Kuinka mikro-organismit muodostivat maankuoren

2024 Kirjoittaja: Seth Attwood | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2023-12-16 16:04

Vuoret näyttävät erityisen vaikuttavilta loputtoman Mongolian aron taustalla. Jalkapäässä seisoessaan on kiusaus pohtia maapallon suoliston valtavaa voimaa, joka on kasannut näitä harjuja. Mutta jo matkalla huipulle silmiin pistää ohut kivireunuksia peittävä kuvio. Tämä sadevesi syövyttää hieman muinaisten arkeosyaattisienien, vuorijonon todellisten rakentajien, huokoisia luurankoja, jotka muodostivat vuoren.

Suuren rakentamisen pienet jättiläiset

Kerran, yli puoli miljardia vuotta sitten, ne nousivat lämpimän meren pohjasta vulkaanisen saaren kirkkaana riuttana. Hän kuoli peitettynä paksulla kuumalla tuhkakerroksella - jotkut arkeosyaatit jopa paloivat, ja jäätyneessä tuffissa säilyi onteloita.

Kuitenkin monet luurangot, jotka olivat kasvaneet yhteen elämänsä aikana ja "jäätyneet" kallioon kiertyneiden merisementtikerrosten kautta, pysyvät tavanomaisilla paikoillaan vielä tänäkin päivänä, kun meri on ollut kauan poissa. Jokainen tällainen luuranko on pienempi kuin pikkusormi. Kuinka monta siellä on?

Pienten radiolaarien luurangot muodostavat vuorijonojen piipitoisia kiviä.

Kun on arvioitu matalan vuoren tilavuus (n. kilometri leveä jalansijasta ja noin 300 m korkea), voimme laskea, että sen rakentamiseen osallistui noin 30 miljardia sientä. Tämä on karkeasti aliarvioitu luku: monet luurangot on jo pitkään hierottu jauheeksi, toiset ovat täysin liuenneet ilman, että niitä on ehtinyt peittää suojaavilla sedimenttikerroksilla. Ja tämä on vain yksi vuori, ja Mongolian länsiosassa on kokonaisia vuoristoja.

Kuinka kauan kesti pienillä sienillä saada päätökseen näin suurenmoinen "projekti"?

Ja tässä on toinen kallio lähellä, pienempi, eikä valkoinen, kalkkikivi, vaan punertavan harmaa. Se muodostuu ohuista piipitoisista liuskekerroksista, jotka ovat ruosteisia raudan sulkeumien hapettumisen vuoksi. Kerran nämä vuoret olivat merenpohjaa, ja jos jaoit oikein kerroksia pitkin (lyö kovaa, mutta varovasti), niin avautuvalla pinnalla voit nähdä lukemattomia 3-5 mm neuloja ja ristejä.

Nämä ovat merisienien jäänteitä, mutta toisin kuin koko arkeosyaattien kalkkipitoinen luuranko, niiden pohja muodostuu erillisistä piielementeistä (spicules). Siksi kuollessaan he murenivat ja täyttivät pohjan "yksityiskohtillaan".

Jokaisen sienen luuranko koostui vähintään tuhannesta "neulasta", joista noin 100 tuhatta on hajallaan jokaiselle neliömetrille. Yksinkertaisen aritmeettisen avulla voimme arvioida, kuinka monta eläintä tarvitsi muodostaa 20 metrin kerros vähintään 200 x 200 m: 800 miljardia. Ja tämä on vain yksi korkeuksista ympärillämme - ja vain pari karkeaa laskelmaa. Mutta jo heistä on selvää, että mitä pienemmät organismit ovat, sitä suurempi on niiden luova voima: Maan päärakentajat ovat yksisoluisia.

Yksisoluisten planktonlevien - kokkoliittien - harjakattoiset kalkkipitoiset levyt yhdistetään suuriksi kookosfääriksi, ja mureneessaan ne muuttuvat liitukertymiksi.

Maalla, vedessä ja ilmassa

Tiedetään, että joka 1 cm³Kirjoitusliitu sisältää noin 10 miljardia hienoja kalkkipitoisia planktonleväkokkolitoforideja. Paljon myöhemmin kuin Mongolian merien aikaan, mesotsoisella ja nykyisellä Cenozoic aikakaudella, he pystyttivät Englannin kalkkikalliot, Volgan Zhigulit ja muut massiivit, jotka peittivät kaikkien nykyisten valtamerten pohjan.

Heidän rakennustoiminnan laajuus on hämmästyttävä. Mutta ne haalistuvat verrattuna muihin muutoksiin, joita hänen oma elämänsä on tehnyt planeetalla.

Merien ja valtamerten suolaisen maun määrää kloorin ja natriumin läsnäolo. Merieläimet eivät tarvitse kumpaakaan alkuainetta suurina määrinä, ja ne kerääntyvät vesiliuokseen. Mutta melkein kaikki muu - kaikki mitä joet kuljettavat ja tulee suolistosta kuumien pohjalähteiden kautta - imeytyy hetkessä. Yksisoluiset piilevät ja radiolaariat hankkivat piin koristeellisista kuoristaan.

