Hvordan mikroorganismer dannet jordskorpen

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sist endret: 2023-12-16 16:13

Fjellene ser spesielt imponerende ut på bakgrunn av den endeløse mongolske steppen. Stående ved foten blir man fristet til å reflektere over den kolossale kraften til jordens tarmer som har stablet opp disse ryggene. Men allerede på vei til toppen fanger et tynt mønster som dekker de steinete kantene blikket. Dette regnvannet tæret litt på de porøse skjelettene til de eldgamle arkeocyat-svampene som utgjorde fjellet, de virkelige byggerne av fjellkjeden.

Små giganter av stor konstruksjon

En gang, for mer enn en halv milliard år siden, reiste de seg fra bunnen av et varmt hav som et lyst rev på en vulkansk øy. Han døde, dekket med et tykt lag med varm aske - noen arkeocyater ble til og med utbrent, og hulrom ble bevart i den frosne tuffen.

Men mange skjeletter, som hadde vokst sammen i løpet av livet og "frosset" fast i fjellet av slyngede lag med sjøsement, forblir på sine vanlige steder også i dag, når havet lenge har vært borte. Hvert slikt skjelett er mindre enn en lillefinger. Hvor mange er det?

Skjelettene til bittesmå radiolarier danner kiselholdige bergarter i fjellkjedene.

Etter å ha estimert volumet til et lavt fjell (omtrent en kilometer på tvers ved foten og omtrent 300 m i høyden), kan vi beregne at rundt 30 milliarder svamper deltok i konstruksjonen. Dette er en grovt undervurdert figur: mange skjeletter har lenge blitt gnidd til pulver, andre er fullstendig oppløst, uten å ha tid til å bli dekket med beskyttende lag av sediment. Og dette er bare ett fjell, og vest i Mongolia er det hele rekkevidder.

Hvor lang tid tok det for små svamper å fullføre et så grandiost «prosjekt»?

Og her er en annen klippe i nærheten, mindre, og ikke hvit, kalkstein, men rødgrå. Den er dannet av tynne lag med kiselholdig skifer, rusten på grunn av oksidasjon av jerninneslutninger. På en gang var disse fjellene havbunnen, og hvis du deler riktig langs lagene (slå hardt, men forsiktig), kan du på overflaten som åpner seg se myriader av nåler og kryss på 3-5 mm.

Dette er restene av sjøsvamper, men i motsetning til hele kalkskjelettet av arkeocyater, er basen deres dannet av separate silisiumelementer (spicules). Derfor, etter å ha dødd, smuldret de, strødde bunnen med sine "detaljer".

Skjelettet til hver svamp besto av minst tusen "nåler", omtrent 100 tusen av dem er spredt på hver kvadratmeter. Enkel aritmetikk lar oss anslå hvor mange dyr det tok for å danne et 20 meter langt lag på et område med minst 200 x 200 m: 800 milliarder. Og dette er bare en av høydene rundt oss – og bare et par grove beregninger. Men allerede fra dem er det klart at jo mindre organismene er, desto større er deres kreative kraft: Jordens hovedbyggere er encellede.

Åpne kalkplater av encellede planktonalger - kokkolitter - kombineres til store kokosfærer, og når de smuldrer, blir de til kalkavleiringer.

På land, i vann og i luften

Det er kjent at i hver 1 cm³Skrivekritt inneholder rundt 10 milliarder fine kalkholdige skjell av planktonalger coccolithophorids. Mye senere enn tiden for de mongolske hav, i mesozoikum og nåværende kenozoikum, reiste de krittklippene i England, Volga Zhiguli og andre massiver, dekket bunnen av alle moderne hav.

Omfanget av byggeaktivitetene deres er fantastisk. Men de blekner sammenlignet med andre transformasjoner som hennes eget liv har gjort på planeten.

Den salte smaken av hav og hav bestemmes av tilstedeværelsen av klor og natrium. Ingen av elementene kreves av sjødyr i store mengder, og de akkumuleres i vandig løsning. Men nesten alt annet - alt som bæres av elver og kommer fra tarmene gjennom varme bunnkilder - absorberes på et øyeblikk. Silisium blir tatt for sine utsmykkede skjell av encellede kiselalger og radiolarier.

