Hoe mikroörganismes die aardkors gevorm het

2024 Outeur: Seth Attwood | [email protected]. Laas verander: 2023-12-16 15:56

Die berge lyk veral indrukwekkend teen die agtergrond van die eindelose Mongoolse steppe. As jy aan die voet staan, kom mens in die versoeking om na te dink oor die kolossale krag van die aarde se ingewande wat hierdie rante opgestapel het. Maar reeds op pad na bo val’n dun patroon wat die klipperige rande bedek die oog. Hierdie reënwater het die poreuse geraamtes van die antieke argeosiaat-sponse wat die berg uitgemaak het, die ware bouers van die bergreeks, effens verroes.

Klein reuse van groot konstruksie

Eenkeer, meer as 'n halfmiljard jaar gelede, het hulle uit die bodem van 'n warm see verrys as 'n helder rif van 'n vulkaniese eiland. Hy het gesterf, bedek met 'n dik laag warm as - sommige argeosiate is selfs uitgebrand, en holtes is in die bevrore tufsteen bewaar.

Baie geraamtes, wat gedurende hul leeftyd saamgegroei en in die rots “gevries” het deur lae seesement te kronkel, bly egter vandag nog op hul gewone plekke, wanneer die see lankal weg is. Elke so 'n skelet is kleiner as 'n pinkie. Hoeveel is daar?

Die geraamtes van piepklein radiolariërs vorm die siliciumgesteentes van die bergreekse.

Nadat ons die volume van 'n lae berg geskat het (ongeveer 'n kilometer deursnee aan die voet en ongeveer 300 m hoog), kan ons bereken dat ongeveer 30 miljard sponse aan die konstruksie daarvan deelgeneem het. Dit is 'n sterk onderskat syfer: baie geraamtes is lankal in poeier gevryf, ander het heeltemal opgelos, sonder om tyd te hê om met beskermende lae sediment bedek te word. En dit is net een berg, en in die weste van Mongolië is daar hele reekse.

Hoe lank het dit vir klein sponse geneem om so 'n grandiose "projek" te voltooi?

En hier is nog 'n krans naby, kleiner, en nie wit, kalksteen nie, maar rooierig-grys. Dit word gevorm deur dun lae kiselagtige skalie, verroes as gevolg van die oksidasie van ysterinsluitings. Op 'n tyd was hierdie berge die seebodem, en as jy reg langs die lae verdeel (hard, maar versigtig slaan), dan kan jy op die oppervlak wat oopmaak, talle naalde en kruise van 3-5 mm sien.

Dit is die oorblyfsels van seesponse, maar in teenstelling met die hele kalkskelet van argeosiate, word hul basis uit afsonderlike silikonelemente (spikules) gevorm. Daarom, nadat hulle gesterf het, het hulle verkrummel, die bodem met hul "besonderhede" besaai.

Die skelet van elke spons het bestaan uit ten minste 'n duisend "naalde", ongeveer 100 duisend van hulle is op elke vierkante meter gestrooi. Eenvoudige rekenkunde stel ons in staat om te skat hoeveel diere dit geneem het om 'n 20 meter laag op 'n oppervlakte van minstens 200 x 200 m: 800 biljoen. En dit is net een van die hoogtes rondom ons - en net 'n paar rowwe berekeninge. Maar reeds uit hulle is dit duidelik dat hoe kleiner die organismes is, hoe groter is hul skeppingskrag: die hoofbouers van die Aarde is eensellig.

Oopwerk kalkplate van eensellige planktoniese alge - kokoliete - word in groot kokosfere gekombineer, en wanneer hulle verkrummel, verander dit in krytafsettings.

Op land, in die water en in die lug

Dit is bekend dat in elke 1 cm³Skryfkryt bevat ongeveer 10 biljoen fyn kalkskubbe van planktoniese alge kokolitoforiede. Heelwat later as die tyd van die Mongoolse seë, in die Mesosoïkum en die huidige Senosoïkum-era, het hulle die krytkranse van Engeland, die Wolga Zhiguli en ander massiewe opgerig, wat die bodem van alle moderne oseane bedek het.

Die omvang van hul konstruksie-aktiwiteite is verstommend. Maar hulle bleek in vergelyking met ander transformasies wat haar eie lewe op die planeet gemaak het.

Die sout smaak van die see en oseane word bepaal deur die teenwoordigheid van chloor en natrium. Geen element word in groot hoeveelhede deur seediere benodig nie, en hulle versamel in waterige oplossing. Maar byna alles anders – alles wat deur riviere gedra word en uit die ingewande deur warmbodembronne kom – word in’n oomblik geabsorbeer. Silikon word geneem vir hul versierde skulpe deur eensellige diatome en radiolariërs.