Lähes kaikki organismit tarvitsevat fosforia, kalsiumia ja tietysti hiiltä. Mielenkiintoista on, että kalkkipitoinen luuranko (kuten korallien tai muinaisten arkeosyaattien) syntyy hiilidioksidin vapautuessa, joten kasvihuoneilmiö on riuttojen rakentamisen sivutuote.

Kokkolitoforidit imevät paitsi kalsiumia vedestä, myös liuennutta rikkiä. Sitä tarvitaan orgaanisten yhdisteiden synteesiin, jotka lisäävät levien kelluvuutta ja mahdollistavat niiden pysymisen lähellä valaistua pintaa.

Kun nämä solut kuolevat, orgaaniset aineet hajoavat ja haihtuvat rikkiyhdisteet haihtuvat veden mukana toimien siemenenä pilvien muodostumiselle. Litrassa merivettä voi olla jopa 200 miljoonaa kokkolitoforidia, ja nämä yksisoluiset organismit toimittavat vuosittain jopa 15,5 miljoonaa tonnia rikkiä ilmakehään – lähes kaksi kertaa enemmän kuin maatulivuoret.

Aurinko pystyy antamaan maapallolle 100 miljoonaa kertaa enemmän energiaa kuin planeetan oma suolet (3400 W/m² vastaan 0,00009 W / m²). Fotosynteesin ansiosta elämä voi käyttää näitä resursseja ja saada voimaa, joka ylittää geologisten prosessien mahdollisuudet. Tietenkin suuri osa auringon lämmöstä yksinkertaisesti haihtuu. Mutta kaikesta huolimatta elävien organismien tuottama energiavirta on 30 kertaa suurempi kuin geologinen. Elämä on hallinnut planeettaa ainakin 4 miljardia vuotta.

Alkuperäinen kulta muodostaa joskus outoja kiteitä, jotka ovat arvokkaampia kuin itse jalometalli.

Valon voimat, pimeyden voimat

Ilman eläviä organismeja monia sedimenttikiviä ei olisi muodostunut ollenkaan. Mineralogi Robert Hazen, joka vertasi eri mineraaleja Kuussa (150 lajia), Marsissa (500) ja planeetallamme (yli 5000), päätteli, että tuhansien maanpäällisten mineraalien esiintyminen liittyy suoraan tai epäsuorasti sen toimintaan. biosfääri. Sedimenttikiviä kertyi vesistöjen pohjalle.

Uppoutuessaan syvyyteen miljoonien ja satojen miljoonien vuosien aikana organismien jäännökset muodostivat voimakkaita kerrostumia, jotka jäivät puristumaan pintaan vuorijonoina. Tämä johtuu valtavien tektonisten levyjen liikkeestä ja törmäyksestä. Mutta tektoniikka itsessään ei olisi ollut mahdollista ilman kivien jakamista eräänlaisiin "pimeisiin" ja "kevyisiin aineisiin".

Ensimmäistä edustavat esimerkiksi basaltit, joissa vallitsevat tummien sävyjen mineraalit - pyrokseenit, oliviinit, emäksiset plagioklaasit ja alkuaineista - magnesium ja rauta. Jälkimmäiset, kuten graniitit, koostuvat vaaleista mineraaleista - kvartsista, kaliummaasälpäistä, albiittiplagioklaaseista, joissa on runsaasti rautaa, alumiinia ja piitä.

Tummat kivet ovat tiheämpiä kuin vaaleat kivet (keskimäärin 2,9 g / cm³ vastaan 2,5-2,7 g / cm³) ja muodostavat valtameren laattoja. Törmäyksessä vähemmän tiheiden, "kevyiden" mannerlaattojen kanssa valtameriset vajoavat niiden alle ja sulavat planeetan suolistossa.

Rautamalmien kirkas vyöhyke heijastaa tummien piipitoisten ja punaisten rautapitoisten kerrosten vuodenaikojen vaihtelua.

Vanhimmat mineraalit osoittavat, että "pimeä aine" ilmestyi ensimmäisenä. Nämä tiheät kivet eivät kuitenkaan pystyneet uppoamaan itseensä panemaan levyjä liikkeelle. Tämä vaati "kirkkaan puolen" - mineraaleja, joista on pulaa Marsin ja Kuun liikkumattomassa kuoressa.

Ei ilman syytä, että Robert Hazen uskoo, että Maan elävät organismit muuttivat joitain kiviä toisiksi, mikä lopulta johti levyjen "kevyen aineen" kerääntymiseen. Tietenkään nämä olennot - suurimmaksi osaksi yksisoluiset aktinomykeetit ja muut bakteerit - eivät asettaneet itselleen niin suurta tehtävää. Heidän tavoitteenaan oli, kuten aina, löytää ruokaa.

