Descoperire neașteptată a oamenilor de știință: Oceanele Pământului au fost verzi cândva și își vor schimba din nou, radical, culoarea

Aproape trei sferturi din Pământ sunt acoperite de oceane, ceea ce face ca planeta să arate ca un punct albastru pal din spațiu. Cu toate acestea, cercetătorii japonezi au prezentat argumente convingătoare conform cărora oceanele Pământului au fost cândva verzi, într-un studiu publicat în revista Nature.

Motivul pentru care oceanele Pământului ar fi putut arăta diferit în trecutul străvechi este legat de chimia lor și de evoluția fotosintezei. Geologii explică importanța unui tip de depozit de roci cunoscut sub numele de formațiune de fier în benzi în înregistrarea istoriei planetei.

Formațiunile de benzi de fier au fost depuse în eonul arhean și paleoproterozoic, aproximativ între 3,8 și 1,8 miliarde de ani în urmă. Pe atunci, viața era limitată la organismele unicelulare din oceane. Continentele erau un peisaj arid de roci și sedimente gri, maro și negre.

Ploaia care cădea pe rocile continentale dizolva fierul care era apoi transportat de râuri în oceane. Alte surse de fier au fost vulcanii de pe fundul oceanului. Acest fier va deveni important mai târziu.

Cum s-a schimbat culoarea oceanelor de-a lungul timpului

Eonul arhean a fost o perioadă în care atmosfera și oceanul Pământului erau lipsite de oxigen gazos, dar și perioada în care au evoluat primele organisme care au generat energie din lumina soarelui. Aceste organisme foloseau fotosinteza anaerobă, ceea ce înseamnă că pot face fotosinteză în absența oxigenului.

Acesta a declanșat schimbări importante, deoarece un produs secundar al fotosintezei anaerobe este oxigenul gazos. Oxigenul gazos este legat de fierul din apa de mare. Oxigenul a existat ca gaz în atmosferă doar după ce fierul din apa de mare nu a mai putut neutraliza oxigenul.

În cele din urmă, fotosinteza timpurie a condus la „marele eveniment de oxidare”, un punct de cotitură ecologic major care a făcut posibilă viața complexă pe Pământ. Acesta a marcat tranziția de la un Pământ în mare parte lipsit de oxigen la unul cu cantități mari de oxigen în ocean și atmosferă.

„Benzile” de culori diferite din formațiunile cu benzi de fier consemnează această schimbare, cu o alternanță între depozitele de fier depuse în absența oxigenului și fierul roșu oxidat.

Argumentele în favoarea oceanelor verzi

Argumentele din lucrarea recentă în favoarea oceanelor verzi în eonul arhean încep cu o observație: apele din jurul insulei vulcanice japoneze Iwo Jima au o nuanță verzuie legată de o formă de fier oxidat - Fe(III). Algele albastre-verzi prosperă în apele verzi din jurul insulei.

În ciuda numelui lor, algele albastre-verzi sunt bacterii primitive și nu alge adevărate. În eonul Archaean, strămoșii algelor albastre-verzi moderne au evoluat alături de alte bacterii care folosesc fierul feros în loc de apă ca sursă de electroni pentru fotosinteză. Acest lucru indică niveluri ridicate de fier în ocean.

Organismele fotosintetice folosesc pigmenți (în principal clorofilă) în celulele lor pentru a transforma CO₂ în zaharuri folosind energia soarelui. Clorofila dă plantelor culoarea verde. Algele albastre-verzi sunt deosebite deoarece poartă pigmentul clorofilă comun, dar și un al doilea pigment numit ficoeritrobilină (PEB).

În lucrarea lor, cercetătorii au descoperit că algele albastre-verzi moderne modificate genetic cu PEB cresc mai bine în apele verzi. Deși clorofila este excelentă pentru fotosinteză în spectrele de lumină vizibile pentru noi, PEB pare să fie superioară în condiții de lumină verde.

În cât timp s-a schimbat culoarea oceanelor

Înainte de apariția fotosintezei și a oxigenului, oceanele Pământului conțineau fier redus dizolvat (fier depus în absența oxigenului). Oxigenul eliberat de apariția fotosintezei în eonul arhean a condus apoi la apariția fierului oxidat în apa de mare. Simulările computerizate ale lucrării au arătat, de asemenea, că oxigenul eliberat de fotosinteza timpurie a condus la o concentrație suficient de mare de particule de fier oxidat pentru a face apa de suprafață verde.

Odată ce tot fierul din ocean a fost oxidat, oxigenul liber (0₂) a existat în oceanele și atmosfera Pământului. Așadar, o implicație majoră a studiului este că lumile cu puncte verde pal, văzute din spațiu, sunt planete candidate bune pentru a găzdui viața fotosintetică timpurie.

Schimbările în chimia oceanelor au fost treptate. Perioada arheiană a durat 1,5 miliarde de ani. Aceasta reprezintă mai mult de jumătate din istoria Pământului. Prin comparație, întreaga istorie a apariției și evoluției vieții complexe reprezintă aproximativ o optime din istoria Pământului.

Aproape sigur, culoarea oceanelor s-a schimbat treptat în timpul acestei perioade și, eventual, a oscilat. Acest lucru ar putea explica de ce algele albastre-verzi au dezvoltat ambele forme de pigmenți fotosintetici. Clorofila este optimă pentru lumina albă, care este tipul de lumină solară pe care îl avem astăzi. Folosirea luminii verzi și albe ar fi fost un avantaj evolutiv.

Ar putea oceanele să își schimbe din nou culoarea?

Lecția desprinsă din recenta lucrare japoneză este că culoarea oceanelor noastre este legată de chimia apei și de influența vieții. Ne putem imagina diferite culori ale oceanelor fără a împrumuta prea mult din science-fiction.

Oceanele mov ar fi posibile pe Pământ dacă nivelurile de sulf ar fi ridicate. Acest lucru ar putea fi legat de o activitate vulcanică intensă și de un conținut scăzut de oxigen în atmosferă, ceea ce ar duce la dominanța bacteriilor cu sulf purpuriu.

Oceanele roșii sunt, de asemenea, teoretic posibile în condiții de climă tropicală intensă, atunci când fierul roșu oxidat se formează din descompunerea rocilor de pe uscat și este transportat în oceane de râuri sau vânturi. Sau dacă un tip de algă legat de „mareele roșii” ajunge să domine suprafața oceanelor.

Aceste alge roșii sunt comune în zonele cu o concentrație intensă de îngrășăminte precum azotul. În oceanele moderne, acest lucru tinde să se întâmple în zonele de coastă apropiate de canalizări.

Pe măsură ce soarele nostru îmbătrânește, va deveni mai strălucitor, ceea ce va duce la creșterea evaporării la suprafață și a luminii UV intense. Acest lucru poate favoriza bacteriile sulfului purpuriu care trăiesc în apele adânci fără oxigen.

Aceasta va duce la mai multe nuanțe de violet, maro sau verde în zonele de coastă sau stratificate, cu mai puțină culoare albastru închis în apă, pe măsură ce fitoplanctonul scade. În cele din urmă, oceanele se vor evapora complet pe măsură ce soarele se extinde pentru a cuprinde orbita Pământului.

La scară geologică, nimic nu este permanent și, prin urmare, schimbările în culoarea oceanelor noastre sunt inevitabile.