Πώς οι μικροοργανισμοί σχημάτισαν τον φλοιό της γης

2024 Συγγραφέας: Seth Attwood | [email protected]. Τελευταία τροποποίηση: 2023-12-16 16:02

Τα βουνά φαίνονται ιδιαίτερα εντυπωσιακά με φόντο την ατελείωτη μογγολική στέπα. Στέκεται κανείς στους πρόποδες, μπαίνει στον πειρασμό να αναλογιστεί την κολοσσιαία δύναμη των εντέρων της γης που έχουν συσσωρεύσει αυτές τις κορυφογραμμές. Αλλά ήδη στο δρόμο προς την κορυφή, ένα λεπτό σχέδιο που καλύπτει τις βραχώδεις προεξοχές τραβάει τα βλέμματα. Αυτό το νερό της βροχής διέβρωσε ελαφρά τους πορώδεις σκελετούς των αρχαίων αρχαιοκυατικών σφουγγαριών που αποτελούσαν το βουνό, τους πραγματικούς κατασκευαστές της οροσειράς.

Μικροί γίγαντες μεγάλης κατασκευής

Κάποτε, πριν από περισσότερο από μισό δισεκατομμύριο χρόνια, αναδύθηκαν από τον βυθό μιας ζεστής θάλασσας ως ένας φωτεινός ύφαλος ενός ηφαιστειογενούς νησιού. Πέθανε, καλυμμένος με ένα παχύ στρώμα καυτής τέφρας - μερικά αρχαιοκυάρια κάηκαν ακόμη και και διατηρήθηκαν κοιλότητες στον παγωμένο τάφρο.

Ωστόσο, πολλοί σκελετοί, που είχαν μεγαλώσει μαζί κατά τη διάρκεια της ζωής τους και είχαν «παγώσει» στο βράχο τυλίγοντας στρώματα θαλάσσιου τσιμέντου, παραμένουν στις συνήθεις θέσεις τους ακόμα και σήμερα, που η θάλασσα έχει φύγει από καιρό. Κάθε τέτοιος σκελετός είναι μικρότερος από ένα μικρό δάχτυλο. Πόσοι είναι εκεί?

Οι σκελετοί των μικροσκοπικών ραδιολαρίων σχηματίζουν τα πυριτικά πετρώματα των οροσειρών.

Έχοντας υπολογίσει τον όγκο ενός χαμηλού βουνού (περίπου ένα χιλιόμετρο στους πρόποδες και περίπου 300 μέτρα ύψος), μπορούμε να υπολογίσουμε ότι περίπου 30 δισεκατομμύρια σφουγγάρια συμμετείχαν στην κατασκευή του. Αυτό είναι ένα πολύ υποτιμημένο νούμερο: πολλοί σκελετοί έχουν από καιρό τρίψει σε σκόνη, άλλοι έχουν διαλυθεί εντελώς, χωρίς να έχουν χρόνο να καλυφθούν με προστατευτικά στρώματα ιζήματος. Και αυτό είναι μόνο ένα βουνό, και στα δυτικά της Μογγολίας υπάρχουν ολόκληρες σειρές.

Πόσο καιρό χρειάστηκαν τα μικρά σφουγγάρια για να ολοκληρώσουν ένα τόσο μεγαλειώδες «έργο»;

Και εδώ είναι ένας άλλος γκρεμός εκεί κοντά, μικρότερος, και όχι λευκός, ασβεστόλιθος, αλλά κοκκινωπό-γκρι. Σχηματίζεται από λεπτά στρώματα πυριτικού σχιστόλιθου, σκουριασμένου λόγω της οξείδωσης των εγκλεισμάτων σιδήρου. Κάποτε, αυτά τα βουνά ήταν ο βυθός της θάλασσας και αν χώριζες σωστά κατά μήκος των στρωμάτων (χτύπησε δυνατά, αλλά προσεκτικά), τότε στην επιφάνεια που ανοίγει μπορείς να δεις μυριάδες βελόνες και σταυρούς 3-5 mm.

Πρόκειται για υπολείμματα θαλάσσιων σφουγγαριών, αλλά, σε αντίθεση με ολόκληρο τον ασβεστολιθικό σκελετό των αρχαιοκυτταρικών, η βάση τους σχηματίζεται από ξεχωριστά στοιχεία πυριτίου (spicules). Ως εκ τούτου, έχοντας πεθάνει, θρυμματίστηκαν, σκόρπισαν τον πάτο με τις "λεπτομέρειές" τους.

