Cum au format microorganismele scoarța terestră

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Modificat ultima dată: 2023-12-16 16:15

Munții arată deosebit de impresionant pe fundalul stepei mongole nesfârșite. Stând la picioare, cineva este tentat să reflecteze asupra puterii colosale a măruntaielor pământului care au îngrămădit aceste creste. Dar deja în drum spre vârf, un model subțire care acoperă marginile stâncoase atrage atenția. Această apă de ploaie a corodat ușor scheletele poroase ale străvechilor bureți arheociați care alcătuiau muntele, adevărații constructori ai lanțului muntos.

Micii giganți de mare construcție

Odată, acum mai bine de jumătate de miliard de ani, s-au ridicat din fundul unei mări calde ca un recif strălucitor al unei insule vulcanice. A murit, acoperit cu un strat gros de cenuşă fierbinte - unele arheociate au fost chiar arse, iar cavităţile au fost păstrate în tuful îngheţat.

Cu toate acestea, multe schelete, care crescuseră împreună în timpul vieții și „înghețaseră” în stâncă prin straturi șerpuitoare de ciment marin, rămân în locurile lor obișnuite și astăzi, când marea a dispărut de mult. Fiecare astfel de schelet este mai mic decât un deget mic. Cât de multe sunt acolo?

Scheletele micilor radiolari formează rocile silicioase ale lanțurilor muntoase.

După ce am estimat volumul unui munte jos (aproximativ un kilometru la poal și aproximativ 300 m înălțime), putem calcula că aproximativ 30 de miliarde de bureți au luat parte la construcția lui. Aceasta este o cifră extrem de subestimată: multe schelete au fost frecate de mult în pulbere, altele s-au dizolvat complet, fără a avea timp să fie acoperite cu straturi protectoare de sedimente. Și acesta este un singur munte, iar în vestul Mongoliei există lanțuri întregi.

Cât a durat până când bureții mici au finalizat un „proiect” atât de grandios?

Și iată o altă stâncă în apropiere, mai mică, și nu albă, calcaroasă, ci cenușiu-roșiatică. Este format din straturi subtiri de sisturi silicioase, ruginite datorita oxidarii incluziunilor de fier. La un moment dat, acești munți erau fundul mării, iar dacă te despărți corect de-a lungul straturilor (loviți puternic, dar cu grijă), atunci pe suprafața care se deschide se văd miriade de ace și cruci de 3-5 mm.

Acestea sunt rămășițele bureților de mare, dar, spre deosebire de întregul schelet calcaros al arheociaților, baza lor este formată din elemente separate de siliciu (spicule). Prin urmare, după ce au murit, s-au prăbușit, au presărat fundul cu „detaliile” lor.

Scheletul fiecărui burete era format din cel puțin o mie de „ace”, aproximativ 100 de mii dintre ele sunt împrăștiate pe fiecare metru pătrat. Aritmetica simplă ne permite să estimăm câte animale a fost nevoie pentru a forma un strat de 20 de metri pe o suprafață de cel puțin 200 x 200 m: 800 de miliarde. Și aceasta este doar una dintre înălțimile din jurul nostru - și doar câteva calcule brute. Dar deja din ele este clar că cu cât organismele sunt mai mici, cu atât puterea lor creatoare este mai mare: principalii constructori ai Pământului sunt unicelulari.

Plăcile calcaroase ajurate de alge planctonice unicelulare - cocoliți - sunt combinate în cocosfere mari, iar atunci când se sfărâmă, se transformă în depozite de cretă.

Pe uscat, în apă și în aer

Se știe că la fiecare 1 cm³Creta de scris conține aproximativ 10 miliarde de solzi fine calcaroase de cocolitoforide alge planctonice. Mult mai târziu decât vremea mărilor mongole, în mezozoic și în era actuală cenozoică, au ridicat stâncile de cretă ale Angliei, Volga Zhiguli și alte masive, au acoperit fundul tuturor oceanelor moderne.

Amploarea activităților lor de construcție este uimitoare. Dar palid în comparație cu alte transformări pe care propria ei viață le-a făcut pe planetă.

Gustul sărat al mărilor și oceanelor este determinat de prezența clorului și a sodiului. Niciun element nu este necesar de creaturile marine în cantități mari și se acumulează în soluție apoasă. Dar aproape orice altceva - tot ceea ce este efectuat de râuri și vine din intestine prin izvoarele de fund fierbinte - este absorbit într-o clipă. Siliciul este luat pentru învelișurile lor ornamentate de diatomee unicelulare și radiolari.

