มหาสมุทรของโลกเคยมีสีที่แตกต่างและจะเปลี่ยนแปลงต่อไป

ภาพประกอบมหาสมุทรสีเขียว - Photo: UWMADISON/CANVA

เมื่อมองจากอวกาศ โลกจะปรากฏเป็นจุดสีฟ้าอ่อน เนื่องจากพื้นผิวเกือบสามในสี่ของโลกเป็นมหาสมุทร

อย่างไรก็ตาม ตามการวิจัยใหม่ของนักวิทยาศาสตร์ชาวญี่ปุ่น พบว่ามหาสมุทรของโลกเคยเป็นสีเขียว และความแตกต่างของสีนี้เกี่ยวข้องกับเคมีและวิวัฒนาการของการสังเคราะห์แสง

มหาสมุทรเป็นสีเขียว

ตามรายงานของ ScienceAlert เมื่อวันที่ 10 เมษายน การวิจัยเริ่มต้นขึ้นด้วยการสังเกตว่าน้ำรอบๆ เกาะภูเขาไฟอิโวจิมะของญี่ปุ่นมีสีเขียว ซึ่งเกี่ยวข้องกับเหล็กในรูปแบบออกซิไดซ์ (III) สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินเจริญเติบโตได้ดีในน้ำเหล่านี้

ในช่วงยุคโบราณ บรรพบุรุษของสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินในปัจจุบันวิวัฒนาการมาพร้อมกับแบคทีเรียชนิดอื่นโดยใช้ธาตุเหล็ก (II) แทนน้ำเป็นแหล่งอิเล็กตรอนสำหรับการสังเคราะห์แสง นี่บ่งชี้ว่ามีปริมาณธาตุเหล็กในมหาสมุทรสูง

ยุคอาร์คีนเมื่อ 4,000–2,500 ล้านปีก่อน เป็นช่วงเวลาที่บรรยากาศและมหาสมุทรของโลกไม่มีออกซิเจนเป็นก๊าซ นี่ยังเป็นช่วงเวลาที่สิ่งมีชีวิตยุคแรกมีวิวัฒนาการในการผลิตพลังงานจากแสงแดดอีกด้วย สิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถสังเคราะห์แสงแบบไม่ใช้ออกซิเจนได้ หมายความว่าสิ่งมีชีวิตเหล่านี้สามารถสังเคราะห์แสงได้โดยไม่ต้องใช้ออกซิเจน

สิ่งนี้ทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่สำคัญ เนื่องจากผลพลอยได้จากการสังเคราะห์แสงแบบไม่ใช้ออกซิเจนคือก๊าซออกซิเจน ออกซิเจนจะมีอยู่เฉพาะในบรรยากาศในรูปแบบก๊าซเท่านั้น เมื่อเหล็กในน้ำทะเลไม่สามารถทำให้ออกซิเจนเป็นกลางได้อีกต่อไป

สิ่งมีชีวิตสังเคราะห์แสงใช้เม็ดสี (ส่วนใหญ่คือคลอโรฟิลล์) ในเซลล์เพื่อเปลี่ยน _CO2 ให้เป็นน้ำตาลโดยใช้พลังงานแสงอาทิตย์ สาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินมีลักษณะพิเศษเนื่องจากมีคลอโรฟิลล์ซึ่งเป็นเม็ดสีทั่วไป แต่ยังมีเม็ดสีชนิดที่สองที่เรียกว่าไฟโคเอริโทรบิลิน (PEB) อีกด้วย ทีมวิจัยพบว่าสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินสมัยใหม่ที่ได้รับการดัดแปลงพันธุกรรมด้วย PEB เจริญเติบโตได้ดีกว่าในน้ำสีเขียวแกมน้ำเงิน

ก่อนที่จะมีการสังเคราะห์แสงและออกซิเจน มหาสมุทรของโลกมีเหล็กในสถานะที่ขาดออกซิเจน ออกซิเจนจะถูกปล่อยออกมาเมื่อกระบวนการสังเคราะห์แสงเพิ่มขึ้นในช่วงยุคอาร์คีน ซึ่งทำให้เกิดออกซิเดชันของเหล็กในน้ำทะเล

การจำลองด้วยคอมพิวเตอร์ในการศึกษาครั้งนี้ยังพบว่าออกซิเจนที่ปล่อยออกมาในช่วงแรกของการสังเคราะห์แสงทำให้มีอนุภาคเหล็กออกซิไดซ์ในความเข้มข้นที่สูงเพียงพอที่จะทำให้ผิวน้ำทะเลเป็นสีเขียว

