Priežastis, kodėl Žemės vandenynai senovėje galėjo atrodyti kitaip, susijusi su jų chemine sudėtimi ir fotosintezės evoliucija. Būdamas geologijos bakalauro studijų studentas, Londono Karalienės Marijos universiteto profesorius ir Aplinkos ir tvarumo duomenų mokslo skyriaus vadovas Cédricas M. Johnas mokėsi apie uolienų sankaupų, vadinamų juostinės geležies formacijomis, svarbą fiksuojant planetos istoriją.
Juostinės geležies dariniai nusėdo archėjo ir paleoproterozojaus eonuose, maždaug prieš 3,8–1,8 mlrd. metų. Tuomet gyvybė apsiribojo vienaląsčiais organizmais vandenynuose. Žemynuose plytėjo pilkų, rudų ir juodų uolienų bei nuosėdų bekraštis kraštovaizdis.
Lietus, krintantis ant žemyno uolienų, ištirpdė geležį, kurią upės nunešė į vandenynus. Kiti geležies šaltiniai buvo vandenyno dugne esantys ugnikalniai. Ši geležis taps svarbi vėliau.
„Archėjaus eonas buvo laikas, kai Žemės atmosferoje ir vandenynuose nebuvo dujinio deguonies, bet taip pat tada išsivystė pirmieji organizmai, kurie iš saulės šviesos gavo energijos. Šie organizmai naudojo anaerobinę fotosintezę, t. y. jie gali vykdyti fotosintezę nesant deguonies“, – pasakoja C. M. Johnas.
Pasak jo, tai sukėlė svarbius pokyčius, nes anaerobinės fotosintezės šalutinis produktas yra deguonies dujos. Deguonies dujos jūros vandenyje susijungė su geležimi. Deguonis kaip dujos atmosferoje egzistavo tik tada, kai jūros vandens geležis nebegalėjo neutralizuoti deguonies.
Galiausiai ankstyvoji fotosintezė lėmė „didįjį oksidacijos įvykį“ – svarbų ekologinį lūžį, dėl kurio Žemėje tapo įmanoma sudėtinga gyvybė. Jis reiškė perėjimą nuo Žemės, kurioje beveik nebuvo deguonies, prie Žemės, kurioje vandenynuose ir atmosferoje buvo daug deguonies.
Skirtingų spalvų juostos geležies formacijose fiksuoja šį pokytį, kai kaitaliojasi geležies, nusėdusios nesant deguonies, ir raudonos oksiduotos geležies sankaupos.
Žaliųjų vandenynų argumentai
Naujausio mokslinio straipsnio argumentai dėl žaliųjų vandenynų archėjaus eone prasideda nuo stebėjimo: vandenys aplink Japonijos vulkaninę Ivo Džimos salą turi žalsvą atspalvį, susijusį su oksiduotos geležies – Fe(III) – forma. Žaliuose salą supančiuose vandenyse klesti melsvai žali dumbliai.
Nepaisant jų pavadinimo, melsvadumbliai yra primityvios bakterijos, o ne tikri dumbliai. Archėjaus eone šiuolaikinių melsvadumblių protėviai išsivystė kartu su kitomis bakterijomis, kurios fotosintezei kaip elektronų šaltinį naudoja geležį, o ne vandenį. Tai rodo, kad vandenyne yra didelis geležies kiekis.
Fotosintetinantys organizmai savo ląstelėse naudoja pigmentus (dažniausiai chlorofilą), kad pasitelkdami Saulės energiją CO2 paverstų cukrumi. Chlorofilas suteikia augalams žalią spalvą. Melsvai žali dumbliai yra ypatingi, nes turi ne tik įprastą chlorofilo pigmentą, bet ir antrą pigmentą, vadinamą fikoeritrobilinu (PEB).
Savo darbe mokslininkai nustatė, kad genetiškai modifikuoti šiuolaikiniai melsvadumbliai su PEB geriau auga žaliuose vandenyse. Nors chlorofilas puikiai tinka fotosintezei mums matomame šviesos spektre, PEB yra pranašesnis žaliosios šviesos sąlygomis.
