Hvordan mikroorganismer dannede jordskorpen

2024 Forfatter: Seth Attwood | [email protected]. Sidst ændret: 2023-12-16 16:01

Bjergene ser særligt imponerende ud på baggrund af den endeløse mongolske steppe. Stående ved foden fristes man til at reflektere over den kolossale kraft af jordens tarme, der har stablet disse kamme op. Men allerede på vej til toppen falder et tyndt mønster, der dækker klippeafsatserne, i øjnene. Dette regnvand tærede lidt på de porøse skeletter af de gamle arkæocyatiske svampe, der udgjorde bjerget, bjergkædens virkelige byggere.

Små giganter af stor konstruktion

Engang for mere end en halv milliard år siden rejste de sig fra bunden af et varmt hav som et lyst rev på en vulkanø. Han døde, dækket af et tykt lag varm aske - nogle arkæocyater blev endda brændt ud, og hulrum blev bevaret i den frosne tuf.

Men mange skeletter, som var vokset sammen i løbet af deres levetid og "frosset" ind i klippen af snoede lag af havcement, forbliver på deres sædvanlige steder også i dag, hvor havet for længst har været væk. Hvert sådant skelet er mindre end en lillefinger. Hvor mange er der?

Skeletterne af små radiolarier danner bjergkædernes kiselholdige klipper.

Efter at have estimeret volumen af et lavt bjerg (ca. en kilometer på tværs ved foden og omkring 300 m i højden), kan vi beregne, at omkring 30 milliarder svampe deltog i dets konstruktion. Dette er en groft undervurderet figur: mange skeletter er længe blevet gnidet til pulver, andre er helt opløst uden at have tid til at blive dækket med beskyttende lag af sediment. Og dette er kun ét bjerg, og i den vestlige del af Mongoliet er der hele bjergkæder.

Hvor lang tid tog det for små svampe at gennemføre sådan et grandiost "projekt"?

Og her er en anden klippe i nærheden, mindre, og ikke hvid, kalksten, men rødgrå. Den er dannet af tynde lag af kiselholdig skifer, rusten på grund af oxidation af jernindeslutninger. På et tidspunkt var disse bjerge havbunden, og hvis man deler sig rigtigt langs lagene (slå hårdt, men forsigtigt), så kan man på overfladen, der åbner sig, se myriader af nåle og krydser på 3-5 mm.

Disse er rester af havsvampe, men i modsætning til hele kalkskelettet af arkæocyater er deres base dannet af separate siliciumelementer (spicules). Derfor, efter at de døde, smuldrede de, strøede bunden med deres "detaljer".

Skelettet af hver svamp bestod af mindst tusind "nåle", omkring 100 tusinde af dem er spredt på hver kvadratmeter. Simpel aritmetik giver os mulighed for at estimere, hvor mange dyr der skulle til for at danne et 20 meter langt lag på et areal på mindst 200 x 200 m: 800 milliarder Og dette er blot en af højderne omkring os - og kun et par grove beregninger. Men allerede fra dem er det klart, at jo mindre organismerne er, jo større er deres kreative kraft: Jordens hovedbyggere er encellede.

Gennembrudte kalkplader af encellede planktonalger - coccoliths - kombineres til store coccosfærer, og når de smuldrer, bliver de til kridtaflejringer.

På land, i vand og i luften

Det er kendt, at i hver 1 cm³Skrivekridt indeholder omkring 10 milliarder fine kalkholdige skæl af planktonalger coccolithophorider. Meget senere end de mongolske haves tid, i den mesozoiske og den nuværende cenozoiske æra, rejste de Englands kridtklipper, Volga Zhiguli og andre massiver, dækkede bunden af alle moderne oceaner.

Omfanget af deres byggeaktiviteter er fantastisk. Men de blegner i sammenligning med andre transformationer, som hendes eget liv har foretaget på planeten.

Den salte smag af havene og oceanerne bestemmes af tilstedeværelsen af klor og natrium. Ingen af grundstofferne kræves af havdyr i store mængder, og de akkumuleres i vandig opløsning. Men næsten alt andet - alt hvad der føres af floder og kommer fra tarmene gennem varme bundkilder - absorberes på et øjeblik. Silicium tages for deres udsmykkede skaller af encellede kiselalger og radiolarier.

