Как микроорганизмите са образували земната кора

2024 Автор: Seth Attwood | [email protected]. Последно модифициран: 2023-12-16 15:58

Планините изглеждат особено впечатляващи на фона на безкрайната монголска степ. Застанал в подножието, човек се изкушава да размишлява върху колосалната сила на земните недра, натрупали тези хребети. Но вече по пътя към върха тънка шарка, покриваща скалистите первази, привлича погледите. Тази дъждовна вода леко разяжда порестите скелети на древните археоциатни гъби, съставящи планината, истинските строители на планинската верига.

Малки гиганти с голямо строителство

Някога, преди повече от половин милиард години, те се издигнаха от дъното на топло море като ярък риф на вулканичен остров. Той умря, покрит с дебел слой гореща пепел - някои археоциати дори бяха изгорени, а в замръзналия туф бяха запазени кухини.

Въпреки това много скелети, които са се сраснали приживе и са „замръзнали“в скалата чрез навиващи слоеве морски цимент, остават на обичайните си места и днес, когато морето отдавна го няма. Всеки такъв скелет е по-малък от малък пръст. Колко са там?

Скелетите на малки радиолярии образуват силициевите скали на планинските вериги.

След като изчислим обема на ниска планина (около километър ширина в подножието и около 300 м височина), можем да изчислим, че в нейното изграждане са участвали около 30 милиарда гъби. Това е силно подценена цифра: много скелети отдавна са разтрити на прах, други са напълно разтворени, без да имат време да бъдат покрити със защитни слоеве от утайка. И това е само една планина, а в западната част на Монголия има цели вериги.

Колко време отне на малките гъби, за да завършат такъв грандиозен „проект“?

А ето и друга скала наблизо, по-малка и не бяла, варовикова, а червеникаво-сива. Образува се от тънки слоеве силициеви шисти, ръждясали поради окисляването на железни включвания. Едно време тези планини бяха морското дъно и ако правилно се разделите по слоевете (ударете силно, но внимателно), тогава на повърхността, която се отваря, можете да видите безброй игли и кръстове от 3-5 мм.

Това са останки от морски гъби, но за разлика от целия варовиков скелет на археоциатите, основата им е образувана от отделни силициеви елементи (спикули). Следователно, след като загинаха, те се разпаднаха, обсипаха дъното със своите „подробности“.

Скелетът на всяка гъба се състоеше от най-малко хиляда "игли", около 100 хиляди от тях са разпръснати на всеки квадратен метър. Простата аритметика ни позволява да изчислим колко животни са били необходими, за да образуват 20-метров слой върху площ от най-малко 200 х 200 м: 800 милиарда. И това е само една от височините около нас - и само няколко груби изчисления. Но вече от тях става ясно, че колкото по-малки са организмите, толкова по-голяма е тяхната творческа сила: основните строители на Земята са едноклетъчни.

Ажурните варовикови плочи от едноклетъчни планктонни водорасли - коколити - се комбинират в големи кокосфери и когато се рушат, се превръщат в отлагания на тебешир.

На сушата, във водата и във въздуха

Известно е, че на всеки 1см³Креда за писане съдържа около 10 милиарда фини варовити люспи от планктонни водорасли коколитофориди. Много по-късно от времето на монголските морета, в мезозойската и сегашната кайнозойска ера, те издигнаха тебеширените скали на Англия, Волга Жигули и други масиви, покрили дъното на всички съвременни океани.

Мащабът на строителните им дейности е удивителен. Но те бледнеят в сравнение с други трансформации, които собственият й живот е направил на планетата.

Соленият вкус на моретата и океаните се определя от наличието на хлор и натрий. Нито един от тези елементи не се изисква от морските обитатели в големи количества и се натрупват във воден разтвор. Но почти всичко останало – всичко, което се изнася от реките и идва от недрата чрез горещи дънни извори – се усвоява за миг. Едноклетъчните диатомеи и радиоляриите приемат силиция за техните богато украсени черупки.

Почти всички организми се нуждаят от фосфор, калций и, разбира се, въглерод. Интересното е, че създаването на скелет от варовик (като този на корали или древни археоциати) се случва с отделянето на въглероден диоксид, така че парниковият ефект е страничен продукт от изграждането на рифове.

Коколитофоридите абсорбират не само калций от водата, но и разтворена сяра. Необходим е за синтеза на органични съединения, които повишават плаваемостта на водораслите и им позволяват да останат близо до осветена повърхност.

Когато тези клетки умрат, органичните вещества се разпадат и летливите серни съединения се изпаряват заедно с водата, служейки като семена за образуването на облаци. Един литър морска вода може да съдържа до 200 милиона коколитофориди и всяка година тези едноклетъчни организми доставят до 15,5 милиона тона сяра в атмосферата – почти два пъти повече от сухоземните вулкани.

Слънцето е в състояние да даде на Земята 100 милиона пъти повече енергия от собствените недра на планетата (3400 W/m² срещу 0,00009 W/m²). Благодарение на фотосинтезата животът може да използва тези ресурси, като придобива мощност, която надхвърля възможностите на геоложките процеси. Разбира се, голяма част от слънчевата топлина просто се разсейва. Но все пак потокът от енергия, произведен от живите организми, е 30 пъти по-висок от геоложкия. Животът контролира планетата поне 4 милиарда години.

Самородното злато понякога образува странни кристали, които са по-ценни от самия благороден метал.

Силите на светлината, силите на тъмнината

Без живи организми много седиментни скали изобщо не биха се образували. Минералогът Робърт Хейзън, който сравнява разнообразието от минерали на Луната (150 вида), Марс (500) и нашата планета (повече от 5000), заключи, че появата на хиляди земни минерали е пряко или косвено свързана с дейността на неговите биосфера. Седиментни скали, натрупани на дъното на водните обекти.

