科学家们说，地球上的海洋曾经是绿色的，有一天可能会变成紫色
地球的海洋曾经是绿色的吗？（图片来源：uux.cn/Shutterstock 100Y Design）
（神秘的地球uux.cn）据美国生活科学网站（Cédric M.John）：地球近四分之三的面积被海洋覆盖，从太空看，这颗行星就像一个淡蓝色的点。但日本研究人员在《自然》杂志上发表的一项研究中提出了一个令人信服的理由，即地球的海洋曾经是绿色的。
地球海洋在古代看起来不同的原因可能与它们的化学和光合作用的进化有关。作为一名地质学本科生，我学到了一种被称为带状铁构造的岩石矿床在记录地球历史方面的重要性。
带状铁构造沉积于太古宙和古元古代，大约在38亿至18亿年前。当时的生命仅限于海洋中的单细胞生物。大陆是一片贫瘠的土地，由灰色、棕色和黑色的岩石和沉积物组成。
落在大陆岩石上的雨水溶解了铁，然后被河流带到了海洋。其他铁的来源是海底的火山。这种铁以后会变得很重要。
太古代是地球大气和海洋缺乏气态氧的时期，也是第一批从阳光中产生能量的生物进化的时期。这些生物利用厌氧光合作用，这意味着它们可以在缺氧的情况下进行光合作用。
西澳大利亚州哈默斯利山脉卡里吉尼国家公园带状铁结构的横截面。（图片来源：uux.cn/Hans Wismeijer via Shutterstock）
它引发了重要的变化，因为厌氧光合作用的副产品是氧气。氧气在海水中与铁结合。一旦海水铁不能再中和氧气，氧气就只能以气体的形式存在于大气中。
最终，早期的光合作用导致了“大氧化事件”，这是一个重大的生态转折点，使地球上的复杂生命成为可能。它标志着从一个基本无氧的地球到海洋和大气中有大量氧气的地球的转变。
带状铁结构中不同颜色的“带”记录了这种转变，在无氧条件下沉积的铁沉积物和红色氧化铁之间交替出现。
绿色海洋的案例
最近的一篇论文对太古代绿色海洋的看法始于一项观察：日本硫磺岛火山岛周围的水域呈绿色，与一种形式的氧化铁铁（III）有关。蓝绿藻在岛屿周围的绿色水域中茁壮成长。
尽管名字叫蓝绿藻，但它们是原始细菌，而不是真正的藻类。在太古代，现代蓝绿藻的祖先与其他细菌一起进化，这些细菌使用亚铁而不是水作为光合作用的电子来源。这表明海洋中的铁含量很高。
硫磺岛周围的海洋呈绿色。（图片来源：uux.cn/Phan Lee McCaskill，美国海军，公共领域，通过维基共享资源）
光合生物在细胞中使用色素（主要是叶绿素），利用太阳的能量将二氧化碳转化为糖。叶绿素使植物呈现绿色。蓝绿藻是特殊的，因为它们携带常见的叶绿素色素，但也携带第二种色素，称为藻红蛋白（PEB）。
在他们的论文中，研究人员发现，经过基因工程改造的带有PEB的现代蓝绿藻在绿色水域中生长得更好。尽管叶绿素在我们可见光的光谱中对光合作用很有帮助，但PEB在绿光条件下似乎更优越。
在光合作用和氧气上升之前，地球的海洋中含有溶解的还原铁（在无氧条件下沉积的铁）。太古宙光合作用的增加释放的氧气导致海水中的铁被氧化。该论文的计算机模拟还发现，早期光合作用释放的氧气导致足够高浓度的氧化铁颗粒，使地表水变绿。
一旦海洋中的所有铁被氧化，地球的海洋和大气中就会存在游离氧（0₂）。因此，这项研究的一个主要含义是，从太空观察到的淡绿点世界是孕育早期光合生命的良好候选行星。
海洋化学的变化是渐进的。太古代持续了15亿年。这是地球历史的一半以上。相比之下，复杂生命的兴起和进化的整个历史约占地球历史的八分之一。
几乎可以肯定的是，在此期间，海洋的颜色逐渐变化，并可能发生振荡。这可以解释为什么蓝绿藻进化出这两种形式的光合色素。叶绿素最适合我们今天所拥有的白光。利用绿光和白光将是一种进化优势。
海洋会再次变色吗？
最近日本论文的教训是，我们海洋的颜色与水化学和生命的影响有关。我们可以想象不同的海洋颜色，而不用从科幻小说中借用太多。
如果硫含量高，地球上可能会出现紫色海洋。这可能与强烈的火山活动和大气中的低氧含量有关，这将导致紫色硫细菌占主导地位。
理论上，在强烈的热带气候下，当陆地上的岩石腐烂形成红色氧化铁并被河流或风带到海洋时，红海也是可能的。或者，如果一种与“赤潮”有关的藻类开始主宰表层海洋。
这些红藻在氮肥等肥料浓度高的地区很常见。在现代海洋中，这种情况往往发生在靠近下水道的海岸线上。
随着太阳年龄的增长，它将首先变得更亮，导致表面蒸发增加和强烈的紫外线。这可能有利于生活在没有氧气的深水中的紫色硫细菌。
这将导致沿海或分层地区出现更多的紫色、棕色或绿色，随着浮游植物的减少，水中的深蓝色会减少。最终，随着太阳膨胀到包围地球轨道，海洋将完全蒸发。
在地质时间尺度上，没有什么是永恒的，因此海洋颜色的变化是不可避免的。