Næsten alle organismer har brug for fosfor, calcium og selvfølgelig kulstof. Interessant nok sker skabelsen af et kalkholdigt skelet (som af koraller eller gamle arkæocyater) med frigivelsen af kuldioxid, så drivhuseffekten er et biprodukt af bygning af rev.

Coccolithophorider absorberer ikke kun calcium fra vand, men også opløst svovl. Det er nødvendigt for syntesen af organiske forbindelser, der øger algernes opdrift og tillader dem at forblive tæt på en oplyst overflade.

Når disse celler dør, desintegrerer de organiske stoffer, og de flygtige svovlforbindelser fordamper sammen med vandet og tjener som et frø til dannelsen af skyer. En liter havvand kan indeholde op til 200 millioner coccolithophorider, og hvert år leverer disse encellede organismer op til 15,5 millioner tons svovl til atmosfæren - næsten dobbelt så meget som landvulkaner.

Solen er i stand til at give Jorden 100 millioner gange mere energi end planetens egne tarme (3400 W/m)² mod 0,00009 W/m²). Takket være fotosyntesen kan livet bruge disse ressourcer og få kraft, der overstiger de geologiske processers muligheder. Meget af solens varme forsvinder naturligvis ganske enkelt. Men alligevel er strømmen af energi produceret af levende organismer 30 gange højere end den geologiske. Livet har kontrolleret planeten i mindst 4 milliarder år.

Indfødt guld danner nogle gange bizarre krystaller, der er mere værdifulde end selve det ædle metall.

Lysets kræfter, mørkets kræfter

Uden levende organismer ville mange sedimentære bjergarter slet ikke være blevet dannet. Mineralog Robert Hazen, der sammenlignede mangfoldigheden af mineraler på Månen (150 arter), Mars (500) og vores planet (mere end 5000), konkluderede, at forekomsten af tusindvis af jordbaserede mineraler er direkte eller indirekte relateret til aktiviteten af dens biosfære. Sedimentære bjergarter akkumulerede på bunden af vandområder.

Synkende til en dybde, over millioner og hundreder af millioner af år, dannede resterne af organismer kraftige aflejringer, som var tilbage at blive presset ud til overfladen i form af bjergkæder. Dette skyldes bevægelse og kollision af enorme tektoniske plader. Men selve tektonikken ville ikke have været mulig uden at opdele klipperne i en slags "mørkt" og "let stof".

Den første er for eksempel repræsenteret af basalter, hvor mineraler af mørke toner dominerer - pyroxener, oliviner, basale plagioklaser, og blandt grundstofferne - magnesium og jern. Sidstnævnte, såsom granitter, er sammensat af lyse mineraler - kvarts, kalium feldspat, albit plagioklaser, rig på jern, aluminium og silicium.

Mørke sten er tættere end lyse sten (i gennemsnit 2,9 g / cm³ mod 2,5-2,7 g/cm³) og danner oceaniske plader. Når de kolliderer med mindre tætte, "lette" kontinentalplader, synker oceaniske plader under dem og smelter i planetens indvolde.

Jernmalmenes lyse bånd afspejler årstidens vekslen mellem mørke kiselholdige og røde jernholdige lag.

De ældste mineraler indikerer, at det var "mørkt stof", der dukkede op først. Disse tætte sten kunne dog ikke synke ned i sig selv for at sætte pladerne i gang. Dette krævede den "lyse side" - mineraler, som er en mangelvare i den ubevægelige skorpe på Mars og Månen.

Det er ikke uden grund, at Robert Hazen mener, at det var Jordens levende organismer, som omdannede nogle klipper til andre, der i sidste ende førte til akkumuleringen af pladernes "lette stof". Disse skabninger - for det meste encellede actinomycetes og andre bakterier - stillede sig naturligvis ikke sådan en super opgave. Deres mål var som altid at finde mad.