Потъвайки в дълбочина, в продължение на милиони и стотици милиони години, останките на организмите образуваха мощни отлагания, които оставаха да бъдат изтласкани на повърхността под формата на планински вериги. Това се дължи на движението и сблъсъка на огромни тектонски плочи. Но самата тектоника не би била възможна без разделянето на скалите на един вид "тъмна" и "светла материя".

Първият е представен например от базалти, където преобладават минералите с тъмни тонове - пироксени, ливини, основни плагиоклази, а сред елементите - магнезий и желязо. Последните, като гранитите, са съставени от светли минерали – кварц, калиеви фелдшпати, албитови плагиоклази, богати на желязо, алуминий и силиций.

Тъмните скали са по-плътни от светлите (средно 2,9 g/cm³ срещу 2,5-2,7 g/cm³) и образуват океански плочи. При сблъсък с по-малко плътни, "леки" континентални плочи, океанските потъват под тях и се топят в недрата на планетата.

Ярката ивици на железните руди отразява сезонното редуване на тъмни силициеви и червени железни пластове.

Най-старите минерали показват, че първо се е появила "тъмната материя". Тези плътни скали обаче не можеха да потънат в себе си, за да пуснат плочите в движение. Това изискваше "светлата страна" - минералите, които са дефицитни в неподвижната кора на Марс и Луната.

Не без основание Робърт Хейзън смята, че живите организми на Земята, трансформиращи едни скали в други, в крайна сметка са довели до натрупването на "леката материя" на плочите. Разбира се, тези същества - в по-голямата си част едноклетъчни актиномицети и други бактерии - не са си поставили такава супер задача. Целта им, както винаги, беше да намерят храна.

Черната металургия на океаните

Всъщност базалтовото стъкло, изригнато от вулкана, е 17% желязо и всеки кубичен метър от него е способен да захрани 25 квадрилиона железни бактерии. Съществуващи поне 1,9 милиарда години, те умело превръщат базалта в „наношет“, пълен с нови глинени минерали (през последните години такъв механизъм е признат за биогенна фабрика за глинени минерали). Когато такава скала се изпрати в недрата за топене, от нея се образуват нови, „леки” минерали.

Вероятно продукт на бактерии и железни руди. Повече от половината от тях са се образували преди 2, 6 и 1,85 милиарда години, а само в Курска магнитна аномалия се съдържат около 55 милиарда тона желязо. Без живот те трудно биха могли да се натрупват: за окисляване и утаяване на желязо, разтворено в океана, е необходим свободен кислород, чиято поява в необходимите обеми е възможна само поради фотосинтезата.

Бактериите Acidovorax стимулират образуването на зелена ръжда – железен хидроксид.

Животът е в състояние да извършва "обработката" на желязото и в тъмните, лишени от кислород дълбини. Атомите на този метал, отнесени от подводни източници, се улавят от бактерии, способни да окисляват железното желязо, за да образуват фери желязо, което се утаява на дъното със зелена ръжда.

Преди няколко милиарда години, когато все още имаше много малко кислород на планетата, това се случваше навсякъде, а днес активността на тези бактерии може да се види в някои бедни на кислород водоеми.

Скъпоценни микроби

Възможно е големи находища на злато да не се появят без участието на анаеробни бактерии, които не се нуждаят от кислород. Основните находища на благородния метал (включително във Витватерсранд в Южна Африка, където проучените запаси са около 81 хиляди тона) са образувани преди 3, 8-2, 5 милиарда години.

Традиционно се смяташе, че местните златни руди се образуват от пренасянето и измиването на златни частици от реките. Изследването на златото на Witwatersrand обаче разкрива съвсем различна картина: металът е бил „добит“от древни бактерии.

Дитер Халбауер описва странни въглеродни стълбове, рамкирани от частици чисто злато през 1978 г. Дълго време неговото откритие не привлича особено внимание, докато микроскопският и изотопен анализ на проби от руда, моделирането на образуването на руда от колонии от съвременни микроби и други изчисления не потвърдиха правотата на геолога.

Очевидно преди около 2,6 милиарда години, когато вулканите насищат атмосферата със сероводород, сярна киселина и серен диоксид с водна пара, киселинните дъждове отмиват скалите, съдържащи разпръснато злато, и пренасят разтвори в плитки води. Самият благороден метал обаче дойде там под формата на най-опасните съединения за всички живи същества, като цианид.

Предотвратявайки заплахата, микробите „дезинфекцират“водата, намалявайки токсичните златни соли до органометални комплекси или дори до чист метал. Блестящите частици се утаяват върху бактериалните колонии, образувайки отливки от многоклетъчни вериги, които вече могат да се видят със сканиращ електронен микроскоп. Микробите продължават да утаяват златото дори и сега - този процес се наблюдава например в горещите извори в Нова Зеландия, макар и в много скромни мащаби.

Както Witwatersrand, така и вероятно други находища на същата възраст са резултат от жизнената активност на бактериалните общности в атмосфера без кислород. Курската магнитна аномалия и свързаните с нея находища на желязна руда се образуват в началото на епохата на кислорода. Въпреки това, повече отлагания от този мащаб не се появиха и е малко вероятно някога да започнат да се оформят отново: съставът на атмосферата, скалите и океанските води се е променил многократно оттогава.

Но през това време се смениха и безброй поколения живи организми и всеки от тях успя да участва в глобалната еволюция на Земята. Гъсталаците от морски гъби и хвощове на сушата са изчезнали, дори стадата мамути са нещо от миналото, оставяйки следа в геологията. Дойде времето за други същества и нови промени във всички черупки на нашата планета – вода, въздух и камък.