Aproape toate organismele au nevoie de fosfor, calciu și, desigur, carbon. Interesant este că crearea unui schelet calcaros (cum ar fi cel al coralilor sau al arheociaților antici) are loc odată cu eliberarea de dioxid de carbon, astfel încât efectul de seră este un produs secundar al construirii recifelor.

Cocolitoforidele absorb nu numai calciul din apă, ci și sulful dizolvat. Este necesar pentru sinteza compușilor organici care cresc flotabilitatea algelor și le permit să stea aproape de o suprafață iluminată.

Când aceste celule mor, substanțele organice se dezintegrează, iar compușii volatili de sulf se evaporă împreună cu apa, servind drept sămânță pentru formarea norilor. Un litru de apă de mare poate conține până la 200 de milioane de cocolitoforide, iar în fiecare an aceste organisme unicelulare furnizează atmosferei până la 15,5 milioane de tone de sulf - aproape de două ori mai mult decât vulcanii terestre.

Soarele este capabil să ofere Pământului de 100 de milioane de ori mai multă energie decât propriile intestine ale planetei (3400 W/m² față de 0,00009 W/m²). Datorită fotosintezei, viața poate folosi aceste resurse, dobândind o putere care depășește capacitățile proceselor geologice. Desigur, o mare parte din căldura soarelui este pur și simplu disipată. Dar totuși, fluxul de energie produs de organismele vii este de 30 de ori mai mare decât cel geologic. Viața a controlat planeta timp de cel puțin 4 miliarde de ani.

Aurul nativ formează uneori cristale bizare care sunt mai valoroase decât metalul prețios în sine.

Forțele luminii, forțele întunericului

Fără organisme vii, multe roci sedimentare nu s-ar fi format deloc. Mineralogul Robert Hazen, care a comparat varietatea de minerale de pe Lună (150 de specii), Marte (500) și planeta noastră (mai mult de 5000), a concluzionat că apariția a mii de minerale terestre este direct sau indirect legată de activitatea acesteia. biosferă. Roci sedimentare acumulate pe fundul corpurilor de apă.

Scufundandu-se la adancime, peste milioane si sute de milioane de ani, ramasitele organismelor au format depozite puternice, care au ramas sa fie stoarse la suprafata sub forma unor lanturi muntoase. Acest lucru se datorează mișcării și ciocnirii plăcilor tectonice uriașe. Dar tectonica în sine nu ar fi fost posibilă fără împărțirea rocilor într-un fel de „materie întunecată” și „materie ușoară”.

Primul este reprezentat, de exemplu, de bazalt, unde predomină mineralele de tonuri închise - piroxenii, olivinele, plagioclazele de bază, iar printre elemente - magneziul și fierul. Acestea din urmă, precum granitele, sunt compuse din minerale deschise la culoare - cuarț, feldspați de potasiu, plagioclaze albite, bogate în fier, aluminiu și siliciu.

Rocile întunecate sunt mai dense decât rocile ușoare (în medie 2,9 g/cm³ contra 2,5-2,7 g/cm³) și formează plăci oceanice. Când se ciocnesc cu plăci continentale mai puțin dense, „ușoare”, cele oceanice se scufundă sub ele și se topesc în intestinele planetei.

Benzile strălucitoare ale minereurilor de fier reflectă alternanța sezonieră a straturilor feruginoase silicioase întunecate și roșii.

Cele mai vechi minerale indică faptul că „materia întunecată” a apărut prima. Cu toate acestea, aceste roci dense nu s-au putut scufunda în sine pentru a pune plăcile în mișcare. Acest lucru a necesitat „partea strălucitoare” - minerale, care sunt insuficiente în crusta imobilă a lui Marte și a Lunii.

Nu fără motiv, Robert Hazen crede că organismele vii ale Pământului, transformând unele roci în altele, au dus în cele din urmă la acumularea „materiei ușoare” a plăcilor. Desigur, aceste creaturi - în cea mai mare parte actinomicete unicelulare și alte bacterii - nu și-au propus o astfel de sarcină super. Scopul lor, ca întotdeauna, a fost să găsească mâncare.