เมื่อเหล็กในมหาสมุทรถูกออกซิไดซ์ทั้งหมด ออกซิเจนอิสระ (O ₂ ) จะมีอยู่ในทั้งมหาสมุทรและบรรยากาศ ทีมวิจัยเสนอว่าโลกที่ดูเหมือนจุดสีเขียวอ่อนที่สังเกตจากอวกาศอาจเป็นแหล่งอาศัยของสิ่งมีชีวิตที่สังเคราะห์แสงได้ในยุคแรก

การเปลี่ยนแปลงทางเคมีในมหาสมุทรเกิดขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป และยุคอาร์เคียนกินเวลานานถึง 1,500 ล้านปี คิดเป็นมากกว่าครึ่งหนึ่งของประวัติศาสตร์โลก เมื่อเปรียบเทียบแล้ว ประวัติศาสตร์ทั้งหมดของการพัฒนาและวิวัฒนาการของสิ่งมีชีวิตที่ซับซ้อนบนโลกของเราคิดเป็นเพียงประมาณหนึ่งในแปดของประวัติศาสตร์โลกเท่านั้น

ดังนั้น จึงเกือบจะแน่นอนว่าสีของมหาสมุทรค่อยๆ เปลี่ยนไปในช่วงเวลาดังกล่าว และอาจมีการเปลี่ยนแปลงอยู่เสมอ สิ่งนี้อาจอธิบายได้ว่าทำไมสาหร่ายสีเขียวแกมน้ำเงินจึงวิวัฒนาการมาด้วยเม็ดสีสังเคราะห์แสงทั้ง 2 รูปแบบ คือ คลอโรฟิลล์ ซึ่งดีในสภาพแวดล้อมที่มีแสงสีขาวในปัจจุบัน และ PEB ซึ่งดีในสภาพแวดล้อมที่มีแสงสีเขียว

ทะเลจะเปลี่ยนสีได้อีกไหม?

บทเรียนจากการศึกษานี้คือสีของมหาสมุทรมีความเกี่ยวข้องกับเคมีของน้ำและผลกระทบต่อสิ่งมีชีวิต เราสามารถจินตนาการถึงสีอื่นๆ ของมหาสมุทรได้โดยไม่ต้องลอกเลียนจากนิยายวิทยาศาสตร์มากเกินไป

โลกอาจมีมหาสมุทรสีม่วงหากความเข้มข้นของกำมะถันสูง อาจเกี่ยวข้องกับกิจกรรมของภูเขาไฟที่รุนแรงและระดับออกซิเจนที่ต่ำในบรรยากาศ ซึ่งอาจนำไปสู่การขยายตัวของแบคทีเรียกำมะถันสีม่วง

มหาสมุทรอาจเปลี่ยนเป็นสีแดงได้เช่นกันหากสภาพภูมิอากาศในเขตร้อนรุนแรง เหล็กออกซิไดซ์สีแดงเกิดขึ้นจากการสลายตัวของหินบนบกและถูกพัดพาไปสู่มหาสมุทรโดยลมหรือแม่น้ำ หรือหากสาหร่ายชนิดหนึ่งที่เกี่ยวข้องกับ “ปรากฏการณ์น้ำทะเลแดง” เจริญเติบโตและครอบงำพื้นผิวมหาสมุทร

เมื่อดวงอาทิตย์มีอายุมากขึ้น ก็จะยิ่งสว่างขึ้น ส่งผลให้เกิดการระเหยบนพื้นผิวมากขึ้น และเกิดรังสี UV ที่เข้มข้น สิ่งนี้ทำให้เกิดเงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อการเจริญเติบโตของแบคทีเรียกำมะถันสีม่วงในน้ำลึกที่ขาดออกซิเจน

จะส่งผลให้มีสีม่วง น้ำตาล หรือเขียวมากขึ้นในบริเวณที่เป็นชั้นๆ ในมหาสมุทรหรือใกล้ชายฝั่ง และมีสีน้ำเงินเข้มน้อยลงเนื่องจากปริมาณไฟโตแพลงก์ตอนลดลง

ตามกาลเวลาทางธรณีวิทยา ไม่มีสิ่งใดคงอยู่ถาวร การเปลี่ยนแปลงสีของมหาสมุทรจึงเป็นสิ่งที่หลีกเลี่ยงไม่ได้

การศึกษานี้ได้รับการตีพิมพ์ในวารสาร Nature

อ่านเพิ่มเติม กลับไปยังหัวข้อ

กลับสู่หัวข้อ

อันห์ ทู

ที่มา: https://tuoitre.vn/dai-duong-tren-trai-dat-tung-co-mau-khac-va-se-con-doi-mau-20250411113825899.htm