Prieš atsirandant fotosintezei ir deguoniui, Žemės vandenynuose buvo ištirpusios redukuotos geležies (geležies, nusėdusios nesant deguonies). Archėjaus eone vykstant fotosintezei išsiskyręs deguonis lėmė oksiduotos geležies atsiradimą jūros vandenyje. Mokslininkų atliktas kompiuterinis modeliavimas taip pat parodė, kad dėl ankstyvosios fotosintezės išsiskyrusio deguonies susidarė pakankamai didelė oksiduotos geležies dalelių koncentracija, dėl kurios paviršinis vanduo tapo žalias.
Kai visa vandenyne esanti geležis buvo oksiduota, Žemės vandenynuose ir atmosferoje atsirado laisvojo deguonies (O2). Taigi, pagrindinė šio tyrimo išvada yra ta, kad iš kosmoso stebimi blyškiai žali taškiniai pasauliai yra geros kandidatės į planetas, kuriose galėjo gyventi ankstyvoji fotosintetinė gyvybė.
Vandenyno cheminės sudėties pokyčiai vyko palaipsniui. Archėjaus periodas truko 1,5 mlrd. metų. Tai daugiau nei pusė Žemės istorijos. Palyginimui, visa sudėtingos gyvybės atsiradimo ir evoliucijos istorija sudaro maždaug aštuntadalį Žemės istorijos.
Beveik neabejotina, kad šiuo laikotarpiu vandenynų spalva keitėsi palaipsniui, ir galbūt svyravo. Tai galėtų paaiškinti, kodėl melsvadumbliai išvystė abi fotosintezės pigmentų formas. Chlorofilas geriausiai sugeria baltą šviesą – t. y. tokią saulės šviesą, kokią turime šiandien. Naudojimasis žalios ir baltos šviesos privalumais būtų buvęs evoliucinis pranašumas.
Ar vandenynai vėl galėtų pakeisti spalvą?
Iš naujausio japonų straipsnio galima daryti išvadą, kad mūsų vandenynų spalva susijusi su vandens chemija ir gyvybės įtaka. Galime įsivaizduoti skirtingas vandenynų spalvas net per daug nesiskolindami iš mokslinės fantastikos, teigia C. M. Johnas.
Violetiniai vandenynai Žemėje būtų įmanomi, jei sieros kiekis būtų didelis. Tai galėtų būti susiję su intensyvia vulkanine veikla ir mažu deguonies kiekiu atmosferoje, dėl to vyrautų violetinės sieros bakterijos.
Raudoni vandenynai teoriškai taip pat galimi esant intensyviam atogrąžų klimatui, kai raudona oksiduota geležis susidaro dėl uolienų irimo sausumoje, o upės ar vėjai ją perneša į vandenynus. Arba jei vandenynų paviršiuje imtų dominuoti tam tikros rūšies dumbliai, susiję su „raudonaisiais potvyniais“.
Šie raudonieji dumbliai paplitę tose vietose, kur yra didelė trąšų – pavyzdžiui, azoto – koncentracija. Šiuolaikiniuose vandenynuose tai dažniausiai pasitaiko pakrantėse, esančiose netoli kanalizacijos tinklų.
Senstant mūsų Saulei, ji pirmiausia taps ryškesnė, todėl padidės paviršiaus garavimas ir intensyvūs ultravioletiniai spinduliai. Tai gali būti palanki terpė violetinės sieros bakterijoms, gyvenančioms giliuose vandenyse be deguonies.
Dėl to pakrančių ar stratifikuotose vietovėse bus daugiau violetinių, rudų ar žalių atspalvių, o sumažėjus fitoplanktono kiekiui vandenyje bus mažiau tamsiai mėlynos spalvos. Galiausiai vandenynai visiškai išgaruos, nes Saulė išsiplės ir apims Žemės orbitą.
Geologiniu požiūriu niekas nėra amžina, todėl mūsų vandenynų spalvos pokyčiai neišvengiami, apibendrina C. M. Johnas.
Parengta pagal „The Conversation“.