Ο σκελετός κάθε σφουγγαριού αποτελούνταν από τουλάχιστον χίλιες «βελόνες», περίπου 100 χιλιάδες από αυτές είναι διάσπαρτες σε κάθε τετραγωνικό μέτρο. Η απλή αριθμητική μας επιτρέπει να υπολογίσουμε πόσα ζώα χρειάστηκαν για να σχηματιστεί ένα στρώμα 20 μέτρων σε μια περιοχή τουλάχιστον 200 x 200 m: 800 δισεκατομμύρια. Και αυτό είναι μόνο ένα από τα ύψη γύρω μας - και μόνο μερικοί πρόχειροι υπολογισμοί. Αλλά ήδη από αυτούς είναι ξεκάθαρο ότι όσο μικρότεροι είναι οι οργανισμοί, τόσο μεγαλύτερη είναι η δημιουργική τους δύναμη: οι κύριοι κατασκευαστές της Γης είναι μονοκύτταροι.

Ασβεστολιθικές πλάκες από μονοκύτταρα πλαγκτονικά φύκια - κοκκόλιθοι - συνδυάζονται σε μεγάλες κοκοσφαίρες και όταν θρυμματίζονται, μετατρέπονται σε εναποθέσεις κιμωλίας.

Στη γη, στο νερό και στον αέρα

Είναι γνωστό ότι σε κάθε 1 εκ³Η κιμωλία γραφής περιέχει περίπου 10 δισεκατομμύρια λεπτές ασβεστολιθικές κλίμακες από πλαγκτονικά φύκια κοκκολιθοφορίδια. Πολύ αργότερα από την εποχή των μογγολικών θαλασσών, στη Μεσοζωική και τη σημερινή Καινοζωική εποχή, έστησαν τους βράχους από κιμωλία της Αγγλίας, το Volga Zhiguli και άλλους ορεινούς όγκους, που κάλυπταν τον πυθμένα όλων των σύγχρονων ωκεανών.

Η κλίμακα των κατασκευαστικών τους δραστηριοτήτων είναι εκπληκτική. Αλλά ωχριούν σε σύγκριση με άλλες μεταμορφώσεις που έχει κάνει η ίδια της η ζωή στον πλανήτη.

Η αλμυρή γεύση των θαλασσών και των ωκεανών καθορίζεται από την παρουσία χλωρίου και νατρίου. Κανένα στοιχείο δεν απαιτείται από τα θαλάσσια πλάσματα σε μεγάλες ποσότητες και συσσωρεύονται σε υδατικό διάλυμα. Αλλά σχεδόν όλα τα άλλα - ό,τι εκτελείται από τα ποτάμια και προέρχεται από τα έντερα μέσω πηγών θερμού βυθού - απορροφάται σε μια στιγμή. Το πυρίτιο λαμβάνεται για τα περίτεχνα κελύφη τους από μονοκύτταρα διάτομα και ραδιολάρια.

Σχεδόν όλοι οι οργανισμοί χρειάζονται φώσφορο, ασβέστιο και φυσικά άνθρακα. Είναι ενδιαφέρον ότι η δημιουργία ενός ασβεστολιθικού σκελετού (όπως αυτός των κοραλλιών ή των αρχαίων αρχαιοκυττάρων) συμβαίνει με την απελευθέρωση διοξειδίου του άνθρακα, επομένως το φαινόμενο του θερμοκηπίου είναι υποπροϊόν της κατασκευής υφάλων.

Τα κοκκολιθοφορίδια απορροφούν όχι μόνο το ασβέστιο από το νερό, αλλά και το διαλυμένο θείο. Απαιτείται για τη σύνθεση οργανικών ενώσεων που αυξάνουν την άνωση των φυκιών και τους επιτρέπουν να παραμείνουν κοντά σε μια φωτισμένη επιφάνεια.

