Γιατί οι ωκεανοί μπορεί στο μέλλον να γίνουν μωβ ή κόκκινοι – Η περίπτωση των πράσινων και πότε θα εξατμιστούν
Σχεδόν τα τρία τέταρτα της Γης καλύπτονται από ωκεανούς, κάνοντας τον πλανήτη να μοιάζει με μια μπλε κουκκίδα από το διάστημα. Αλλά Ιάπωνες ερευνητές υποστηρίζουν ότι οι ωκεανοί της Γης κάποτε ήταν πράσινοι, σε μια μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Nature.
Ο λόγος που οι ωκεανοί της Γης μπορεί να φαίνονταν διαφορετικοί κατά την Αρχαϊκή και Παλαιοπροτεροζωική εποχή, έχουν να κάνουν με τη χημεία τους και την εξέλιξη της φωτοσύνθεσης.
Σχηματισμοί με λωρίδες σιδήρου εναποτέθηκαν στην Αρχαϊκή και Παλαιοπροτεροζωική εποχή, περίπου μεταξύ 3,8 και 1,8 δισ. ετών πριν. Η ζωή τότε ήταν περιορισμένη σε μονοκύτταρους οργανισμούς στους ωκεανούς. Οι ήπειροι ήταν ένα άγονο τοπίο από γκρίζους, καφέ και μαύρους βράχους και ιζήματα.
Η βροχή που έπεφτε σε ηπειρωτικά πετρώματα διέλυσε τον σίδηρο που στη συνέχεια μεταφέρθηκε στους ωκεανούς από τα ποτάμια. Άλλες πηγές σιδήρου ήταν τα ηφαίστεια στον πυθμένα του ωκεανού. Αυτός ο σίδηος θα γίνει σημαντικός αργότερα.
Ο αρχαϊκός αιώνας ήταν μια εποχή που η ατμόσφαιρα και ο ωκεανός της Γης στερούνταν αέριου οξυγόνου, αλλά και όταν εξελίχθηκαν οι πρώτοι οργανισμοί που παρήγαγαν ενέργεια από το ηλιακό φως. Αυτοί οι οργανισμοί χρησιμοποιούσαν αναερόβια φωτοσύνθεση, που σημαίνει ότι μπορούσαν να κάνουν φωτοσύνθεση απουσία οξυγόνου.
Τελικά, η πρώιμη φωτοσύνθεση οδήγησε στο «μεγάλο γεγονός οξείδωσης», ένα σημαντικό σημείο καμπής που κατέστησε δυνατή τη σύνθετη ζωή στη Γη. Σηματοδότησε τη μετάβαση από μια Γη σε μεγάλο βαθμό χωρίς οξυγόνο σε μια Γη με μεγάλες ποσότητες οξυγόνου στον ωκεανό και την ατμόσφαιρα.
Οι «ζώνες» διαφορετικών χρωμάτων σε σχηματισμούς με λωρίδες σιδήρου καταγράφουν αυτή τη μετατόπιση με μια εναλλαγή μεταξύ εναποθέσεων σιδήρου που εναποτίθεται απουσία οξυγόνου και κόκκινου οξειδωμένου σιδήρου.
Η περίπτωση των πράσινων ωκεανών
Η υπόθεση της πρόσφατης δημοσίευσης για τους πράσινους ωκεανούς στην αρχαϊκή εποχή ξεκινά με μια παρατήρηση: τα νερά γύρω από το ηφαιστειακό νησί της Ιαπωνίας, Ίβο Τζίμα έχουν μια πράσινη απόχρωση, που συνδέεται με μια μορφή οξειδωμένου σιδήρου. Τα γαλαζοπράσινα φύκια ευδοκιμούν στα καταπράσινα νερά που περιβάλλουν το νησί.
Παρά το όνομά τους, τα γαλαζοπράσινα φύκια είναι πρωτόγονα βακτήρια και όχι αληθινά φύκια. Στην αρχαϊκή εποχή, οι πρόγονοί τοιυς εξελίχθηκαν μαζί με άλλους μικροοργανισμούς που χρησιμοποιούν σιδηρούχο σίδηρο αντί για νερό ως πηγή ηλεκτρονίων για τη φωτοσύνθεση. Αυτό δείχνει ότι υπήρχαν υψηλά επίπεδα σιδήρου στον ωκεανό.
Οι φωτοσυνθετικοί οργανισμοί χρησιμοποιούν χρωστικές ουσίες (κυρίως χλωροφύλλη) στα κύτταρά τους για να μετατρέψουν το διοξείδιο του άνθρακα CO2 σε σάκχαρα χρησιμοποιώντας την ενέργεια του ήλιου. Η χλωροφύλλη δίνει στα φυτά το πράσινο χρώμα τους. Τα γαλαζοπράσινα φύκια είναι ιδιαίτερα επειδή φέρουν την κοινή χρωστική ουσία χλωροφύλλης, αλλά και μια δεύτερη χρωστική που ονομάζεται φυκοερυθροβιλίνη (PEB).
Στην εργασία τους, οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι τα σύγχρονα γαλαζοπράσινα φύκια με γενετική μηχανική με PEB αναπτύσσονται καλύτερα σε πράσινα νερά. Αν και η χλωροφύλλη είναι αποτελεσματική για τη φωτοσύνθεση στα φάσματα του φωτός που είναι ορατά σε εμάς, το PEB φαίνεται να είναι ανώτερο σε συνθήκες πράσινου φωτός.
