Bagaimana mikroorganisma membentuk kerak bumi

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Diubah suai terakhir: 2023-12-16 16:12

Pergunungan kelihatan sangat mengagumkan dengan latar belakang padang rumput Mongolia yang tidak berkesudahan. Berdiri di kaki, seseorang tergoda untuk merenung kuasa besar perut bumi yang telah menimbun rabung ini. Tetapi sudah dalam perjalanan ke puncak, corak nipis yang menutupi tebing berbatu menarik perhatian. Air hujan ini menghakis sedikit rangka berliang span archaeocyate purba yang membentuk gunung, pembina sebenar banjaran gunung.

Gergasi kecil pembinaan besar

Pernah, lebih daripada setengah bilion tahun yang lalu, mereka bangkit dari dasar laut yang hangat sebagai terumbu karang yang cerah di pulau gunung berapi. Dia mati, ditutup dengan lapisan tebal abu panas - beberapa archaeocyate telah dibakar, dan rongga telah dipelihara dalam tuf beku.

Walau bagaimanapun, banyak rangka, yang telah tumbuh bersama semasa hayat mereka dan "beku" menjadi batu oleh penggulungan lapisan simen laut, kekal di tempat biasa mereka walaupun hari ini, apabila laut telah lama hilang. Setiap rangka itu lebih kecil daripada jari kelingking. Berapa ramai yang berada disana?

Rangka radiolarian kecil membentuk batu silika di banjaran gunung.

Setelah menganggarkan isipadu gunung yang rendah (kira-kira satu kilometer melintang di kaki dan kira-kira 300 m tinggi), kita boleh mengira bahawa kira-kira 30 bilion span mengambil bahagian dalam pembinaannya. Ini adalah angka yang sangat dipandang rendah: banyak rangka telah lama digosok menjadi serbuk, yang lain telah dibubarkan sepenuhnya, tanpa mempunyai masa untuk ditutup dengan lapisan pelindung sedimen. Dan ini hanya satu gunung, dan di barat Mongolia terdapat keseluruhan julat.

Berapa lamakah masa yang diambil untuk span kecil untuk menyiapkan "projek" yang begitu hebat?

Dan di sini terdapat satu lagi tebing berhampiran, lebih kecil, dan bukan putih, batu kapur, tetapi kelabu kemerahan. Ia dibentuk oleh lapisan nipis syal silikas, berkarat disebabkan oleh pengoksidaan kemasukan besi. Pada satu masa, gunung ini adalah dasar laut, dan jika anda membelah dengan betul di sepanjang lapisan (dipukul dengan kuat, tetapi berhati-hati), maka di permukaan yang terbuka anda dapat melihat berjuta-juta jarum dan salib 3-5 mm.

Ini adalah sisa-sisa span laut, tetapi, berbeza dengan keseluruhan rangka berkapur archaeocyates, asasnya terbentuk daripada unsur silikon yang berasingan (spikula). Oleh itu, setelah mati, mereka runtuh, berselerak di bahagian bawah dengan "butiran" mereka.

Rangka setiap span terdiri daripada sekurang-kurangnya seribu "jarum", kira-kira 100 ribu daripadanya bertaburan pada setiap meter persegi. Aritmetik mudah membolehkan kita menganggarkan berapa banyak haiwan yang diperlukan untuk membentuk lapisan 20 meter pada kawasan seluas sekurang-kurangnya 200 x 200 m: 800 bilion. Dan ini hanyalah salah satu ketinggian di sekeliling kita - dan hanya beberapa pengiraan kasar. Tetapi sudah jelas dari mereka bahawa semakin kecil organisma, semakin besar kuasa kreatif mereka: pembina utama Bumi adalah unisel.

Plat berkapur kerawang daripada alga planktonik uniselular - coccoliths - digabungkan menjadi coccospheres besar, dan apabila ia runtuh, ia berubah menjadi deposit kapur.

Di darat, di air dan di udara

Adalah diketahui bahawa dalam setiap 1 cm³Kapur tulis mengandungi kira-kira 10 bilion sisik berkapur halus coccolithophorids alga planktonik. Lebih lewat daripada zaman laut Mongolia, pada zaman Mesozoik dan zaman Cenozoik sekarang, mereka mendirikan tebing kapur England, Volga Zhiguli dan jisim lain, meliputi dasar semua lautan moden.

Skala aktiviti pembinaan mereka sangat mengagumkan. Tetapi mereka pucat berbanding dengan transformasi lain yang telah dibuat oleh hidupnya sendiri di planet ini.

Rasa masin laut dan lautan ditentukan oleh kehadiran klorin dan natrium. Kedua-dua unsur tidak diperlukan oleh makhluk laut dalam kuantiti yang banyak, dan ia terkumpul dalam larutan akueus. Tetapi hampir segala-galanya - segala-galanya yang dibawa oleh sungai dan datang dari usus melalui mata air panas - diserap dalam sekelip mata. Silikon diambil untuk cangkerang hiasan mereka oleh diatom uniselular dan radiolaria.

