Nghiên cứu mới về đại dương: Nước từng có màu xanh lục, có thể chuyển sang tím?

Các đại dương trên Trái Đất có từng xanh lá cây? (Ảnh: 100Y Design)

Lý do khiến các đại dương trên Trái Đất có màu xanh lục trong quá khứ xa xưa có liên quan đến hóa học và quá trình tiến hóa của quang hợp. Sự sống trong các đại dương thời xưa chỉ giới hạn ở các sinh vật một tế bào trong đại dương. Các lục địa là một cảnh quan cằn cỗi với đá và trầm tích màu xám, nâu và đen.

Mưa rơi trên các tảng đá hòa tan sắt, rồi trôi xuống sông mang ra đại dương. Các nguồn sắt khác là núi lửa dưới đáy đại dương. Kỷ Archaean là thời kỳ mà bầu khí quyển và đại dương của Trái Đất không có oxy dạng khí, nhưng cũng là thời kỳ mà các sinh vật đầu tiên tạo ra năng lượng từ ánh sáng mặt trời tiến hóa. Các sinh vật này sử dụng quá trình quang hợp kỵ khí, nghĩa là chúng có thể quang hợp khi không có oxy.

Cuối cùng, quá trình quang hợp sớm dẫn đến "sự kiện oxy hóa lớn", một bước ngoặt sinh thái lớn khiến sự sống phức tạp trên Trái đất trở nên khả thi. Nó đánh dấu sự chuyển đổi từ một Trái đất hầu như không có oxy sang một Trái đất có lượng oxy lớn trong đại dương và khí quyển.

Đại dương màu xanh lục

Nước biển quanh đảo Iwo Jima có màu xanh lá cây -xanh lục. (Ảnh: Phan Lee McCaskill, USN, Miền công cộng, Wikimedia Commons)

Bài báo gần đây nêu quan điểm về đại dương có màu xanh lục trong kỷ Archaean bắt đầu bằng một quan sát: vùng nước xung quanh đảo núi lửa Iwo Jima của Nhật Bản có màu xanh lá cây liên quan đến một dạng sắt bị oxy hóa - Fe(III). Tảo lam phát triển mạnh trong vùng nước xanh xung quanh đảo. Tảo lam-xanh lục là vi khuẩn nguyên thủy chứ không phải tảo thực sự. Trong kỷ Archaean, tổ tiên của tảo lam-xanh lục hiện đại đã tiến hóa cùng với các vi khuẩn khác sử dụng sắt (II) thay vì nước làm nguồn electron cho quá trình quang hợp. Điều này chỉ ra mức độ sắt cao trong đại dương.

Tảo lam lục đặc biệt vì chúng mang sắc tố diệp lục phổ biến, nhưng cũng có một sắc tố thứ hai gọi là phycoerythrobilin (PEB). Trong bài báo của mình, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng tảo lam hiện đại biến đổi gien với PEB phát triển tốt hơn trong vùng nước xanh. Mặc dù diệp lục rất tốt cho quá trình quang hợp trong quang phổ ánh sáng mà chúng ta có thể nhìn thấy, PEB dường như vượt trội hơn trong điều kiện ánh sáng xanh.

Trước khi quang hợp và oxy xuất hiện, các đại dương của Trái Đất chứa sắt khử hòa tan (sắt lắng đọng khi không có oxy). Oxy giải phóng do quang hợp tăng lên trong kỷ Archean sau đó dẫn đến sắt bị oxy hóa trong nước biển. Các mô phỏng máy tính cũng phát hiện ra rằng, oxy giải phóng do quang hợp ban đầu dẫn đến nồng độ đủ cao các hạt sắt bị oxy hóa để biến nước mặt thành màu xanh lá cây.

Liệu đại dương có thể đổi màu tím không?

Bài học rút ra từ bài báo này của Nhật Bản là màu sắc của đại dương có liên quan đến phản ứng hóa học của nước và ảnh hưởng của sự sống. Đại dương tím có thể tồn tại trên Trái Đất nếu nồng độ lưu huỳnh cao. Điều này có thể liên quan đến hoạt động núi lửa mạnh và hàm lượng oxy thấp trong khí quyển, dẫn đến sự thống trị của vi khuẩn lưu huỳnh tím.

Về mặt lý thuyết, đại dương màu đỏ cũng có thể xảy ra trong điều kiện khí hậu nhiệt đới khắc nghiệt khi sắt oxy hóa màu đỏ hình thành từ quá trình phân hủy đá trên đất liền và được sông hoặc gió mang đến đại dương. Hoặc nếu một loại tảo liên quan đến "thủy triều đỏ" thống trị bề mặt đại dương.

Khi mặt trời của chúng ta già đi, đầu tiên nó sẽ sáng hơn dẫn đến tăng bốc hơi bề mặt và tia UV mạnh. Điều này có thể tạo điều kiện thuận lợi cho vi khuẩn lưu huỳnh tím sống ở vùng nước sâu không có oxy.