Όταν αυτά τα κύτταρα πεθαίνουν, τα οργανικά διαλύονται και οι πτητικές ενώσεις θείου εξατμίζονται μαζί με το νερό, χρησιμεύοντας ως σπόρος για το σχηματισμό νεφών. Ένα λίτρο θαλασσινού νερού μπορεί να περιέχει έως και 200 εκατομμύρια κοκκολιθοφορίδια και κάθε χρόνο αυτοί οι μονοκύτταροι οργανισμοί παρέχουν έως και 15,5 εκατομμύρια τόνους θείου στην ατμόσφαιρα - σχεδόν διπλάσιο από τα ηφαίστεια της ξηράς.

Ο ήλιος είναι ικανός να δώσει στη Γη 100 εκατομμύρια φορές περισσότερη ενέργεια από τα έγκατα του ίδιου του πλανήτη (3400 W/m² έναντι 0,00009 W / m²). Χάρη στη φωτοσύνθεση, η ζωή μπορεί να χρησιμοποιήσει αυτούς τους πόρους, αποκτώντας δύναμη που υπερβαίνει τις δυνατότητες των γεωλογικών διεργασιών. Φυσικά, μεγάλο μέρος της θερμότητας του ήλιου απλώς διαχέεται. Ωστόσο, η ροή της ενέργειας που παράγεται από τους ζωντανούς οργανισμούς είναι 30 φορές μεγαλύτερη από τη γεωλογική. Η ζωή ελέγχει τον πλανήτη για τουλάχιστον 4 δισεκατομμύρια χρόνια.

Ο εγγενής χρυσός σχηματίζει μερικές φορές περίεργους κρυστάλλους που είναι πιο πολύτιμοι από το ίδιο το πολύτιμο μέταλλο.

Δυνάμεις του φωτός, δυνάμεις του σκότους

Χωρίς ζωντανούς οργανισμούς, πολλά ιζηματογενή πετρώματα δεν θα είχαν σχηματιστεί καθόλου. Ο ορυκτολόγος Robert Hazen, ο οποίος συνέκρινε την ποικιλία ορυκτών στη Σελήνη (150 είδη), στον Άρη (500) και στον πλανήτη μας (πάνω από 5000), κατέληξε στο συμπέρασμα ότι η εμφάνιση χιλιάδων επίγειων ορυκτών σχετίζεται άμεσα ή έμμεσα με τη δραστηριότητα του βιόσφαιρα. Τα ιζηματογενή πετρώματα συσσωρεύονται στον πυθμένα των υδάτινων σωμάτων.

Βυθίζοντας σε βάθος, για εκατομμύρια και εκατοντάδες εκατομμύρια χρόνια, τα υπολείμματα των οργανισμών σχημάτισαν ισχυρές αποθέσεις, οι οποίες παρέμεναν να συμπιεστούν στην επιφάνεια με τη μορφή οροσειρών. Αυτό οφείλεται στην κίνηση και τη σύγκρουση τεράστιων τεκτονικών πλακών. Αλλά η ίδια η τεκτονική δεν θα ήταν δυνατή χωρίς τη διαίρεση των πετρωμάτων σε ένα είδος «σκοτεινής» και «ελαφριάς ύλης».

Το πρώτο αντιπροσωπεύεται, για παράδειγμα, από βασάλτες, όπου κυριαρχούν ορυκτά σκούρων τόνων - πυροξένια, ολιβίνες, βασικές πλαγιοκλάσες και μεταξύ των στοιχείων - μαγνήσιο και σίδηρος. Οι τελευταίοι, όπως οι γρανίτες, αποτελούνται από ανοιχτόχρωμα ορυκτά - χαλαζία, άστριο καλίου, πλαγιόκλες αλβίτη, πλούσια σε σίδηρο, αλουμίνιο και πυρίτιο.

Οι σκοτεινοί βράχοι είναι πιο πυκνοί από τους ανοιχτόχρωμους βράχους (κατά μέσο όρο 2,9 g / cm³ έναντι 2,5-2,7 g / cm³) και σχηματίζουν ωκεάνιες πλάκες. Όταν συγκρούονται με λιγότερο πυκνές, «ελαφριές» ηπειρωτικές πλάκες, οι ωκεάνιες βυθίζονται κάτω από αυτές και λιώνουν στα έγκατα του πλανήτη.

Η φωτεινή ζώνη των σιδηρομεταλλευμάτων αντανακλά την εποχιακή εναλλαγή σκούρων πυριτικών και κόκκινων σιδηρούχων στρωμάτων.