Hampir semua organisma memerlukan fosforus, kalsium dan, sudah tentu, karbon. Menariknya, penciptaan rangka berkapur (seperti batu karang atau archaeocyate purba) berlaku dengan pembebasan karbon dioksida, jadi kesan rumah hijau adalah hasil sampingan daripada membina terumbu.

Coccolithophorides menyerap bukan sahaja kalsium dari air, tetapi juga sulfur terlarut. Ia diperlukan untuk sintesis sebatian organik yang meningkatkan daya apungan alga dan membolehkan mereka kekal dekat dengan permukaan yang diterangi.

Apabila sel-sel ini mati, organik hancur, dan sebatian sulfur yang meruap tersejat bersama air, berfungsi sebagai benih untuk pembentukan awan. Satu liter air laut boleh mengandungi sehingga 200 juta coccolithophorids, dan setiap tahun organisma uniselular ini membekalkan sehingga 15.5 juta tan sulfur ke atmosfera - hampir dua kali lebih banyak daripada gunung berapi darat.

Matahari mampu memberi Bumi 100 juta kali lebih tenaga daripada usus planet itu sendiri (3400 W / m² terhadap 0.00009 W / m²). Terima kasih kepada fotosintesis, kehidupan boleh menggunakan sumber ini, memperoleh kuasa yang melebihi keupayaan proses geologi. Sudah tentu, kebanyakan haba matahari dilesapkan. Tetapi semua yang sama, aliran tenaga yang dihasilkan oleh organisma hidup adalah 30 kali lebih tinggi daripada yang geologi. Kehidupan telah mengawal planet ini selama sekurang-kurangnya 4 bilion tahun.

Emas asli kadangkala membentuk kristal pelik yang lebih berharga daripada logam berharga itu sendiri.

Kekuatan cahaya, kuasa kegelapan

Tanpa organisma hidup, banyak batuan sedimen tidak akan terbentuk sama sekali. Ahli mineralogi Robert Hazen, yang membandingkan kepelbagaian mineral di Bulan (150 spesies), Marikh (500) dan planet kita (lebih daripada 5000), menyimpulkan bahawa penampilan beribu-ribu mineral terestrial secara langsung atau tidak langsung berkaitan dengan aktivitinya. biosfera. Batuan sedimen terkumpul di dasar badan air.

Tenggelam ke kedalaman, selama berjuta-juta dan ratusan juta tahun, sisa-sisa organisma membentuk mendapan yang kuat, yang kekal untuk diperah ke permukaan dalam bentuk banjaran gunung. Ini disebabkan oleh pergerakan dan perlanggaran plat tektonik yang besar. Tetapi tektonik itu sendiri tidak mungkin berlaku tanpa membahagikan batu kepada sejenis "gelap" dan "jirim cahaya".

Yang pertama diwakili, sebagai contoh, oleh basalt, di mana mineral nada gelap mendominasi - piroksen, olivin, plagioklas asas, dan antara unsur - magnesium dan besi. Yang terakhir, seperti granit, terdiri daripada mineral berwarna terang - kuarza, kalium feldspar, plagioklas albit, kaya dengan besi, aluminium dan silikon.

Batuan gelap lebih tumpat daripada batuan ringan (secara purata 2.9 g / cm³ terhadap 2.5-2.7 g / cm³) dan membentuk plat lautan. Apabila berlanggar dengan plat benua "ringan" yang kurang tumpat, plat lautan tenggelam di bawahnya dan cair di dalam perut planet ini.

Jalinan terang bijih besi mencerminkan silih bermusim lapisan silikaus gelap dan ferugin merah.

Mineral tertua menunjukkan bahawa ia adalah "bahan gelap" yang muncul dahulu. Walau bagaimanapun, batu-batu padat ini tidak dapat tenggelam ke dalam diri mereka sendiri untuk menggerakkan plat. Ini memerlukan "sisi terang" - mineral, yang kekurangan bekalan dalam kerak Marikh dan Bulan yang tidak bergerak.

Bukan tanpa sebab Robert Hazen percaya bahawa organisma hidup Bumi, mengubah beberapa batu menjadi lain, yang akhirnya membawa kepada pengumpulan "jirim cahaya" plat. Sudah tentu, makhluk-makhluk ini - untuk sebahagian besar actinomycetes uniselular dan bakteria lain - tidak menetapkan diri mereka tugas yang sangat hebat. Matlamat mereka, seperti biasa, adalah untuk mencari makanan.

