відклалося без кисню). Кисень, що вивільнявся з появою фотосинтезу в архейський період, згодом спричиняв окиснення заліза в морській воді. Комп’ютерне моделювання також показало, що кисень, який вивільнявся раннім фотосинтезом, був пов’язаний із досить високою концентрацією частинок окисненого заліза, які й забарвили поверхневі води в зелений.
Після того, як все залізо в океанах окиснилося, в них та атмосфері Землі з’явився вільний кисень (0₂). А один із ключових висновків із дослідження такий: блідо-зелені далекі точки-планети в космосі можуть бути такими, на яких існувало раннє фотосинтетичне життя.
Зміни в хімії океанів були поступовими. Архейський період тривав 1,5 млрд років. А це більш ніж половина історії Землі.
Ймовірно, колір океанів поповільно змінювався протягом цього періоду та потенційно коливався. Цим можна було б пояснити, чому синьо-зелені водорості розвинули обидві форми фотосинтетичних пігментів. Хлорофіл найкраще підходить для білого світла, такого, яке ми маємо сьогодні. Використання одночасно зеленого та білого світла було б еволюційною перевагою.
Чи можуть океани знову змінити колір?
Урок зі статті японських учених полягає в тому, що колір наших океанів пов’язаний із хімією води та впливом навколишнього життя. Приміром, океани могли б бути фіолетовими, якби рівень сірки на планеті був достатньо високим. Такий рівень можливий за інтенсивної вулканічної активності та низького вмісту кисню в атмосфері: разом це спричинило б домінування пурпурових сірчаних бактерій.
Поступово старіючи, наше Сонце спочатку стане яскравішим, що призведе до збільшення поверхневого випаровування та інтенсивного ультрафіолетового випромінювання. Це може сприяти стрімкому розвитку сірчаних бактерій, що живуть у глибоких водах без кисню.
Внаслідок цього у прибережних або стратифікованих областях виникне велика кількість фіолетових, коричневих або зелених відтінків, тоді як глибокий синій колір води стане рідкістю, адже зменшиться кількість фітопланктону. Зрештою океани повністю випаруються, оскільки Сонце «розшириться та охопить орбіту Землі», написали вчені. Але це станеться дуже нескоро.
Хоч там як, але зміни кольору наших океанів неминучі, резюмували дослідники.
Фото: pixabay.com