Πριν από την άνοδο της φωτοσύνθεσης και την απελευθέρωση του οξυγόνου, οι ωκεανοί της Γης περιείχαν διαλυμένο ανηγμένο σίδηρο (σίδηρος που εναποτίθεται απουσία οξυγόνου). Το οξυγόνο που απελευθερώθηκε από την άνοδο της φωτοσύνθεσης στην αρχαϊκή περίοδο οδήγησε στη συνέχεια στην οξείδωση του σιδήρου στο θαλασσινό νερό. Οι προσομοιώσεις έδειξαν επίσης ότι το οξυγόνο που απελευθερώνεται από την πρώιμη φωτοσύνθεση οδήγησε σε αρκετά υψηλή συγκέντρωση σωματιδίων οξειδωμένου σιδήρου ώστε να γίνει πράσινο το επιφανειακό νερό.
Μόλις οξειδώθηκε πλήρως ο σίδηρος στον ωκεανό, υπήρχε ελεύθερο οξυγόνο στους ωκεανούς και την ατμόσφαιρα της Γης. Έτσι, μια σημαντική συνέπεια της μελέτης είναι ότι οι κόσμοι με κουκκίδες χρώματος ανοιχτού πράσινου που βλέπουμε από το διάστημα ίσως είναι υποψήφιοι πλανήτες για να φιλοξενήσουν πρώιμη φωτοσυνθετική ζωή.
Οι αλλαγές στη χημεία των ωκεανών έγιναν σταδιακά. Η αρχαϊκή περίοδος διήρκεσε 1,5 δισεκατομμύριο χρόνια, περισσότερο από το ήμισυ της ιστορίας της Γης. Συγκριτικά, ολόκληρη η ιστορία της ανόδου και της εξέλιξης της πολύπλοκης ζωής αντιπροσωπεύει περίπου το 1/8 της ιστορίας της Γης.
Σχεδόν σίγουρα, το χρώμα των ωκεανών άλλαξε σταδιακά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου. Αυτό θα μπορούσε να εξηγήσει γιατί τα γαλαζοπράσινα φύκια εξέλιξαν και τις δύο μορφές φωτοσυνθετικών χρωστικών. Η χλωροφύλλη είναι πιο αποτελεσματική στο λευκό φως που είναι το είδος του ηλιακού φωτός που έχουμε σήμερα. Η αξιοποίηση του πράσινου και του λευκού φωτός θα ήταν ένα εξελικτικό πλεονέκτημα.
Θα μπορούσαν οι ωκεανοί να αλλάξουν ξανά χρώμα;
Το συμπεράσμα από την πρόσφατη ιαπωνική εργασία είναι ότι το χρώμα των ωκεανών μας συνδέεται με τη χημεία του νερού και την επίδραση της ζωής. Μπορούμε να φανταστούμε διαφορετικά χρώματα των ωκεανών χωρίς να δανειζόμαστε πάρα πολλά από την επιστημονική φαντασία.
Οι μωβ ωκεανοί θα ήταν δυνατοί στη Γη εάν τα επίπεδα του θείου ήταν υψηλά. Αυτό θα μπορούσε να συνδεθεί με την έντονη ηφαιστειακή δραστηριότητα και τη χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο στην ατμόσφαιρα, η οποία θα οδηγούσε στην κυριαρχία των μωβ θειούχων βακτηρίων.
Οι κόκκινοι ωκεανοί είναι επίσης θεωρητικά δυνατοί κάτω από έντονα τροπικά κλίματα, όταν ο κόκκινος οξειδωμένος σίδηρος σχηματίζεται από την διάβρωση των πετρωμάτων στη γη και μεταφέρεται στους ωκεανούς από τα ποτάμια ή τους ανέμους. Ή αν ένας τύπος άλγης που συνδέεται με «κόκκινες παλίρροιες» κυριαρχεί στους ωκεανούς.
Αυτά τα κόκκινα φύκια είναι κοινά σε περιοχές με έντονη συγκέντρωση λιπασμάτων όπως το άζωτο. Στους σύγχρονους ωκεανούς, αυτό τείνει να συμβαίνει στην ακτογραμμή κοντά σε υπονόμους.
Καθώς ο ήλιος μας γερνά, θα γίνει πρώτα πιο φωτεινός οδηγώντας σε αυξημένη εξάτμιση νερού και έντονη υπεριώδη ακτινοβολία. Αυτό μπορεί να ευνοήσει τα μωβ θειούχα βακτήρια που ζουν σε βαθιά νερά χωρίς οξυγόνο.
Θα οδηγήσει σε περισσότερες μωβ, καφέ ή πράσινες αποχρώσεις, με λιγότερο βαθύ μπλε χρώμα στο νερό καθώς μειώνεται το φυτοπλαγκτόν. Τελικά, οι ωκεανοί θα εξατμιστούν εντελώς καθώς ο ήλιος διαστέλλεται για να περιλάβει την τροχιά της Γης.
Σε γεωλογικούς χρόνους τίποτα δεν είναι μόνιμο και οι αλλαγές στο χρώμα των ωκεανών μας είναι επομένως αναπόφευκτες.