Metalurgia feroasă a oceanelor

De fapt, sticla de bazalt eruptă de vulcan este 17% fier și fiecare metru cub din acesta este capabil să hrănească 25 de cvadrilioane de bacterii de fier. Exista de cel puțin 1,9 miliarde de ani, ei transformă cu pricepere bazalt într-un „nanoshet” plin cu noi minerale argiloase (în ultimii ani, un astfel de mecanism a fost recunoscut ca o fabrică biogenă de minerale argiloase). Când o astfel de rocă este trimisă în intestine pentru a se topi, din ea se formează noi minerale „ușoare”.

Probabil produsul bacteriilor și minereurilor de fier. Mai mult de jumătate dintre ele s-au format între 2, 6 și 1,85 miliarde de ani în urmă, iar anomalia magnetică de la Kursk conține numai aproximativ 55 de miliarde de tone de fier. Fără viață, cu greu s-ar putea acumula: pentru oxidarea și precipitarea fierului dizolvat în ocean este nevoie de oxigen liber, a cărui apariție în volumele necesare este posibilă numai datorită fotosintezei.

Bacteriile Acidovorax stimulează formarea ruginii verzi - hidroxid de fier.

Viața este capabilă să efectueze „prelucrarea” fierului și în întuneric, adâncimi lipsite de oxigen. Atomii acestui metal, duși de sursele subacvatice, sunt capturați de bacterii capabile să oxideze fierul feros pentru a forma fier feric, care se depune pe fund cu rugina verde.

În urmă cu câteva miliarde de ani, când pe planetă era încă foarte puțin oxigen, acest lucru s-a întâmplat peste tot, iar astăzi activitatea acestor bacterii poate fi văzută în unele corpuri de apă sărace în oxigen.

Microbi prețioși

Este posibil ca depozite mari de aur să nu fi apărut fără participarea bacteriilor anaerobe care nu au nevoie de oxigen. Principalele zăcăminte ale metalului prețios (inclusiv în Witwatersrand din sudul Africii, unde rezervele explorate sunt de aproximativ 81 de mii de tone) s-au format acum 3, 8-2, 5 miliarde de ani.

În mod tradițional, se credea că minereurile de aur locale s-au format prin transferul și spălarea particulelor de aur de către râuri. Cu toate acestea, studiul aurului Witwatersrand dezvăluie o imagine complet diferită: metalul a fost „extras” de bacterii antice.

Dieter Halbauer a descris stâlpi ciudați de carbon încadrați de particule de aur pur în 1978. Multă vreme, descoperirea sa nu a atras prea multă atenție până când analiza microscopică și izotopică a probelor de minereu, modelarea formării minereului de către colonii de microbi moderni și alte calcule au confirmat corectitudinea geologului.

Aparent, în urmă cu aproximativ 2,6 miliarde de ani, când vulcanii au saturat atmosfera cu hidrogen sulfurat, acid sulfuric și dioxid de sulf cu vapori de apă, ploile acide au spălat rocile care conțineau aur împrăștiat și au transportat soluții în ape puțin adânci. Cu toate acestea, metalul prețios în sine a venit acolo sub forma celor mai periculoși compuși pentru orice creatură vii, cum ar fi cianura.

Pentru a evita amenințarea, microbii au „dezinfectat” apa, reducând sărurile de aur toxice la complexe organometalice sau chiar la metal pur. Particulele strălucitoare s-au așezat pe coloniile bacteriene, formând modele de lanțuri multicelulare, care pot fi acum vizualizate cu un microscop electronic de scanare. Microbii continuă să precipite aur chiar și acum - acest proces se observă, de exemplu, în izvoarele termale din Noua Zeelandă, deși la scară foarte modestă.

Atât Witwatersrand, cât și, probabil, alte zăcăminte de aceeași vârstă au fost rezultatul activității vitale a comunităților bacteriene într-o atmosferă lipsită de oxigen. Anomalia magnetică Kursk și zăcămintele de minereu de fier aferente s-au format la începutul epocii oxigenului. Cu toate acestea, mai multe depozite de această scară nu au apărut și este puțin probabil să înceapă să prindă din nou formă: compoziția atmosferei, a rocilor și a apelor oceanice s-a schimbat de multe ori de atunci.

Dar în acest timp, nenumărate generații de organisme vii s-au schimbat, de asemenea, și fiecare dintre ele a reușit să ia parte la evoluția globală a Pământului. Desișurile de bureți de mare și coada-calului arborilor din pământ au dispărut, chiar și turmele de mamuți sunt de domeniul trecutului, lăsând o urmă în geologie. A venit timpul pentru alte ființe și noi schimbări în toate învelișurile planetei noastre - apă, aer și piatră.