Nesten alle organismer trenger fosfor, kalsium og selvfølgelig karbon. Interessant nok skjer dannelsen av et kalkholdig skjelett (som koraller eller eldgamle arkeocyater) med frigjøring av karbondioksid, så drivhuseffekten er et biprodukt av å bygge rev.

Coccolithophorides absorberer ikke bare kalsium fra vann, men også oppløst svovel. Det er nødvendig for syntese av organiske forbindelser som øker oppdriften til alger og lar dem holde seg nær en opplyst overflate.

Når disse cellene dør, desintegrerer de organiske stoffene, og de flyktige svovelforbindelsene fordamper sammen med vannet, og tjener som et frø for dannelsen av skyer. En liter sjøvann kan inneholde opptil 200 millioner kokolitoforider, og hvert år leverer disse encellede organismene opptil 15,5 millioner tonn svovel til atmosfæren – nesten dobbelt så mye som landvulkaner.

Solen er i stand til å gi jorden 100 millioner ganger mer energi enn planetens egne tarmer (3400 W/m)² mot 0,00009 W/m²). Takket være fotosyntesen kan livet bruke disse ressursene og få kraft som overgår evnene til geologiske prosesser. Selvfølgelig forsvinner mye av solens varme ganske enkelt. Men likevel er strømmen av energi produsert av levende organismer 30 ganger høyere enn den geologiske. Livet har kontrollert planeten i minst 4 milliarder år.

Innfødt gull danner noen ganger bisarre krystaller som er mer verdifulle enn selve det edle metallet.

Lysets krefter, mørkets krefter

Uten levende organismer ville mange sedimentære bergarter ikke blitt dannet i det hele tatt. Mineralog Robert Hazen, som sammenlignet mangfoldet av mineraler på månen (150 arter), Mars (500) og planeten vår (mer enn 5000), konkluderte med at utseendet til tusenvis av jordiske mineraler er direkte eller indirekte relatert til aktiviteten til dens biosfære. Sedimentære bergarter samlet seg på bunnen av vannforekomster.

Synkende til et dyp, over millioner og hundrevis av millioner av år, dannet restene av organismer kraftige forekomster, som gjensto å bli presset ut til overflaten i form av fjellkjeder. Dette skyldes bevegelse og kollisjon av enorme tektoniske plater. Men tektonikken i seg selv hadde ikke vært mulig uten å dele bergarter i en slags «mørk» og «lett materie».

Den første er representert for eksempel av basalter, der mineraler av mørke toner dominerer - pyroksener, oliviner, grunnleggende plagioklaser, og blant elementene - magnesium og jern. Sistnevnte, som granitter, er sammensatt av lyse mineraler - kvarts, kaliumfeltspat, albitt-plagioklaser, rike på jern, aluminium og silisium.

Mørke bergarter er tettere enn lyse bergarter (i gjennomsnitt 2,9 g / cm³ mot 2,5-2,7 g/cm³) og danner oseaniske plater. Når de kolliderer med mindre tette, "lette" kontinentalplater, synker oseaniske plater under dem og smelter i innvollene på planeten.

De lyse båndene til jernmalmene gjenspeiler den sesongmessige vekslingen av mørke kiselholdige og røde jernholdige lag.

De eldste mineralene indikerer at det var "mørk materie" som dukket opp først. Disse tette steinene kunne imidlertid ikke synke ned i seg selv for å sette platene i bevegelse. Dette krevde den "lyse siden" - mineraler, som er mangelvare i den ubevegelige skorpen på Mars og Månen.

Det er ikke uten grunn at Robert Hazen mener at det var jordens levende organismer, som forvandlet noen bergarter til andre, som til slutt førte til akkumulering av platenes "lette stoff". Disse skapningene – for det meste encellede aktinomyceter og andre bakterier – satte selvfølgelig ikke seg en så superoppgave. Målet deres var som alltid å finne mat.

Jernmetallurgi i havene

Faktisk består basaltglasset som brøt ut av vulkanen ut av 17 % jern, og hver kubikkmeter av det er i stand til å mate 25 kvadrillioner jernbakterier. Eksisterende i minst 1,9 milliarder år, forvandler de dyktig basalt til en "nanoshet" fylt med nye leirmineraler (i de siste årene har en slik mekanisme blitt anerkjent som en biogen fabrikk av leirmineraler). Når en slik stein sendes til tarmene for smelting, dannes nye, "lette" mineraler fra den.