Τα παλαιότερα ορυκτά δείχνουν ότι ήταν η «σκοτεινή ύλη» που εμφανίστηκε πρώτη. Ωστόσο, αυτοί οι πυκνοί βράχοι δεν μπορούσαν να βυθιστούν στον εαυτό τους για να θέσουν σε κίνηση τις πλάκες. Αυτό απαιτούσε τη «φωτεινή πλευρά» - ορυκτά, τα οποία βρίσκονται σε έλλειψη στον ακίνητο φλοιό του Άρη και της Σελήνης.

Δεν είναι χωρίς λόγο που ο Robert Hazen πιστεύει ότι ήταν οι ζωντανοί οργανισμοί της Γης, που μετασχηματίζουν ορισμένους βράχους σε άλλους, που τελικά οδήγησαν στη συσσώρευση της «ελαφριάς ύλης» των πλακών. Φυσικά, αυτά τα πλάσματα - ως επί το πλείστον μονοκύτταροι ακτινομύκητες και άλλα βακτήρια - δεν έθεσαν στον εαυτό τους ένα τέτοιο σούπερ καθήκον. Στόχος τους, όπως πάντα, ήταν να βρουν φαγητό.

Σιδηρούχα μεταλλουργία των ωκεανών

Στην πραγματικότητα, το γυαλί από βασάλτη που εξερράγη από το ηφαίστειο αποτελείται από 17% σίδηρο και κάθε κυβικό μέτρο του είναι ικανό να τροφοδοτήσει 25 τετράδα δισεκατομμύρια βακτήρια σιδήρου. Ύπαρξη τουλάχιστον 1,9 δισεκατομμυρίων ετών, μετατρέπουν επιδέξια τον βασάλτη σε ένα «νανόφυλλο» γεμάτο με νέα ορυκτά αργίλου (τα τελευταία χρόνια, ένας τέτοιος μηχανισμός έχει αναγνωριστεί ως βιογενές εργοστάσιο αργιλικών ορυκτών). Όταν ένας τέτοιος βράχος αποστέλλεται στα έντερα για τήξη, σχηματίζονται νέα, «ελαφριά» ορυκτά από αυτό.

Πιθανώς είναι προϊόν βακτηρίων και σιδηρομεταλλευμάτων. Περισσότερα από τα μισά από αυτά σχηματίστηκαν μεταξύ 2, 6 και 1,85 δισεκατομμυρίων ετών και μόνο η μαγνητική ανωμαλία του Κουρσκ περιέχει περίπου 55 δισεκατομμύρια τόνους σιδήρου. Χωρίς ζωή, δύσκολα θα μπορούσαν να συσσωρευτούν: για την οξείδωση και την καθίζηση του διαλυμένου σιδήρου στον ωκεανό, απαιτείται ελεύθερο οξυγόνο, η εμφάνιση του οποίου στους απαιτούμενους όγκους είναι δυνατή μόνο λόγω φωτοσύνθεσης.

Τα βακτήρια Acidovorax διεγείρουν το σχηματισμό πράσινης σκουριάς - υδροξειδίου του σιδήρου.

Η ζωή είναι σε θέση να πραγματοποιήσει την «επεξεργασία» του σιδήρου και στα σκοτεινά, στερημένα οξυγόνο βάθη. Τα άτομα αυτού του μετάλλου, που παρασύρονται από υποβρύχιες πηγές, συλλαμβάνονται από βακτήρια ικανά να οξειδώσουν το σίδηρο για να σχηματίσουν σίδηρο σιδήρου, ο οποίος κατακάθεται στον πυθμένα με πράσινη σκουριά.

Πριν από μερικά δισεκατομμύρια χρόνια, όταν υπήρχε ακόμη πολύ λίγο οξυγόνο στον πλανήτη, αυτό συνέβαινε παντού, και σήμερα η δραστηριότητα αυτών των βακτηρίων μπορεί να φανεί σε ορισμένα υδάτινα σώματα φτωχά σε οξυγόνο.

Πολύτιμα μικρόβια

Είναι πιθανό ότι μεγάλα κοιτάσματα χρυσού δεν θα είχαν εμφανιστεί χωρίς τη συμμετοχή αναερόβιων βακτηρίων που δεν χρειάζονται οξυγόνο. Τα κύρια κοιτάσματα του πολύτιμου μετάλλου (συμπεριλαμβανομένου του Witwatersrand στη νότια Αφρική, όπου τα εξερευνημένα αποθέματα είναι περίπου 81 χιλιάδες τόνοι) σχηματίστηκαν πριν από 3, 8-2, 5 δισεκατομμύρια χρόνια.

