Океани здатні змінювати свій колір: дослідники розкрили принципи цього явища.

Ми привикли до того, що океанічна вода має синій відтінок. Оскільки три чверті поверхні Землі займають океани, планета з космосу виглядає як блакитна точка. Але чи було це завжди так?

Згідно з інформацією, опублікованою в журналі Live Science, японські вчені нещодавно представили свою дослідницьку роботу в журналі Nature, де наводять переконливі докази того, що океани нашої планети колись мали зелений відтінок. Крім того, існує ймовірність, що в майбутньому вони можуть знову змінити свій колір.

Причини, з яких океани Землі могли виглядати інакше в далекому минулому, пов'язані з їхньою хімічною структурою та розвитком фотосинтетичних процесів. Цю інформацію вдалося отримати завдяки дослідженню відкладень гірських порід, відомих як смугасті залізисті формації. Вони слугують своєрідним літописом геологічної історії нашої планети.

Смугасті залізисті формації утворилися в архейському та палеопротерозойському еонах, приблизно від 3,8 до 1,8 мільярда років тому. У той час життя на Землі було представлено лише одноклітинними організмами, які населяли океани. Континенти виглядали як безлюдні території, вкриті сіро-бурими та чорними породами та осадовими матеріалами. Коли дощ падав на ці континентальні породи, він розчиняв залізо, яке містилося в них, і вода повільно відносила його в річки, що в кінцевому результаті потрапляли в океани. Вулканічна активність на дні океанів також слугувала джерелом заліза. Це залізо відіграватиме важливу роль у майбутньому.

Архейський еон являв собою період, коли атмосфера та океани нашої планети не містили газоподібного кисню. Водночас саме в цей час з'явилися перші організми, які почали використовувати сонячне світло для виробництва енергії. Ці живі істоти здійснювали анаеробний фотосинтез, що означає, що для їхньої діяльності кисень не був необхідний.

Ця еволюційна трансформація викликала низку інших змін. Оскільки під час анаеробного фотосинтезу утворюється газоподібний кисень, він почав взаємодіяти з залізом, що містилося у морській воді. Лише після того, як залізо більше не могло нейтралізувати кисень, він почав потрапляти в атмосферу.

В кінцевому підсумку, ранній фотосинтез сприяв виникненню "великої окислювальної події", що стало важливим етапом в історії екології, який відкрив шлях для розвитку складного життя на нашій планеті. Цей процес символізував перехід від середовища, яке переважно не містило кисню, до такого, де як атмосфера, так і океани були насичені цим елементом.

"Смуги" різних відтінків у смугастих залізистих формаціях відображають це зрушення. В цих формаціях залізо, що утворюється без доступу кисню, чергується з червоними шарами окисленого заліза.

Чому океани мали зеленуватий відтінок?

Стаття, присвячена зеленим океанам в архейському еоні, починається зі спостереження: води навколо японського вулканічного острова Іводзіма мають зелений відтінок, пов'язаний із формою окисленого заліза - Fe(III). Синьо-зелені водорості процвітають у зелених водах, що оточують острів.

Незважаючи на свою назву, синьо-зелені водорості є примітивними бактеріями, а не справжніми водоростями. В архейському еоні 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 у океані.

У процесі фотосинтезу організми використовують пігменти, переважно хлорофіл, що містяться в їхніх клітинах, для перетворення вуглекислого газу (CO₂) на цукри за допомогою енергії сонячного світла. Хлорофіл, в свою чергу, надає рослинам характерний зелений відтінок. Проте синьо-зелені водорості є особливими, оскільки, окрім загального пігменту хлорофілу, вони містять ще один пігмент, відомий як фікоеритробілін (PEB).

У своїй статті дослідники виявили, що генетично модифіковані сучасні синьо-зелені водорості зі вмістом PEB краще зростають у зелених водах. Хоча хлорофіл відмінно підходить для фотосинтезу у спектрах видимого нами світла, PEB, мабуть, найкраще підходить для умов зеленого світла.

Перед виникненням фотосинтезу та кисню океани нашої планети містили розчинене відновлене залізо, яке утворилося в умовах відсутності кисню. Звільнений під час фотосинтетичних процесів у архейський еон кисень викликав окислення заліза, присутнього у морській воді. Дослідження за допомогою комп'ютерного моделювання виявило, що цей ранній кисень призвів до значного накопичення окислених залізних часток, достатніх для фарбування поверхневих вод у зелений відтінок. Проте, коли все залізо в океані було окислено, в атмосфері та водах Землі з’явився вільний кисень (O₂).

Цікаве та основне спостереження, яке випливає з цих даних, полягає в тому, що екзопланети з блідо-зеленим сяйвом можуть виявитися перспективними кандидатами для існування первісних форм фотосинтетичного життя.

Слід підкреслити, що трансформації хімічного складу океанів на Землі відбувалися поступово. Архейський період тривав 1,5 мільярда років, що становить більше половини всього часу існування нашої планети. На контрасті, етапи виникнення та розвитку складних форм життя займають приблизно одну восьму частину історії Землі.

Майже напевно, колір океанів поступово змінювався протягом цього періоду і потенційно коливався. Це може пояснити, чому синьо-зелені водорості розвинули обидві форми фотосинтетичних пігментів. Хлорофіл найкраще підходить для білого світла - найтиповішого сьогодні. А от можливість використовувати як біле, так і зелене світло, може бути еволюційною перевагою.

Чи здатні океани знову змінювати свій відтінок?

Останні дослідження з Японії вказують на те, що колір океанів тісно пов'язаний з хімічним складом води та біологічною активністю. Наприклад, якщо б на Землі спостерігався підвищений рівень сірки, океани могли б мати фіолетовий відтінок. Такі умови можуть виникнути за рахунок інтенсивної вулканічної активності в поєднанні з низьким рівнем кисню в атмосфері, що, в свою чергу, сприяло б розмноженню пурпурних сіркобактерій.

Червоні океани також теоретично можливі за умов інтенсивного тропічного клімату, коли червоне окислене залізо утворюється з розпаду гірських порід суші і переноситься у океани річками чи вітрами. Або якби тип водоростей, пов'язаних із "червоними припливами", став домінувати на поверхні океанів. Такі червоні водорості зараз поширені в районах із високою концентрацією добрив, таких як азот. У сучасних океанах це зазвичай відбувається на береговій лінії поблизу каналізації.

Щодо передбачення майбутнього, з часом, коли наше Сонце старітиме, його яскравість спочатку зросте. Це призведе до посиленого випаровування з поверхні та підвищення інтенсивності ультрафіолетового випромінювання. Як наслідок, може відбутися стрімкий розвиток пурпурних сіркобактерій, які наразі мешкають у безкисневих глибоких водах.

Цей розвиток ситуації призведе до збільшення різноманітних відтінків фіолетового, коричневого та зеленого в прибережних і стратифікованих зонах. Водночас, кількість темно-синіх вод зменшиться через зниження обсягу фітопланктону. Врешті-решт, це все завершиться тим, що океани Землі випаруються, коли Сонце розшириться настільки, щоб охопити орбіту нашої планети.

Раніше OBOZ.UA повідомляв про те, що вчені відкрили 866 нових видів у океанських глибинах.