Hur mikroorganismer bildade jordskorpan

2024 Författare: Seth Attwood | [email protected]. Senast ändrad: 2023-12-16 16:17

Bergen ser särskilt imponerande ut mot bakgrund av den ändlösa mongoliska stäppen. Stående vid foten frestas man att reflektera över den kolossala kraften hos jordens tarmar som har hopat dessa åsar. Men redan på väg mot toppen fångar ett tunt mönster som täcker klippavsatserna blickarna. Detta regnvatten korroderade lätt de porösa skeletten från de antika arkeocyatsvamparna som utgjorde berget, bergskedjans verkliga byggare.

Små jättar av stor konstruktion

En gång, för mer än en halv miljard år sedan, reste de sig från botten av ett varmt hav som ett ljust rev på en vulkanö. Han dog, täckt med ett tjockt lager av het aska - några arkeocyater brändes till och med ut och håligheter bevarades i den frusna tuffen.

Många skelett, som växt ihop under sin livstid och "frusit" fast i berget av slingrande lager av havscement, finns dock kvar på sina vanliga platser än idag, när havet sedan länge är borta. Varje sådant skelett är mindre än ett lillfinger. Hur många finns det?

Skeletten av små radiolarier bildar bergskedjornas kiselstenar.

Efter att ha uppskattat volymen av ett lågt berg (cirka en kilometer tvärs över vid foten och cirka 300 m på höjden), kan vi beräkna att cirka 30 miljarder svampar deltog i dess konstruktion. Detta är en kraftigt underskattad siffra: många skelett har länge gnuggats till pulver, andra har helt lösts upp, utan att ha tid att täckas med skyddande lager av sediment. Och detta är bara ett berg, och i västra Mongoliet finns det hela bergsområden.

Hur lång tid tog det för små svampar att genomföra ett så grandiost "projekt"?

Och här finns en annan klippa i närheten, mindre, och inte vit, kalksten, utan rödgrå. Den bildas av tunna lager av kiselhaltig skiffer, rostig på grund av oxidation av järninneslutningar. En gång var dessa berg havsbotten, och om du delade dig på rätt sätt längs lagren (slag hårt, men försiktigt), så kan du på ytan som öppnar sig se myriader av nålar och korsningar på 3-5 mm.

Dessa är resterna av havssvampar, men i motsats till hela kalkskelettet av arkeocyater, är deras bas bildad av separata kiselelement (spikler). Därför, efter att ha dött, smulas de sönder, strödde botten med sina "detaljer".

Skelettet av varje svamp bestod av minst tusen "nålar", cirka 100 tusen av dem är utspridda på varje kvadratmeter. Enkel aritmetik gör att vi kan uppskatta hur många djur det krävdes för att bilda ett 20-meters lager på en yta av minst 200 x 200 m: 800 miljarder. Och det här är bara en av höjderna runt omkring oss – och bara ett par grova beräkningar. Men redan från dem är det tydligt att ju mindre organismerna är, desto större är deras kreativa kraft: jordens huvudbyggare är encelliga.

Genombrutna kalkplattor av encelliga planktonalger - coccoliter - kombineras till stora kokosfärer, och när de faller sönder förvandlas de till kalkavlagringar.

På land, i vatten och i luften

Det är känt att var 1 cm³Skrivkrita innehåller cirka 10 miljarder fina kalkfjäll av planktonalger coccolithophorids. Mycket senare än tiden för de mongoliska haven, i mesozoikum och nuvarande kenozoikum, reste de Englands kritklippor, Volga Zhiguli och andra massiv, täckte botten av alla moderna hav.

Omfattningen av deras byggverksamhet är fantastisk. Men de bleknar i jämförelse med andra omvandlingar som hennes eget liv har gjort på planeten.

Havens och havens salta smak bestäms av närvaron av klor och natrium. Inget av elementen krävs av havsdjur i stora mängder, och de ackumuleras i vattenlösning. Men nästan allt annat - allt som bärs ut av floder och kommer från tarmarna genom varma bottenkällor - absorberas på ett ögonblick. Kisel tas för sina utsmyckade skal av encelliga kiselalger och radiolarier.