Valtamerten rautametallurgia

Itse asiassa tulivuoren purkamassa basalttilasissa on 17 % rautaa, ja jokainen kuutiometri sitä pystyy ruokkimaan 25 kvadriljoonaa rautabakteeria. Olemassa vähintään 1,9 miljardia vuotta, ne muuttavat taitavasti basalttia "nanoshetiksi", joka on täynnä uusia savimineraaleja (viime vuosina tällainen mekanismi on tunnustettu biogeeniseksi savimineraalien tehtaaksi). Kun tällainen kivi lähetetään suolistoon sulamaan, siitä muodostuu uusia, "kevyitä" mineraaleja.

Todennäköisesti bakteerien ja rautamalmien tuote. Yli puolet niistä muodostui 2, 6 ja 1,85 miljardia vuotta sitten, ja pelkästään Kurskin magneettinen anomalia sisältää noin 55 miljardia tonnia rautaa. Ilman elämää ne tuskin voisivat kertyä: valtamereen liuenneen raudan hapettumiseen ja saostumiseen tarvitaan vapaata happea, jonka esiintyminen vaadituissa tilavuuksissa on mahdollista vain fotosynteesin ansiosta.

Acidovorax-bakteerit stimuloivat vihreän ruosteen - rautahydroksidin muodostumista.

Elämä pystyy suorittamaan raudan "käsittelyn" ja pimeässä, happipuutteisessa syvyydessä. Tämän metallin atomit, joita vedenalaiset lähteet kuljettavat, vangitsevat bakteerit, jotka pystyvät hapettamaan rautaraudan muodostamaan rautaraudan, joka laskeutuu pohjaan vihreänä ruosteena.

Pari miljardia vuotta sitten, kun planeetalla oli vielä hyvin vähän happea, näin tapahtui kaikkialla, ja nykyään näiden bakteerien toimintaa on havaittavissa joissakin happiköyhissä vesistöissä.

Arvokkaita mikrobeja

On mahdollista, että suuria kultaesiintymiä ei olisi ilmaantunut ilman anaerobisten bakteerien osallistumista, jotka eivät tarvitse happea. Tärkeimmät jalometalliesiintymät (mukaan lukien Witwatersrand Etelä-Afrikassa, jossa tutkitut varat ovat noin 81 tuhatta tonnia) muodostuivat 3, 8-2, 5 miljardia vuotta sitten.

Perinteisesti uskottiin, että paikalliset kultamalmit muodostuivat kultahiukkasten siirtämisestä ja pesemisestä jokien mukana. Witwatersrandin kullan tutkiminen paljastaa kuitenkin täysin toisenlaisen kuvan: metallin "louhisivat" muinaiset bakteerit.

Dieter Halbauer kuvasi vuonna 1978 outoja hiilipylväitä, joita kehystävät puhtaan kullan hiukkaset. Pitkään aikaan hänen löytönsä ei herättänyt suurta huomiota, ennen kuin malminäytteiden mikroskooppinen ja isotooppinen analyysi, malmin muodostumisen mallinnus nykyaikaisten mikrobipesäkkeiden avulla ja muut laskelmat vahvistivat geologin oikeellisuuden.

Ilmeisesti noin 2,6 miljardia vuotta sitten, kun tulivuoret kyllästtivät ilmakehän rikkivedyllä, rikkihapolla ja rikkidioksidilla vesihöyryllä, happosateet huuhtoivat pois hajallaan olevaa kultaa sisältävät kivet ja kantoivat liuoksia matalaan veteen. Itse jalometalli tuli kuitenkin sinne eläville olennoille vaarallisimpien yhdisteiden, kuten syanidin, muodossa.

Välttääkseen uhan mikrobit "desinfioivat" veden ja muuttivat myrkylliset kultasuolat organometallisiksi komplekseiksi tai jopa puhtaaksi metalliksi. Kimaltelevat hiukkaset asettuivat bakteeripesäkkeisiin muodostaen monisoluisia ketjuja, joita voidaan nyt tarkastella pyyhkäisyelektronimikroskoopilla. Mikrobit jatkavat kullan saostamista nytkin - tätä prosessia havaitaan esimerkiksi Uuden-Seelannin kuumissa lähteissä, vaikkakin hyvin vaatimattomassa mittakaavassa.

Sekä Witwatersrand että luultavasti muut samanikäiset esiintymät olivat seurausta bakteeriyhteisöjen elintärkeästä toiminnasta hapettomassa ilmakehässä. Kurskin magneettinen anomalia ja siihen liittyvät rautamalmiesiintymät muodostuivat happikauden alussa. Tämän mittakaavan lisää esiintymiä ei kuitenkaan ilmaantunut, eivätkä ne tuskin alkaisi enää muotoutua: ilmakehän, kivien ja merivesien koostumus on muuttunut sen jälkeen monta kertaa.

Mutta tänä aikana lukemattomat elävien organismien sukupolvet ovat myös vaihtuneet, ja jokainen heistä onnistui osallistumaan maapallon globaaliin kehitykseen. Maan merisienet ja puumaiset korteet ovat kadonneet, jopa mammuttilaumat ovat menneisyyttä jättäen jälkensä geologiaan. On tullut aika muille olennoille ja uusille muutoksille planeettamme kaikissa kuorissa - vedessä, ilmassa ja kivessä.