Byna alle organismes benodig fosfor, kalsium en natuurlik koolstof. Interessant genoeg vind die skepping van 'n kalkhoudende skelet (soos dié van korale of antieke argeosiate) plaas met die vrystelling van koolstofdioksied, so die kweekhuiseffek is 'n neweproduk van die bou van riwwe.

Coccolithophorides absorbeer nie net kalsium uit water nie, maar ook opgeloste swael. Dit word benodig vir die sintese van organiese verbindings wat die dryfvermoë van alge verhoog en hulle toelaat om naby 'n verligte oppervlak te bly.

Wanneer hierdie selle afsterf, disintegreer die organiese stowwe, en die vlugtige swaelverbindings verdamp saam met die water en dien as 'n saad vir die vorming van wolke.’n Liter seewater kan tot 200 miljoen kokolitoforiede bevat, en elke jaar verskaf hierdie eensellige organismes tot 15,5 miljoen ton swael aan die atmosfeer – amper twee keer soveel as landvulkane.

Die son is in staat om die aarde 100 miljoen keer meer energie te gee as die planeet se eie ingewande (3400 W/m)² teenoor 0,00009 W/m²). Danksy fotosintese kan lewe hierdie hulpbronne gebruik en krag kry wat die vermoëns van geologiese prosesse oorskry. Natuurlik word baie van die son se hitte eenvoudig verdryf. Maar tog is die vloei van energie wat deur lewende organismes geproduseer word 30 keer hoër as die geologiese een. Lewe beheer die planeet vir ten minste 4 miljard jaar.

Inheemse goud vorm soms bisarre kristalle wat meer werd is as die edelmetaal self.

Magte van lig, magte van duisternis

Sonder lewende organismes sou baie sedimentêre gesteentes glad nie gevorm het nie. Mineraloog Robert Hazen, wat die verskeidenheid minerale op die Maan (150 spesies), Mars (500) en ons planeet (meer as 5000) vergelyk het, het tot die gevolgtrekking gekom dat die voorkoms van duisende aardse minerale direk of indirek verband hou met die aktiwiteit van sy biosfeer. Sedimentêre gesteentes het op die bodem van waterliggame opgehoop.

Die oorblyfsels van organismes het oor miljoene en honderde miljoene jare tot 'n diepte gesink en kragtige afsettings gevorm, wat nog in die vorm van bergreekse na die oppervlak uitgedruk moes word. Dit is as gevolg van die beweging en botsing van groot tektoniese plate. Maar tektoniek self sou nie moontlik gewees het sonder om gesteentes in 'n soort "donker" en "ligte materie" te verdeel nie.

Die eerste word byvoorbeeld voorgestel deur basalt, waar minerale van donker kleure oorheers - piroksene, oliviene, basiese plagioklase, en onder die elemente - magnesium en yster. Laasgenoemde, soos graniete, is saamgestel uit ligkleurige minerale – kwarts, kaliumveldspate, albiet plagioklase, ryk aan yster, aluminium en silikon.

Donker rotse is digter as ligte rotse (gemiddeld 2,9 g / cm).³ teen 2,5-2,7 g / cm³) en vorm oseaniese plate. Wanneer botsing met minder digte, "ligte" kontinentale plate, sink oseaniese plate onder hulle en smelt in die ingewande van die planeet.

Die helder bande van die ystererts weerspieël die seisoenale afwisseling van donker siliciumhoudende en rooi ysterhoudende lae.

Die oudste minerale dui aan dat dit "donker materie" was wat eerste verskyn het. Hierdie digte rotse kon egter nie in hulself wegsak om die plate aan die gang te sit nie. Dit het die "helder kant" vereis - minerale, wat 'n tekort in die onbeweeglike kors van Mars en die Maan is.

Dit is nie sonder rede dat Robert Hazen glo dat dit die lewende organismes van die Aarde was, wat sommige rotse in ander omskep het, wat uiteindelik gelei het tot die ophoping van die "ligte materie" van die plate nie. Natuurlik het hierdie wesens - meestal eensellige aktinomisete en ander bakterieë - nie vir hulself so 'n supertaak gestel nie. Hulle doel was, soos altyd, om kos te vind.