Sannsynligvis et produkt av bakterier og jernmalm. Mer enn halvparten av dem ble dannet for mellom 2, 6 og 1,85 milliarder år siden, og Kursks magnetiske anomali alene inneholder omtrent 55 milliarder tonn jern. Uten liv kunne de knapt akkumuleres: for oksidasjon og utfelling av jern oppløst i havet kreves fritt oksygen, hvis utseende i de nødvendige volumene bare er mulig på grunn av fotosyntese.

Acidovorax-bakterier stimulerer dannelsen av grønn rust - jernhydroksid.

Livet er i stand til å utføre "behandlingen" av jern og i mørke, oksygenfattige dyp. Atomene til dette metallet, båret bort av undervannskilder, fanges opp av bakterier som er i stand til å oksidere jernholdig jern for å danne jernholdig jern, som legger seg til bunnen med grønn rust.

For et par milliarder år siden, da det fortsatt var svært lite oksygen på planeten, skjedde dette overalt, og i dag kan aktiviteten til disse bakteriene sees i noen oksygenfattige vannforekomster.

Dyrbare mikrober

Det er mulig at store forekomster av gull ikke ville ha oppstått uten deltagelse av anaerobe bakterier som ikke trenger oksygen. De viktigste forekomstene av det edle metallet (inkludert i Witwatersrand i Sør-Afrika, hvor de utforskede reservene er på rundt 81 tusen tonn) ble dannet for 3, 8-2, 5 milliarder år siden.

Tradisjonelt ble det antatt at de lokale gullmalmene ble dannet ved overføring og vasking av gullpartikler av elver. Studiet av Witwatersrand-gull avslører imidlertid et helt annet bilde: metallet ble "utvunnet" av eldgamle bakterier.

Dieter Halbauer beskrev merkelige karbonpilarer innrammet av partikler av rent gull tilbake i 1978. I lang tid vakte ikke oppdagelsen stor oppmerksomhet før mikroskopisk og isotopisk analyse av malmprøver, modellering av malmdannelse ved kolonier av moderne mikrober og andre beregninger bekreftet geologens korrekthet.

Tilsynelatende, for rundt 2,6 milliarder år siden, da vulkaner mettet atmosfæren med hydrogensulfid, svovelsyre og svoveldioksid med vanndamp, vasket sur nedbør bort bergartene som inneholdt spredt gull og førte løsninger til grunt vann. Imidlertid kom selve edle metallet dit i form av de farligste forbindelsene for alle levende skapninger, som cyanid.

For å avverge trusselen "desinfiserte" mikrober vannet, og reduserte giftige gullsalter til organometalliske komplekser eller til og med til rent metall. De glitrende partiklene slo seg ned på bakteriekoloniene og dannet avstøpninger av flercellede kjeder, som nå kan sees med et skanningselektronmikroskop. Mikrober fortsetter å utfelle gull selv nå - denne prosessen observeres for eksempel i varme kilder i New Zealand, om enn i svært beskjeden skala.

Både Witwatersrand og, sannsynligvis, andre forekomster av samme alder var et resultat av den vitale aktiviteten til bakteriesamfunn i en oksygenfri atmosfære. Kursk Magnetic Anomaly og relaterte jernmalmforekomster ble dannet i begynnelsen av oksygen-epoken. Flere forekomster av denne skalaen dukket imidlertid ikke opp og vil neppe noen gang begynne å ta form igjen: sammensetningen av atmosfæren, bergarter og havvann har endret seg mange ganger siden den gang.

Men i løpet av denne tiden har utallige generasjoner av levende organismer også endret seg, og hver av dem klarte å ta del i den globale utviklingen av jorden. Landets kratt av havsvamper og trelignende kjerringrokk har forsvunnet, til og med flokker av mammut er en saga blott, og etterlater seg spor i geologien. Tiden er inne for andre vesener og nye endringer i alle skjellene på planeten vår - vann, luft og stein.