زمین زمانی اقیانوس‌های سبز داشته است، بر اساس پژوهشی دربارهٔ آب‌های آتشفشانی
اگر امروزه از فضا به سیاره‌مان بنگریم، با یک نقطهٔ آبی روشن روبه‌رو می‌شویم؛ رنگی که از بازتاب نور خورشید روی اقیانوس‌ها شکل می‌گیرد. اما پژوهشی تازه از محققان ژاپنی، دریچه‌ای نو به روی ما گشوده است: شاید روزگاری، این اقیانوس‌های گسترده، نه آبی که سبز بوده‌اند. این نظریه، بر پایهٔ بررسی آب‌های اطراف جزیرهٔ آتشفشانی ایوو جیما (Iwo Jima) در اقیانوس آرام مطرح شده؛ جایی که رنگ آب، به طرز قابل توجهی سبز است. اما این رنگ، برخلاف تصور معمول، حاصل رشد جلبک‌های شناور نیست. منشأ آن به ترکیب‌های خاص آهن در آب بازمی‌گردد که در نبود اکسیژن به شکل متفاوتی ظاهر می‌شوند.
دانشمندان با بررسی این پدیده، گذشته‌ای را بازسازی کردند که در آن اقیانوس‌ها مملو از آهن‌های محلول بودند، و فتوسنتز هنوز در مراحل ابتدایی خود بود. این مطالعه نشان می‌دهد چگونه آهن، نور، و موجودات میکروسکوپی نخستین، دست به دست هم دادند تا رنگ آب‌های زمین را دگرگون کنند. گویی زمین در آن روزگار، به جای نقطه‌ای آبی، به شکل سیاره‌ای سبز می‌درخشید. و این درک تازه، نه‌تنها گذشتهٔ سیاره‌مان را بازتعریف می‌کند، بلکه معیار تازه‌ای برای جست‌وجوی حیات در سیارات دوردست به دست می‌دهد.
راز پنهان در دل سنگ‌ها: سرنخ‌هایی از دوران آرکئن
برای فهم رنگ اقیانوس‌ها در گذشته، باید به زمانی بازگردیم که حیات هنوز در حال شکل‌گیری بود: دوران آرکئن (Archean Eon)، چیزی بین ۳.۸ تا ۲.۵ میلیارد سال پیش. در آن روزگار، جوّ زمین فاقد اکسیژن بود. حتی اقیانوس‌ها نیز هیچ نشانی از گاز اکسیژن نداشتند و تنها حیات شناخته‌شده، ارگانیسم‌های تک‌سلولی بودند که در آب‌های گرم و غنی از فلزات زندگی می‌کردند. این ارگانیسم‌ها نخستین بار فتوسنتز را آغاز کردند، اما به شکل بی‌هوازی (Anaerobic Photosynthesis) که نیازی به اکسیژن ندارد.
در آن زمان، آهن به‌وفور در آب‌های دریا حل شده بود. آب باران، هنگام عبور از روی سنگ‌های قاره‌ای، آهن را در خود حل می‌کرد و رودخانه‌ها آن را به اقیانوس‌ها می‌بردند. در بستر دریا نیز فعالیت‌های آتشفشانی مقدار زیادی آهن وارد آب می‌کرد. این آهن، در نبود اکسیژن، در شکل «آهن دوظرفیتی» یا Fe(II) باقی می‌ماند که بی‌رنگ یا اندکی خاکستری است. اما وقتی نخستین اشکال فتوسنتز، گاز اکسیژن تولید کردند، این اکسیژن با Fe(II) ترکیب شد و آن را به Fe(III) یا «آهن سه‌ظرفیتی» اکسید کرد، که رنگ سبزی به آب می‌دهد. با رسیدن به حدی از اشباع آهن، دیگر اکسیژن آزاد باقی می‌ماند و سرانجام جو زمین شروع به غنی شدن از آن کرد.
سیانوباکتری‌ها: فاتحان خاموش اقیانوس‌های نخستین
از میان تمام موجودات زنده آن زمان، سیانوباکتری‌ها (Cyanobacteria)، که به نام «جلبک‌های سبز-آبی» نیز شناخته می‌شوند، نقشی کلیدی در شکل‌گیری حیات داشتند. این موجودات اگرچه از لحاظ علمی با جلبک‌ها متفاوت‌اند، اما عملکردی مشابه در فتوسنتز دارند. آن‌ها دارای رنگدانه‌ای به نام کلروفیل (Chlorophyll) هستند که نور سفید خورشید را جذب می‌کند و در تبدیل دی‌اکسید کربن به قند نقش دارد. اما نکتهٔ ویژه در آن‌ها وجود رنگدانهٔ دوم، به نام فیکواریترُبیلین (Phycoerythrobilin یا PEB) است.
