Когда-то Земля была зелёной: учёные рассказали, почему изменился её цвет

Когда астронавты смотрят на нашу планету из космоса, они видят голубой шар. Голубой оттенок показывает цвет океанов и неба нашей планеты, но так было не всегда. 2,5 — 4 млрд лет назад Земля имела зелёный цвет, и это связано с цветом её океанов

• Мощные разрушительные штормы будут терроризировать одну из стран чаще: исследование учёных

Детали

Ученые считают, что океаны Земли миллиарды лет назад имели не голубой, а зелёный цвет. И это связано с одним из самых влиятельных архитекторов жизни на нашей планете: цианобактериями

Исследуя, как подводный свет фильтруется через богатые железом воды океанов, ученые предложили новую теорию: эволюция фотосинтетических систем цианобактерий была глубоко сформирована присутствием зелёного света

Примерно 4,5 млрд лет назад появилась наша планета. Жизни понадобилось время, чтобы появиться, и она возникла только примерно 3,7 млрд лет назад. До того, как появились первые клетки, поверхность Земли покрывали океаны, но их внешний вид сильно отличался от того, что мы видим сегодня. Гидротермальные источники, извергаемые с дна океана, выбрасывали в воду двувалентное железо

Эта химия определяла взаимодействие раннего океана с солнечным светом. В отсутствие кислорода в атмосфере и большого количества двувалентного железа океаны не имели отражательной способности современных вод. Не было озона, который блокирует ультрафиолетовые лучи Солнца, и не было наземных растений, которые могли бы изменить атмосферу. Вместо этого в насыщенных железом океанах образовались странные отношения со светом

С появлением цианобактерий в воде начал появляться кислород. Этот кислород превращал двувалентное железо в трёхвалентное железо, которое образовывало частицы, похожие на ржавчину. Эти частицы медленно тонули, но не исчезали быстро. Вместо этого они задерживались и влияли на свет, который проникал в глубины океана

Трёхвалентное железо в воде в виде гидроксида железа имело мощный оптический эффект. Оно поглощало красные и синие длины волн, но пропускало зелёный свет. В результате сами океаны приобрели зелёный оттенок

Эта среда зелёного света имела значительные последствия для организмов, живущих в нём. Цианобактерии, ранние мастера фотосинтеза, начали адаптироваться. Они уже использовали хлорофилл, пигмент, который поглощает красный и синий свет. Но под зелёным светом хлорофилл становится гораздо менее эффективным

Чтобы выжить, цианобактерии развили фикобилисомы, большие антенноподобные структуры, которые заполнены вспомогательными пигментами. Среди этих пигментов фикоэритробилин оказался особенно важным. Он поглощал зелёный свет и передавал эту энергию хлорофиллу для фотосинтеза. Эти структуры позволили цианобактериям доминировать в ранних зелёных океанах Земли, богатых железом

Чтобы проверить свою теорию, учёные создали моделирование, воспроизведя подводное световое среду древней Земли. Это моделирование учитывало химию океана, диффузию света и поглощение пигмента. Учёные обнаружили, что на глубине от 5 до 20 метров частицы гидроксида железа создавали устойчивое окно зелёного света. Даже десятикратные изменения концентрации частиц не приводили к значительной смене спектра. В этих условиях доминировал зелёный свет, который идеально совпадал с диапазоном поглощения фикоэритробилина

Однако моделирования и лабораторных экспериментов было недостаточно, и учёные отправились на острова возле Японии, где природа предложила редкий аналог древних океанов Земли. Гидротермальные источники там выделяют двувалентное железо, которое превращается в гидроксид железа, подобно тому, как это происходило в ранних океанах миллиарды лет назад

Учёные обнаружили, что местные воды имеют выразительное зелёное свечение из-за гидроксидов железа. Измерения на глубине 5,5 метров подтвердили преобладание зелёного света. Анализ показал, что цианобактерии на этой глубине содержат больше фикоэритробилина, чем те, что находятся на поверхности

Учёные выяснили, что даже в условиях слабого освещения цианобактерии миллиарды лет назад могли поддерживать фотосинтез

Последствия нового исследования выходят далеко за пределы Земли. Они изменяют способ обнаружения жизни на других планетах. Традиционно астрономы ищут голубые планеты, предполагая, что вода имеет этот оттенок. Но океаны, богатые гидроксидом железа, кажутся более яркими и зелёными издалека. Зелёные океаны можно увидеть с большего расстояния, что упрощает их обнаружение, говорят учёные. Зелёный оттенок планеты может быть признаком того, что там океаны кишат микробной жизнью

На полюсах Земли могут произойти ощутимые изменения к 2100 году.