Khi đại dương không còn màu xanh: Chuyện chưa kể về màu nước Trái đất

Thế nhưng, các nhà khoa học cảnh báo rằng màu xanh này không phải là mãi mãi. Theo một nghiên cứu mới của các nhà khoa học Nhật Bản đăng trên tạp chí Nature, màu sắc của đại dương đã từng khác trong quá khứ, và hoàn toàn có thể thay đổi trong tương lai - có thể chuyển sang màu tím, đỏ hoặc xanh lục nhạt.

Màu đại dương từng thay đổi theo thời gian và có thể chuyển sang tím trong tương lai do biến đổi hóa học - Ảnh: Shutterstock

Quay về thời sơ khai: Khi đại dương không màu xanh

Hơn 3 tỉ năm trước, trong liên đại Thái cổ (Archean), Trái đất là một hành tinh rất khác so với ngày nay. Khi đó, sự sống mới chỉ là các sinh vật đơn bào sống trong đại dương, còn các lục địa thì cằn cỗi, phủ đầy đá và bụi.

Điều đặc biệt là bầu khí quyển và đại dương thời đó hoàn toàn không có oxy tự do. Tuy nhiên, các sinh vật cổ đại bắt đầu phát triển khả năng hấp thụ ánh sáng mặt trời để tạo ra năng lượng - một quá trình gọi là quang hợp kỵ khí. Không giống như quang hợp hiện đại sử dụng nước và thải ra oxy, những sinh vật này sử dụng sắt hòa tan trong nước làm nguồn electron.

Khi quá trình quang hợp này tiếp tục, oxy bắt đầu tích tụ trong nước biển. Oxy liên kết với sắt, hình thành các lớp trầm tích sắt oxy hóa - còn gọi là thành tạo sắt dạng dải - có thể nhìn thấy rõ ngày nay trong đá cổ. Hiện tượng này đánh dấu bước chuyển mình của Trái đất từ hành tinh không có oxy sang một thế giới có khí quyển chứa đầy dưỡng khí, mở đường cho sự sống phức tạp sau này.

Vì sao đại dương từng có thể có màu xanh lục?

Theo Live Science, nghiên cứu của nhóm khoa học Nhật Bản bắt đầu từ một quan sát thú vị: vùng nước quanh đảo núi lửa Iwo Jima có màu xanh lục rõ rệt, do sự hiện diện của sắt oxy hóa Fe (III). Trong môi trường này, tảo lam - một loại vi khuẩn cổ đại có thể quang hợp - phát triển mạnh mẽ.

Tảo lam, dù mang tên là “tảo”, thực chất là vi khuẩn có khả năng tạo ra oxy từ quang hợp. Chúng không chỉ sử dụng sắc tố diệp lục (chlorophyll) như thực vật hiện đại, mà còn sở hữu sắc tố phụ phycoerythrobilin (PEB) - có khả năng hấp thụ ánh sáng xanh hiệu quả hơn.

Trong môi trường nước biển thời cổ đại, nơi ánh sáng xanh chiếm ưu thế và lượng sắt hòa tan cao, các sinh vật có PEB có thể có lợi thế tiến hóa rõ rệt. Thí nghiệm trong nghiên cứu cho thấy các chủng tảo lam hiện đại được biến đổi gen để sản xuất nhiều PEB phát triển mạnh hơn trong vùng nước xanh.

Máy tính mô phỏng cũng cho thấy trong giai đoạn đầu của quá trình quang hợp, khi lượng oxy chưa đủ để bão hòa sắt trong nước, nồng độ sắt oxy hóa tăng nhanh - làm cho nước biển có màu xanh lục thay vì xanh lam như ngày nay.