این رنگدانهٔ دوم، به‌ویژه در جذب نور سبز عملکرد بسیار خوبی دارد. پژوهشگران ژاپنی، در مطالعه‌ای نوآورانه، سیانوباکتری‌هایی را به‌صورت ژنتیکی اصلاح کردند تا فقط PEB داشته باشند. آن‌ها متوجه شدند که این باکتری‌ها در آب‌های سبز – مانند اطراف ایوو جیما – بهتر از دیگر باکتری‌ها رشد می‌کنند. این یافته، گواهی دیگر بود بر اینکه رنگ اقیانوس‌ها در آن دوران احتمالاً سبز بوده، چرا که این نور سبز، محیط نوری غالب آن زمان بوده است. در واقع، تنوع رنگدانه‌ها در سیانوباکتری‌ها، نشانه‌ای از تکامل در پاسخ به تغییر تدریجی رنگ اقیانوس‌هاست.
شبیه‌سازی رایانه‌ای: وقتی مدل‌ها گذشته را بازسازی می‌کنند
برای تأیید فرضیهٔ «اقیانوس‌های سبز»، پژوهشگران تنها به مشاهدهٔ آب‌های ایوو جیما اکتفا نکردند. آن‌ها با استفاده از مدل‌سازی‌های رایانه‌ای، اثرات فتوسنتز ابتدایی بر شیمی اقیانوس را بازسازی کردند. این شبیه‌سازی‌ها نشان دادند که آزاد شدن اکسیژن از سوی موجودات فتوسنتزکننده، به سرعت با آهن محلول ترکیب می‌شده و منجر به تولید Fe(III) به‌صورت ذرات معلق در آب می‌شده است. این ذرات، میزان بالایی از نور سبز را بازتاب می‌دادند و در نتیجه رنگ اقیانوس‌ها سبز می‌شده است.
جالب‌تر اینکه مدل‌ها نشان می‌دهند اگر امروزه از فضا به آن زمین نگاه می‌کردیم، به جای «نقطهٔ آبی کم‌رنگ»، احتمالاً سیاره‌ای به رنگ سبز روشن می‌دیدیم. از این دیدگاه، پژوهش به فراتر از تاریخ زمین می‌پردازد: هر سیاره‌ای با اقیانوس‌های سبز، می‌تواند میزبان نوعی حیات ابتدایی باشد. این کشف، راهی تازه برای جست‌وجوی حیات فرازمینی فراهم می‌کند، چراکه رنگ، می‌تواند نشانه‌ای شیمیایی و زیستی باشد.
آیا اقیانوس‌ها باز هم رنگ عوض می‌کنند؟
درس مهمی که این پژوهش به ما می‌دهد، آن است که رنگ اقیانوس‌ها فقط زیبایی‌شناسی نیست؛ بلکه بازتابی از شیمی، زیست، و شرایط کلی سیاره است. در آینده نیز با تغییر شرایط، ممکن است رنگ اقیانوس‌ها تغییر کند. اگر فعالیت آتشفشانی شدید شود و گوگرد (Sulfur) وارد آب‌ها شود، باکتری‌های گوگردی بنفش (Purple Sulfur Bacteria) می‌توانند به موجودات غالب بدل شوند، و رنگ آب‌ها را به بنفش تغییر دهند. اگر اقلیم گرمسیری‌تر شود و میزان آهن و رسوبات افزایش یابد، احتمال دارد اقیانوس‌ها سرخ شوند؛ مشابه آنچه در پدیدهٔ شکوفایی جلبک‌های قرمز (Red Tides) می‌بینیم.
افزون بر این، با بالا رفتن شدت نور فرابنفش (UV) در اثر پیر شدن خورشید، و کاهش فتوسنتز سطحی، فیتوپلانکتون‌ها کاهش می‌یابند. این روند، ممکن است اقیانوس‌ها را تیره‌تر، قهوه‌ای، سبز یا حتی بنفش کند. در آینده‌های دور، وقتی خورشید به مرحلهٔ غول سرخ برسد، اقیانوس‌ها کاملاً تبخیر می‌شوند. در مقیاس‌های زمین‌شناسی، رنگ زمین چیز ثابتی نیست. همان‌طور که زمانی سبز بوده، بار دیگر هم می‌تواند سبز شود… یا قرمز، بنفش، یا حتی خاکستری.