Nästan alla organismer behöver fosfor, kalcium och naturligtvis kol. Intressant nog sker skapandet av ett kalkhaltigt skelett (som koraller eller antika arkeocyater) med frigörandet av koldioxid, så växthuseffekten är en biprodukt av att bygga rev.

Coccolithophorides absorberar inte bara kalcium från vatten, utan också löst svavel. Det krävs för syntesen av organiska föreningar som ökar flytkraften hos alger och gör att de kan hålla sig nära en upplyst yta.

När dessa celler dör av, sönderdelas de organiska ämnen och de flyktiga svavelföreningarna avdunstar tillsammans med vattnet och fungerar som ett frö för bildandet av moln. En liter havsvatten kan innehålla upp till 200 miljoner kokolitoforider, och varje år levererar dessa encelliga organismer upp till 15,5 miljoner ton svavel till atmosfären - nästan dubbelt så mycket som landvulkaner.

Solen kan ge jorden 100 miljoner gånger mer energi än planetens egna tarmar (3400 W/m)² mot 0,00009 W/m²). Tack vare fotosyntesen kan livet använda dessa resurser och få kraft som överstiger geologiska processers kapacitet. Naturligtvis försvinner mycket av solens värme helt enkelt. Men ändå är flödet av energi som produceras av levande organismer 30 gånger högre än det geologiska. Livet har kontrollerat planeten i minst 4 miljarder år.

Inhemskt guld bildar ibland bisarra kristaller som är mer värdefulla än själva ädelmetallen.

Ljusets krafter, mörkrets krafter

Utan levande organismer skulle många sedimentära bergarter inte ha bildats alls. Mineralogen Robert Hazen, som jämförde mängden mineraler på månen (150 arter), Mars (500) och vår planet (mer än 5000), drog slutsatsen att uppkomsten av tusentals jordlevande mineraler är direkt eller indirekt relaterad till dess aktivitet. biosfär. Sedimentära bergarter samlades på botten av vattendrag.

Sjunkande till ett djup, över miljoner och hundratals miljoner år, bildade resterna av organismer kraftfulla avlagringar, som återstod att pressas ut till ytan i form av bergskedjor. Detta beror på rörelsen och kollisionen av enorma tektoniska plattor. Men tektoniken i sig hade inte varit möjlig utan att dela upp bergarter i ett slags "mörk" och "lätt materia".

Den första representeras till exempel av basalter, där mineraler av mörka toner dominerar - pyroxener, oliviner, grundläggande plagioklaser och bland elementen - magnesium och järn. De senare, som graniter, är sammansatta av ljusa mineraler - kvarts, kaliumfältspat, albitplagioklaser, rika på järn, aluminium och kisel.

Mörka stenar är tätare än ljusa stenar (i genomsnitt 2,9 g / cm³ mot 2,5-2,7 g/cm³) och bildar oceaniska plattor. När de kolliderar med mindre täta, "lätta" kontinentalplattor, sjunker oceaniska plattor under dem och smälter i planetens tarmar.

Järnmalmernas ljusa band återspeglar den säsongsbetonade växlingen mellan mörka kiselhaltiga och röda järnhaltiga lager.

De äldsta mineralerna tyder på att det var "mörk materia" som dök upp först. Dessa täta stenar kunde dock inte sjunka in i sig själva för att sätta plattorna i rörelse. Detta krävde den "ljusa sidan" - mineraler, som är en bristvara i den orörliga skorpan på Mars och Månen.

Det är inte utan anledning som Robert Hazen tror att det var jordens levande organismer, som förvandlade vissa stenar till andra, som i slutändan ledde till ackumuleringen av plattornas "lätta materia". Naturligtvis ställde dessa varelser - för det mesta encelliga aktinomyceter och andra bakterier - inte till sig en sådan superuppgift. Deras mål var som alltid att hitta mat.

