许多年后，地球海洋或许会变成紫红色，它曾经也不是蓝色

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图片仅作示意（素材来源：pixabay）
 
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撰文 | 冬鸢审校 | 二七

从宇宙中看太阳系，很难不被我们所居住的这颗蓝色星球所吸引。地球约七成的表面积都是海洋，在海洋的映衬下，整个地球展现出淡淡的蓝色调。


“这一抹淡淡的蓝色，是生命摇篮的一种隐喻”，来自日本名古屋大学的研究团队在最近发表于《自然·生态与演化》（Nature Ecology & Evolution）上的一篇论文的第一段中写道。


但紧接着，他们又提出了一个疑问：“只有蓝色的行星才有孕育生命的潜力吗？”


在这项研究中，他们发现一些证据表明——地球的海洋曾经是绿色的，而这可能是原始生命，甚至外星生命的标志。

图片来源：Nagoya University


“2021年，当我第一次想到地球的海洋曾经可能是绿色的时候，我陷入了深深的自我怀疑，”领导这项研究的科学家松尾太郎说，“但现在，经过多年的研究，我们将地质学和生物学的新发现像拼图一样拼凑在一起后，我曾经的怀疑的东西如今变成了我的信念。”

没有氧气的时光

时间回到约24亿年前，那个时期的地球发生了一件影响深远的大事——“大氧化事件”（Great Oxidation Event）——让当时地球上的大部分生命都灭绝了。


那之前，地球上还没有氧气，地球上的生命都是进行无氧呼吸的微生物。不过渐渐的，以蓝藻为主的能进行光合作用的先驱出现了，它们利用太阳辐射光解水产生分子氧，极大地改变了地球大气的组成，同时也影响了气候。当时的绝大多数厌氧生命都不适应这样的变化，于是很快地灭绝了。不过，随后更复杂的需氧生命形式也得以开始在地球上繁荣发展，最终有了我们的今天。


现代的植物主要通过叶绿素捕捉阳光，从而完成光合作用。叶绿素a和叶绿素b主要吸收红光和蓝紫光，而对绿光吸收最少，因此植物通常呈现绿色。然而，蓝藻却演化出了一套不同的光捕捉系统——藻胆体（phycobilisome），主要由藻胆蛋白组成，可以通过藻胆素（phycobilins）来吸收光的能量并进行光合作用。基因分析显示，一些蓝藻拥有一种名为藻红蛋白（phycoerythrin）的特殊藻胆蛋白，能够有效吸收绿光。而研究者认为，这很可能是因为，这些蓝藻的祖先曾经生活在以绿光为主的环境中。

绿色的光

他们推测，起初地球大气里缺乏氧气，也没有臭氧层过滤紫外线。因此，蓝藻等最早的光合自养生物只能生活在远离海面的较深区域，以躲避紫外线的伤害。而当时，地球海洋中含有大量的亚铁离子，它们来源于海底热泉（hydrothermal vent）系统。随着最早的蓝藻等生物开始进行光合作用产生氧气，海洋中的亚铁离子逐渐被氧化为氢氧化铁颗粒。

图片来源：原论文

尽管这些氢氧化铁颗粒不溶于水，但它们可能非常小（直径小于100纳米），能够悬浮在表层海水中。在氢氧化铁颗粒的作用下，海水表层形成了一个能有效屏蔽有害紫外线的区域，让蓝藻得以迁移到此生存。


而这些氢氧化铁颗粒的存在同时也改变了能够穿透海水的光的波长。它主要吸收蓝光和红光，并透射绿光，导致该区域内的海水环境以绿色为主。因此，生活在此的蓝藻，演化出了能在绿光条件下进行光合作用的特性。


随后又经历了许多年，地球上的氧气越来越多，臭氧层也逐渐成型，同时海水中的氢氧化铁也因为各种原因渐渐减少（比如沉淀在海底）。光合自养生物主要能利用的光变成了白光，蓝藻适应了各种条件遍布整个地球，更复杂的植物开始出现并繁衍壮大，海洋也变成了如今我们所熟悉的蓝色。

不同时期的蓝藻生活环境（图片来源：原论文）

绿色海洋象征生命？

事实上，如今的许多蓝藻，尤其是陆地蓝藻，它们的藻胆体中已经不再具备藻红蛋白，因为它们不再需要在绿光环境下进行光合作用。但在光线较暗的水下环境中，藻红蛋白仍然在许多微生物的光合作用中发挥着关键作用——这可能仍是绿色海洋时代的珍贵遗产。


这项研究揭示了地球表面环境与光合生物之间错综复杂的平衡。其发现表明，光合生命的出现导致了地球环境的变化，而这反过来促进了光合生物的进一步进化，展现了生命与地球之间的共同演化。


2023年在日本硫磺岛的实地考察中，松尾坚定了对地球海洋曾经是绿色的信念，于是有了如今的这篇论文。“从船上，我们可以看到周围的海水因氢氧化铁而呈现出独特的绿色光泽，就像我想象中的地球曾经的样子。”松尾表示。

硫磺岛的绿色海洋（图片来源：松尾太郎/Nagoya University）


松尾还表示，这项研究或许有助于人类寻找外太空生命。因为这项研究表明，绿色海洋或许可以作为行星上存在原始生命的迹象。除了如今地球般的淡蓝色，科学家也可以通过寻找遥远类地行星上是否有绿色海洋，从而寻找系外生命的迹象。

以后的海洋颜色

除此之外，这项研究还给了我们一个重要启示，那就是地球的海洋颜色可能会随着时间而发生改变。曾经它是绿色，如今它是蓝色，那么以后呢？


英国伦敦玛丽王后大学（Queen Mary University of London）的环境与可持续发展数据科学教授塞德里克·M·约翰（Cédric M. John）在The Conversation上的一篇文章中提到这项研究时，展开了畅想。


地球的未来有很多种可能，环境可能朝着各种方向变化，而这也可能导致未来地球的海洋变成不同的颜色。比如，约翰表示，假如以后因为火山活动等因素，让地球上的硫含量变得很高，就可能导致海洋中的紫色硫细菌占主导地位（purple sulphur bacteria），让地球的海洋呈现紫色。


又或者，在极端的热带气候条件下，陆地岩石风化出红色氧化铁，并被河流或风带到海洋中，就可能让海洋变成红色。


“从地质时间尺度来看，没有什么是永恒的，因此海洋颜色的变化是不可避免的。”约翰写道。


参考链接：
https://www.nature.com/articles/s41559-025-02637-3#code-availability
https://www.nagoya-u.ac.jp/researchinfo/result-en/2025/03/20250326-01.html
https://theconversation.com/earths-oceans-once-turned-green-and-they-could-change-again-253460


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