Ysterhoudende metallurgie van die oseane

Trouens, die basaltglas wat deur die vulkaan uitbars, is 17% yster, en elke kubieke meter daarvan is in staat om 25 kwadrilljoen ysterbakterieë te voed. Bestaande ten minste 1,9 miljard jaar, hulle omskep basalt vaardig in 'n "nanoshet" gevul met nuwe kleiminerale (in onlangse jare is so 'n meganisme erken as 'n biogene fabriek van kleiminerale). Wanneer so 'n rots na die ingewande gestuur word om te smelt, word nuwe, "ligte" minerale daaruit gevorm.

Waarskynlik die produk van bakterieë en ystererts. Meer as die helfte daarvan is tussen 2, 6 en 1,85 miljard jaar gelede gevorm, en die Koersk-magnetiese anomalie alleen bevat sowat 55 miljard ton yster. Sonder lewe kon hulle skaars ophoop: vir oksidasie en neerslag van yster wat in die see opgelos is, word vrye suurstof benodig, waarvan die voorkoms in die vereiste volumes slegs moontlik is as gevolg van fotosintese.

Acidovorax-bakterieë stimuleer die vorming van groenroes - ysterhidroksied.

Die lewe is in staat om die "verwerking" van yster en in die donker, suurstof-ontneem dieptes uit te voer. Die atome van hierdie metaal, wat deur onderwaterbronne weggevoer word, word gevang deur bakterieë wat in staat is om ysteryster te oksideer om ysteryster te vorm, wat met groenroes op die bodem neersak.

'n Paar miljard jaar gelede, toe daar nog baie min suurstof op die planeet was, het dit oral gebeur, en vandag kan die aktiwiteit van hierdie bakterieë in sommige suurstofarm waterliggame gesien word.

Kosbare mikrobes

Dit is moontlik dat groot neerslae goud nie sou verskyn het sonder die deelname van anaërobiese bakterieë wat nie suurstof nodig het nie. Die hoofafsettings van die edelmetaal (insluitend in die Witwatersrand in Suider-Afrika, waar die verkende reservate ongeveer 81 duisend ton is) is 3, 8-2, 5 biljoen jaar gelede gevorm.

Tradisioneel is geglo dat die plaaslike gouderts gevorm is deur die oordrag en spoel van gouddeeltjies deur riviere. Die studie van Witwatersrandse goud onthul egter’n heel ander prentjie: die metaal is deur antieke bakterieë “ontgin”.

Dieter Halbauer het in 1978 vreemde koolstofpilare beskryf wat deur deeltjies van suiwer goud geraam is. Vir 'n lang tyd het sy ontdekking nie veel aandag getrek nie totdat mikroskopiese en isotopiese ontleding van ertsmonsters, modellering van ertsvorming deur kolonies van moderne mikrobes en ander berekeninge die geoloog se korrektheid bevestig het.

Blykbaar, sowat 2,6 miljard jaar gelede, toe vulkane die atmosfeer met waterstofsulfied, swawelsuur en swaeldioksied met waterdamp versadig het, het suurreën die rotse met verstrooide goud weggespoel en oplossings na vlak water gedra. Die edelmetaal self het egter daar gekom in die vorm van die gevaarlikste verbindings vir enige lewende wesens, soos sianied.

Om die bedreiging af te weer, het mikrobes die water "ontsmet" en giftige goudsoute tot organometaalkomplekse of selfs tot suiwer metaal verminder. Die glinsterende deeltjies het op die bakteriese kolonies gevestig en vorme van meersellige kettings gevorm, wat nou met 'n skandeerelektronmikroskoop bekyk kan word. Mikrobes gaan voort om goud te presipiteer selfs nou - hierdie proses word byvoorbeeld waargeneem in warmwaterbronne in Nieu-Seeland, al is dit op 'n baie beskeie skaal.

Beide die Witwatersrand en waarskynlik ander afsettings van dieselfde ouderdom was die gevolg van die lewensbelangrike aktiwiteit van bakteriese gemeenskappe in 'n suurstofvrye atmosfeer. Die Kursk Magnetiese Anomalie en verwante ysterertsafsettings is aan die begin van die suurstoftydperk gevorm. Meer neerslae van hierdie skaal het egter nie verskyn nie en dit is onwaarskynlik dat hulle ooit weer vorm sal begin aanneem: die samestelling van die atmosfeer, rotse en seewater het sedertdien baie keer verander.

Maar gedurende hierdie tyd het ontelbare generasies van lewende organismes ook verander, en elkeen van hulle het daarin geslaag om deel te neem aan die globale evolusie van die Aarde. Die ruigtes seesponse en boomagtige perdesterte van die land het verdwyn, selfs troppe mammoete is iets van die verlede en laat 'n spoor in geologie na. Die tyd het aangebreek vir ander wesens en nuwe veranderinge in al die skulpe van ons planeet – water, lug en klip.