Järnmetallurgi i haven

Faktum är att basaltglaset som utbröts av vulkanen består av 17 % järn, och varje kubikmeter av det kan mata 25 kvadriljoner järnbakterier. I minst 1,9 miljarder år omvandlar de skickligt basalt till en "nanoshet" fylld med nya lermineraler (på senare år har en sådan mekanism erkänts som en biogen fabrik av lermineraler). När en sådan sten skickas till tarmarna för smältning, bildas nya, "lätta" mineraler från den.

Förmodligen produkten av bakterier och järnmalm. Mer än hälften av dem bildades för mellan 2, 6 och 1,85 miljarder år sedan, och enbart Kursks magnetiska anomali innehåller cirka 55 miljarder ton järn. Utan liv kunde de knappast ackumuleras: för oxidation och utfällning av järn löst i havet krävs fritt syre, vars utseende i de erforderliga volymerna endast är möjligt på grund av fotosyntes.

Acidovorax-bakterier stimulerar bildandet av grönrost - järnhydroxid.

Livet är i stånd att utföra "bearbetningen" av järn och i mörka, syreberövade djup. Atomerna i denna metall, som förs bort av undervattenskällor, fångas upp av bakterier som kan oxidera järnhaltigt järn för att bilda järnjärn, som lägger sig till botten med grön rost.

För ett par miljarder år sedan, när det fortfarande fanns väldigt lite syre på planeten, hände detta överallt, och idag kan dessa bakteriers aktivitet ses i vissa syrefattiga vattendrag.

Dyrbara mikrober

Det är möjligt att stora fyndigheter av guld inte skulle ha uppstått utan deltagande av anaeroba bakterier som inte behöver syre. De viktigaste fyndigheterna av ädelmetallen (inklusive i Witwatersrand i södra Afrika, där de utforskade reserverna är cirka 81 tusen ton) bildades för 3, 8-2, 5 miljarder år sedan.

Traditionellt trodde man att de lokala guldmalmerna bildades genom överföring och tvättning av guldpartiklar av floder. Studien av Witwatersrands guld avslöjar dock en helt annan bild: metallen "bröts" av gamla bakterier.

Dieter Halbauer beskrev märkliga kolpelare inramade av partiklar av rent guld redan 1978. Under lång tid väckte hans upptäckt inte mycket uppmärksamhet förrän mikroskopisk och isotopanalys av malmprover, modellering av malmbildning av kolonier av moderna mikrober och andra beräkningar bekräftade geologens riktighet.

Tydligen, för omkring 2,6 miljarder år sedan, när vulkaner mättade atmosfären med svavelväte, svavelsyra och svaveldioxid med vattenånga, sköljde sura regn bort stenarna som innehöll utspritt guld och förde lösningar till grunt vatten. Men den ädla metallen själv kom dit i form av de farligaste föreningarna för alla levande varelser, som cyanid.

För att avvärja hotet "desinficerade" mikrober vattnet och reducerade giftiga guldsalter till organometalliska komplex eller till och med till ren metall. De glittrande partiklarna slog sig ner på bakteriekolonierna och bildade avgjutningar av flercelliga kedjor, som nu kan ses med ett svepelektronmikroskop. Mikrober fortsätter att fälla ut guld även nu - denna process observeras till exempel i varma källor i Nya Zeeland, om än i mycket blygsam skala.

Både Witwatersrand och, förmodligen, andra fyndigheter i samma ålder var resultatet av den vitala aktiviteten hos bakteriesamhällen i en syrefri atmosfär. Kursks magnetiska anomali och relaterade järnmalmsavlagringar bildades i början av syreepoken. Fler avlagringar av denna skala dök dock inte upp och kommer sannolikt inte att börja ta form igen: sammansättningen av atmosfären, stenar och havsvatten har förändrats många gånger sedan dess.

Men under denna tid har otaliga generationer av levande organismer också förändrats, och var och en av dem lyckades ta del av jordens globala utveckling. Landets snår av havssvampar och trädliknande åkerfränder har försvunnit, även flockar av mammutar är ett minne blott och lämnar spår i geologin. Tiden har kommit för andra varelser och nya förändringar i alla skal på vår planet - vatten, luft och sten.