Khi đại dương chuyển mình sang màu xanh lam

Theo thời gian, khi lượng sắt hòa tan bị oxy hóa dần dần, nước biển bắt đầu thay đổi màu. Sau sự kiện oxy hóa lớn cách đây khoảng 2,4 tỉ năm, oxy bắt đầu tồn tại tự do trong khí quyển và đại dương. Lúc này, không còn nhiều sắt để phản ứng, nước biển trở nên “trong” hơn – cho phép ánh sáng xanh lam phản xạ rõ nét hơn, tạo nên màu xanh đặc trưng của đại dương ngày nay.

Vùng nước xung quanh đảo núi lửa Iwo Jima của Nhật Bản có màu xanh lục - Ảnh: Wikimedia

Nghiên cứu cũng đưa ra một kịch bản hấp dẫn nhưng không quá xa vời: trong tương lai xa, đại dương có thể chuyển sang màu tím.

Một trong những khả năng là sự gia tăng đột ngột của lưu huỳnh trong nước biển – có thể do hoạt động núi lửa mạnh mẽ hoặc lượng oxy trong khí quyển suy giảm nghiêm trọng. Khi đó, các vi khuẩn lưu huỳnh tím – vốn tồn tại ở điều kiện thiếu oxy – có thể phát triển mạnh, làm cho màu nước biển chuyển sang sắc tím nhạt hoặc nâu đỏ.

Một khả năng khác là hiện tượng “thủy triều đỏ” lan rộng - tức sự bùng phát của các loại tảo đỏ do dư thừa chất dinh dưỡng, như nitơ từ phân bón. Nếu những sinh vật này chiếm ưu thế trong đại dương, màu nước có thể chuyển sang đỏ gạch – nhất là ở những vùng ven biển hoặc nước lặng.

Ngoài ra, trong điều kiện khí hậu cực đoan của tương lai - khi Mặt Trời nóng hơn và phát ra nhiều tia cực tím - vi khuẩn lưu huỳnh và các dạng sống kỳ lạ dưới nước sâu có thể thay thế thực vật phù du hiện tại. Khi đó, nước biển sẽ xuất hiện nhiều vùng màu tím, xanh lục hoặc nâu, và phần “xanh lam” đặc trưng ngày nay sẽ dần biến mất.

Cuối cùng, đến một thời điểm xa xôi, Mặt Trời sẽ mở rộng và Trái đất sẽ không còn giữ được nước lỏng. Đại dương sẽ bốc hơi hoàn toàn, chấm dứt sự tồn tại của biển cả và màu sắc quen thuộc của hành tinh xanh.

Dấu hiệu của sự sống

Điều thú vị từ nghiên cứu này là màu sắc đại dương có thể là một chỉ báo quan trọng về điều kiện hóa học và khả năng tồn tại của sự sống. Nếu một hành tinh ngoài hệ Mặt trời có biển màu xanh lục, đó có thể là nơi đang trong giai đoạn quang hợp sơ khai, giống như Trái đất cách đây hàng tỉ năm.

Hiểu được quá khứ của đại dương giúp con người không chỉ biết thêm về lịch sử của Trái đất, mà còn mở ra khả năng tìm kiếm sự sống ở những hành tinh xa xôi. Và cũng giống như địa chất, khí hậu và sinh học, màu nước đại dương là một phần không thể tách rời trong câu chuyện tiến hóa của sự sống.

Trong suốt 4,5 tỉ năm lịch sử, Trái đất không ngừng thay đổi. Từ những đại dương không có oxy, chuyển sang màu xanh lục đậm đặc sắc, rồi xanh lam trong suốt dưới ánh Mặt trời, biển cả là một tấm gương phản chiếu chính xác sự sống và hóa học của hành tinh.

Tương lai của đại dương dù xanh, đỏ, tím hay thậm chí biến mất... đều là phần trong vòng đời tự nhiên của Trái đất. Và nếu màu sắc của đại dương là tín hiệu cho sự sống, thì hành tinh xanh của chúng ta chắc chắn vẫn còn nhiều điều để kể.

Hoàng Vũ