Havets jernmetallurgi

Faktisk er basaltglasset, der er udbrudt af vulkanen, 17 % jern, og hver kubikmeter af det er i stand til at brødføde 25 kvadrillioner jernbakterier. Eksisterende i mindst 1,9 milliarder år omdanner de dygtigt basalt til en "nanoshet" fyldt med nye lermineraler (i de seneste år er en sådan mekanisme blevet anerkendt som en biogen fabrik af lermineraler). Når en sådan sten sendes til tarmene til smeltning, dannes nye, "lette" mineraler fra den.

Sandsynligvis et produkt af bakterier og jernmalme. Mere end halvdelen af dem blev dannet for mellem 2, 6 og 1,85 milliarder år siden, og alene Kursks magnetiske anomali indeholder omkring 55 milliarder tons jern. Uden liv kunne de næppe akkumulere: til oxidation og udfældning af jern opløst i havet kræves fri ilt, hvis udseende i de nødvendige volumener kun er muligt på grund af fotosyntese.

Acidovorax bakterier stimulerer dannelsen af grøn rust - jernhydroxid.

Livet er i stand til at udføre "forarbejdning" af jern og i mørke, iltfattige dybder. Atomerne af dette metal, der føres bort af undervandskilder, fanges af bakterier, der er i stand til at oxidere jernholdigt jern til dannelse af jernholdigt jern, som sætter sig til bunden med grøn rust.

For et par milliarder år siden, hvor der stadig var meget lidt ilt på kloden, skete dette overalt, og i dag kan disse bakteriers aktivitet ses i nogle iltfattige vandområder.

Ædle mikrober

Det er muligt, at store forekomster af guld ikke ville være opstået uden deltagelse af anaerobe bakterier, der ikke har brug for ilt. De vigtigste aflejringer af ædelmetal (inklusive i Witwatersrand i det sydlige Afrika, hvor de udforskede reserver er omkring 81 tusinde tons) blev dannet for 3, 8-2, 5 milliarder år siden.

Traditionelt mente man, at de lokale guldmalme blev dannet ved overførsel og vask af guldpartikler af floder. Undersøgelsen af Witwatersrand-guld afslører dog et helt andet billede: Metallet blev "udvundet" af gamle bakterier.

Dieter Halbauer beskrev mærkelige kulstofsøjler indrammet af partikler af rent guld tilbage i 1978. I lang tid tiltrak hans opdagelse ikke megen opmærksomhed, før mikroskopisk og isotopisk analyse af malmprøver, modellering af malmdannelse ved kolonier af moderne mikrober og andre beregninger bekræftede geologens rigtighed.

Tilsyneladende, for omkring 2,6 milliarder år siden, da vulkaner mættede atmosfæren med svovlbrinte, svovlsyre og svovldioxid med vanddamp, skyllede sur nedbør klipperne med spredt guld væk og førte opløsninger til lavt vand. Men selve ædle metallet kom der i form af de farligste forbindelser for alle levende væsner, som cyanid.

For at afværge truslen "desinficerede" mikrober vandet og reducerede giftige guldsalte til organometalliske komplekser eller endda til rent metal. De glitrende partikler satte sig på bakteriekolonierne og dannede afstøbninger af flercellede kæder, som nu kan ses med et scanningselektronmikroskop. Mikrober fortsætter med at udfælde guld selv nu - denne proces observeres for eksempel i varme kilder i New Zealand, omend i meget beskeden skala.

Både Witwatersrand og sandsynligvis andre aflejringer af samme alder var resultatet af bakteriesamfundenes vitale aktivitet i en iltfri atmosfære. Kursk Magnetic Anomaly og beslægtede jernmalmsaflejringer blev dannet i begyndelsen af iltepoken. Men flere aflejringer af denne skala dukkede ikke op og vil sandsynligvis aldrig begynde at tage form igen: sammensætningen af atmosfæren, klipperne og havvandene har ændret sig mange gange siden da.

Men i løbet af denne tid har utallige generationer af levende organismer også ændret sig, og hver af dem formåede at tage del i Jordens globale udvikling. Landets krat af havsvampe og trælignende padderok er forsvundet, selv flokke af mammutter er fortid og efterlader spor i geologien. Tiden er inde til andre væsener og nye ændringer i alle skallerne på vores planet – vand, luft og sten.