Metalurgi ferus lautan

Malah, kaca basalt yang meletus oleh gunung berapi adalah 17% besi, dan setiap meter padu daripadanya mampu memberi makan 25 kuadrilion bakteria besi. Sekurang-kurangnya 1.9 bilion tahun yang sedia ada, mereka dengan mahir mengubah basalt menjadi "nanoshet" yang dipenuhi dengan mineral tanah liat baharu (dalam beberapa tahun kebelakangan ini, mekanisme sedemikian telah diiktiraf sebagai kilang biogenik mineral tanah liat). Apabila batu seperti itu dihantar ke usus untuk mencairkan, mineral "ringan" baru terbentuk daripadanya.

Mungkin hasil bakteria dan bijih besi. Lebih separuh daripadanya terbentuk antara 2, 6 dan 1.85 bilion tahun yang lalu, dan anomali magnet Kursk sahaja mengandungi kira-kira 55 bilion tan besi. Tanpa kehidupan, mereka hampir tidak dapat berkumpul: untuk pengoksidaan dan pemendakan besi yang dibubarkan di lautan, oksigen bebas diperlukan, yang penampilannya dalam jumlah yang diperlukan hanya mungkin disebabkan oleh fotosintesis.

Bakteria Acidovorax merangsang pembentukan karat hijau - hidroksida besi.

Kehidupan mampu menjalankan "pemprosesan" besi dan dalam kegelapan, kedalaman kekurangan oksigen. Atom logam ini, yang dibawa oleh sumber bawah air, ditangkap oleh bakteria yang mampu mengoksidakan besi ferus untuk membentuk besi ferik, yang mendap ke bawah dengan karat hijau.

Beberapa bilion tahun yang lalu, apabila oksigen masih sangat sedikit di planet ini, ini berlaku di mana-mana, dan hari ini aktiviti bakteria ini boleh dilihat di beberapa badan air yang kurang oksigen.

Mikrob berharga

Ada kemungkinan deposit emas yang besar tidak akan muncul tanpa penyertaan bakteria anaerobik yang tidak memerlukan oksigen. Deposit utama logam berharga (termasuk di Witwatersrand di selatan Afrika, di mana rizab yang diterokai adalah kira-kira 81 ribu tan) telah dibentuk 3, 8-2, 5 bilion tahun yang lalu.

Secara tradisinya, adalah dipercayai bahawa bijih emas tempatan terbentuk melalui pemindahan dan pencucian zarah emas oleh sungai. Walau bagaimanapun, kajian emas Witwatersrand mendedahkan gambaran yang sama sekali berbeza: logam itu "dilombong" oleh bakteria purba.

Dieter Halbauer menggambarkan tiang karbon aneh yang dibingkai oleh zarah emas tulen pada tahun 1978. Untuk masa yang lama, penemuannya tidak menarik banyak perhatian sehingga analisis mikroskopik dan isotop sampel bijih, pemodelan pembentukan bijih oleh koloni mikrob moden dan pengiraan lain mengesahkan ketepatan ahli geologi.

Rupa-rupanya, kira-kira 2.6 bilion tahun yang lalu, apabila gunung berapi tepu atmosfera dengan hidrogen sulfida, asid sulfurik dan sulfur dioksida dengan wap air, hujan asid menghanyutkan batu yang mengandungi emas bertaburan dan membawa larutan ke air cetek. Walau bagaimanapun, logam berharga itu sendiri datang ke sana dalam bentuk sebatian yang paling berbahaya untuk mana-mana makhluk hidup, seperti sianida.

Mengelakkan ancaman, mikrob "membasmi kuman" air, mengurangkan garam emas toksik kepada kompleks organologam atau bahkan kepada logam tulen. Zarah-zarah bergemerlapan mendap pada koloni bakteria, membentuk barisan rantai multiselular, yang kini boleh dilihat dengan mikroskop elektron pengimbasan. Mikrob terus memendakan emas walaupun sekarang - proses ini diperhatikan, sebagai contoh, di mata air panas di New Zealand, walaupun pada skala yang sangat sederhana.

Kedua-dua Witwatersrand dan, mungkin, deposit lain pada usia yang sama adalah hasil daripada aktiviti penting komuniti bakteria dalam suasana bebas oksigen. Anomali Magnetik Kursk dan deposit bijih besi yang berkaitan telah terbentuk pada permulaan zaman oksigen. Walau bagaimanapun, lebih banyak mendapan skala ini tidak muncul dan tidak mungkin akan mula terbentuk semula: komposisi atmosfera, batu dan perairan lautan telah berubah berkali-kali sejak itu.

Tetapi pada masa ini, banyak generasi organisma hidup juga telah berubah, dan setiap daripada mereka berjaya mengambil bahagian dalam evolusi global Bumi. Rimbunan span laut dan ekor kuda seperti pokok di daratan telah lenyap, malah kawanan mammoth pun sudah ketinggalan zaman, meninggalkan jejak dalam geologi. Masanya telah tiba untuk makhluk lain dan perubahan baru dalam semua cangkang planet kita - air, udara dan batu.