Παραδοσιακά, πιστευόταν ότι τα τοπικά μεταλλεύματα χρυσού σχηματίστηκαν από τη μεταφορά και το πλύσιμο των σωματιδίων χρυσού από τα ποτάμια. Ωστόσο, η μελέτη του χρυσού Witwatersrand αποκαλύπτει μια εντελώς διαφορετική εικόνα: το μέταλλο «εξορύχθηκε» από αρχαία βακτήρια.

Ο Dieter Halbauer περιέγραψε περίεργες κολόνες άνθρακα πλαισιωμένες από σωματίδια καθαρού χρυσού το 1978. Για πολύ καιρό, η ανακάλυψή του δεν τράβηξε μεγάλη προσοχή μέχρι που η μικροσκοπική και ισοτοπική ανάλυση δειγμάτων μεταλλεύματος, η μοντελοποίηση του σχηματισμού μεταλλεύματος από αποικίες σύγχρονων μικροβίων και άλλοι υπολογισμοί επιβεβαίωσαν την ορθότητα του γεωλόγου.

Προφανώς, πριν από περίπου 2,6 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν τα ηφαίστεια εμπόρευσαν την ατμόσφαιρα με υδρόθειο, θειικό οξύ και διοξείδιο του θείου με υδρατμούς, οι όξινες βροχές παρέσυραν τους βράχους που περιείχαν διάσπαρτο χρυσό και μετέφεραν διαλύματα σε ρηχά νερά. Ωστόσο, το ίδιο το πολύτιμο μέταλλο ήρθε εκεί με τη μορφή των πιο επικίνδυνων ενώσεων για κάθε ζωντανό πλάσμα, όπως το κυάνιο.

Αποφεύγοντας την απειλή, τα μικρόβια «απολύμανε» το νερό, μειώνοντας τα τοξικά άλατα χρυσού σε οργανομεταλλικά σύμπλοκα ή ακόμα και σε καθαρό μέταλλο. Τα αστραφτερά σωματίδια εγκαταστάθηκαν στις βακτηριακές αποικίες, σχηματίζοντας εκμαγεία πολυκυτταρικών αλυσίδων, οι οποίες μπορούν τώρα να προβληθούν με ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης. Τα μικρόβια συνεχίζουν να κατακρημνίζουν χρυσό ακόμη και τώρα - αυτή η διαδικασία παρατηρείται, για παράδειγμα, σε θερμές πηγές στη Νέα Ζηλανδία, αν και σε πολύ μέτρια κλίμακα.

Τόσο το Witwatersrand όσο και, πιθανώς, άλλα κοιτάσματα της ίδιας ηλικίας ήταν το αποτέλεσμα της ζωτικής δραστηριότητας των βακτηριακών κοινοτήτων σε μια ατμόσφαιρα χωρίς οξυγόνο. Η μαγνητική ανωμαλία του Kursk και τα σχετικά κοιτάσματα σιδηρομεταλλεύματος σχηματίστηκαν στην αρχή της εποχής του οξυγόνου. Ωστόσο, περισσότερα κοιτάσματα αυτής της κλίμακας δεν εμφανίστηκαν και είναι απίθανο να αρχίσουν να διαμορφώνονται ξανά: η σύνθεση της ατμόσφαιρας, των πετρωμάτων και των υδάτων των ωκεανών έχει αλλάξει πολλές φορές από τότε.

Αλλά κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου, αμέτρητες γενιές ζωντανών οργανισμών έχουν επίσης αλλάξει, και καθένας από αυτούς κατάφερε να λάβει μέρος στην παγκόσμια εξέλιξη της Γης. Τα πυκνά θαλάσσια σφουγγάρια και οι δενδρώδεις αλογοουρές της ξηράς έχουν εξαφανιστεί, ακόμη και τα κοπάδια από μαμούθ ανήκουν στο παρελθόν, αφήνοντας ίχνη στη γεωλογία. Ήρθε η ώρα για άλλα όντα και νέες αλλαγές σε όλα τα κελύφη του πλανήτη μας - νερό, αέρας και πέτρα.