地球的海洋曾經(jīng)是綠色的，火山水域的研究說(shuō)

地球近四分之三的面積被海洋覆蓋，使這顆行星看起來(lái)像淡藍(lán)色圓點(diǎn)來(lái)自太空。

但日本研究人員提出了一個(gè)令人信服的證據(jù)，即地球的海洋曾經(jīng)是綠色的，在研究發(fā)表于自然界.

地球海洋在古代看起來(lái)不同的原因是它們的化學(xué)和光合作用的進(jìn)化。作為一名地質(zhì)學(xué)本科生，我被告知一種被稱為帶狀鐵層記錄這顆行星的歷史。

帶狀鐵層沉積在太古宙和古元古代，大致在3.8 和 18 億幾年前。那時(shí)的生命僅限于海洋中的一個(gè)細(xì)胞生物。大陸是灰色、棕色和黑色巖石和沉積物的貧瘠景觀。

落在大陸巖石上的雨水溶解了鐵，然后由河流帶到海洋中。鐵的其他來(lái)源是海底的火山。這種鐵在以后會(huì)變得很重要。

太古宙是地球大氣層和海洋缺乏氣態(tài)氧的時(shí)代，也是第一批從陽(yáng)光產(chǎn)生能量的生物進(jìn)化出來(lái)的時(shí)候。這些生物使用厭氧光合作用，這意味著它們可以在沒(méi)有氧氣的情況下進(jìn)行光合作用。

它引發(fā)了重要的變化，因?yàn)閰捬豕夂献饔玫母碑a(chǎn)品是氧氣。氧氣與海水中的鐵結(jié)合。只有當(dāng)海水鐵無(wú)法中和更多的氧氣時(shí)，氧氣才以氣體的形式存在于大氣中。

最終，早期光合作用導(dǎo)致了“大氧化事件”，一個(gè)重大的生態(tài)轉(zhuǎn)折點(diǎn)復(fù)雜生活在地球上是可能的。它標(biāo)志著地球從基本無(wú)氧轉(zhuǎn)變?yōu)楹Ｑ蠛痛髿庵泻写罅垦鯕獾牡厍颉?/p>

帶狀鐵層中不同顏色的“帶”記錄了這種變化，在沒(méi)有氧氣的情況下沉積的鐵沉積物和紅色氧化鐵之間的交替。

綠色海洋的案例

最近的論文對(duì)太古宙綠色海洋的案例始于一項(xiàng)觀察：日本硫磺島周圍的水域呈綠色調(diào)，這與氧化鐵的一種形式 - Fe（III）.藍(lán)綠藻在島嶼周圍的綠色海水中茁壯成長(zhǎng)。

盡管它們的名字叫藍(lán)綠藻，但它們是原始細(xì)菌，而不是真正的藻類。在太古宙，現(xiàn)代藍(lán)綠藻的祖先與其他使用亞鐵而不是水作為光合作用電子來(lái)源的細(xì)菌一起進(jìn)化而來(lái)。這表明海洋中的鐵含量很高。

光合生物利用細(xì)胞中的色素（主要是葉綠素）利用太陽(yáng)的能量將 CO? 轉(zhuǎn)化為糖。葉綠素使植物呈綠色。藍(lán)綠藻很奇特，因?yàn)樗鼈償y帶常見(jiàn)的葉綠素色素，但也攜帶另一種稱為藻紅蛋白 （PEB） 的色素。

在他們的論文中，研究人員發(fā)現(xiàn)帶有 PEB 的基因工程現(xiàn)代藍(lán)綠藻在綠色水域中生長(zhǎng)得更好。盡管葉綠素在我們可見(jiàn)的光譜中非常適合光合作用，但 PEB 在綠光條件下似乎更勝一籌。

在光合作用和氧氣上升之前，地球的海洋含有溶解的還原鐵（在沒(méi)有氧氣的情況下沉積的鐵）。

太古宙光合作用上升釋放的氧氣隨后導(dǎo)致海水中的鐵氧化。該論文的計(jì)算機(jī)模擬還發(fā)現(xiàn)，早期光合作用釋放的氧氣導(dǎo)致足夠高濃度的氧化鐵顆粒使地表水變綠。

一旦海洋中的所有鐵都被氧化，地球的海洋和大氣中就會(huì)存在游離氧 （0?）。因此，這項(xiàng)研究的一個(gè)主要含義是淡綠色圓點(diǎn)從太空觀察的世界是孕育早期光合作用生命的良好候選行星。

海洋化學(xué)的變化是漸進(jìn)的。太古宙時(shí)期持續(xù)15 億年.這占了地球歷史的一半以上。相比之下，復(fù)雜生命的興起和進(jìn)化的整個(gè)歷史約占地球歷史的八分之一。

幾乎可以肯定，在此期間，海洋的顏色逐漸發(fā)生變化，并可能出現(xiàn)波動(dòng)。這可以解釋為什么藍(lán)綠藻進(jìn)化出兩種形式的光合色素。葉綠素最適合白光，這就是我們今天擁有的陽(yáng)光類型。利用綠光和白光將是一種進(jìn)化優(yōu)勢(shì)。

海洋會(huì)再次改變顏色嗎？

最近一篇日本論文的教訓(xùn)是，我們海洋的顏色與水的化學(xué)和生命的影響有關(guān)。我們可以想象不同的海洋顏色，而無(wú)需過(guò)多地借鑒科幻小說(shuō)。

如果硫含量高.這可能與激烈的火山活動(dòng)和大氣中的低氧含量有關(guān)，這將導(dǎo)致紫硫細(xì)菌.

在強(qiáng)烈的熱帶氣候下，理論上也可能出現(xiàn)紅海，當(dāng)紅色氧化鐵由陸地上巖石的腐爛形成，并被河流或風(fēng)帶到海洋?；蛘撸绻环N藻類鏈接到 “Red Tides”開(kāi)始主宰海洋表層。

這些紅藻在氮等肥料濃度高的地區(qū)很常見(jiàn)。在現(xiàn)代海洋中，這種情況往往發(fā)生在靠近下水道的海岸線.

隨著太陽(yáng)的老化，它會(huì)首先變得更亮導(dǎo)致表面蒸發(fā)增加和強(qiáng)紫外線。這可能有利于生活在沒(méi)有氧氣的深水中生長(zhǎng)的紫硫細(xì)菌。

這將導(dǎo)致沿?；蚍謱拥貐^(qū)出現(xiàn)更多的紫色、棕色或綠色色調(diào)，隨著浮游植物的減少，水中會(huì)出現(xiàn)深藍(lán)色的減少。最終，隨著太陽(yáng)膨脹到包圍地球的軌道，海洋將完全蒸發(fā)。

在地質(zhì)時(shí)間尺度上，沒(méi)有什么是永恒的，因此我們海洋顏色的變化是不可避免的。

塞德里克·約翰，環(huán)境與可持續(xù)發(fā)展數(shù)據(jù)科學(xué)教授兼負(fù)責(zé)人，倫敦瑪麗皇后大學(xué)

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