Jak mikroorganismy tvořily zemskou kůru

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Hory vypadají obzvláště působivě na pozadí nekonečné mongolské stepi. Člověk stojící na úpatí je v pokušení přemýšlet o kolosální síle zemských útrob, které nahromadily tyto hřebeny. Ale už při cestě na vrchol upoutá pozornost tenký vzor pokrývající skalnaté římsy. Tato dešťová voda mírně korodovala porézní kostry starověkých archeokyanátových hub, které tvořily horu, skutečné stavitele pohoří.

Malí obři velké stavby

Kdysi, před více než půl miliardou let, se zvedly ze dna teplého moře jako jasný útes sopečného ostrova. Zemřel pokrytý silnou vrstvou žhavého popela – některé archeocyáty byly dokonce vypáleny a ve zmrzlém tufu se zachovaly dutiny.

Mnoho koster, které během života srostly a „zamrzly“do skály navinutím vrstev mořského cementu, však zůstává na svých obvyklých místech i dnes, kdy moře už dávno není. Každá taková kostra je menší než malíček. Kolik jich tam je?

Kostry drobných radiolariánů tvoří křemičité horniny pohoří.

Po odhadu objemu nízké hory (asi kilometr v průměru na úpatí a asi 300 m na výšku) můžeme vypočítat, že na její stavbě se podílelo asi 30 miliard hub. To je hrubě podceňovaný údaj: mnoho koster bylo dlouho rozdrceno na prášek, jiné se zcela rozpustily, aniž by měly čas na pokrytí ochrannými vrstvami sedimentu. A to je jen jedna hora a na západě Mongolska jsou celé pohoří.

Jak dlouho trvalo, než malé houbičky dokončily tak grandiózní „projekt“?

A tady je poblíž další útes, menší a ne bílý, vápencový, ale červenošedý. Je tvořen tenkými vrstvami křemičitých břidlic, rezavých oxidací železných vměstků. Kdysi byly tyto hory mořským dnem, a pokud se správně rozdělíte podél vrstev (tvrdě, ale opatrně), pak na povrchu, který se otevírá, můžete vidět myriády jehel a křížů 3-5 mm.

Jedná se o zbytky mořských hub, ale na rozdíl od celé vápnité kostry archeocyátů je jejich základ tvořen samostatnými křemíkovými prvky (spikuly). Proto, když zemřeli, rozpadli se a posypali dno svými „detaily“.

Kostra každé houby se skládala z nejméně tisíce "jehel", na každém čtverečním metru je jich roztroušeno asi 100 tisíc. Jednoduchá aritmetika nám umožňuje odhadnout, kolik zvířat bylo potřeba k vytvoření 20metrové vrstvy na ploše nejméně 200 x 200 m: 800 miliard. A to je jen jedna z výšek kolem nás – a jen pár hrubých výpočtů. Ale již z nich je zřejmé, že čím menší jsou organismy, tím větší je jejich tvůrčí síla: hlavní stavitelé Země jsou jednobuněční.

Prolamované vápnité desky jednobuněčných planktonních řas - coccoliths - jsou spojeny do velkých kokosfér, a když se rozpadnou, změní se na křídová ložiska.

Na souši, ve vodě i ve vzduchu

Je známo, že v každém 1 cm³Psací křída obsahuje asi 10 miliard jemných vápenatých šupinek coccolithophoridů planktonních řas. Mnohem později než v době mongolských moří, v druhohorách a současné kenozoické éře, vztyčili křídové útesy Anglie, Volžské Zhiguli a další masivy, pokrývající dno všech moderních oceánů.

Rozsah jejich stavební činnosti je úžasný. Ale blednou ve srovnání s jinými proměnami, které její vlastní život na planetě provedl.

Slaná chuť moří a oceánů je dána přítomností chlóru a sodíku. Mořští tvorové nevyžadují žádný prvek ve velkém množství a hromadí se ve vodném roztoku. Ale téměř vše ostatní - vše, co řeky unášejí a pochází z útrob horkými prameny na dně - je absorbováno v okamžiku. Křemík pro své zdobené schránky berou jednobuněční rozsivky a radiolariáni.

Téměř všechny organismy potřebují fosfor, vápník a samozřejmě uhlík. Zajímavé je, že k vytvoření vápenaté kostry (jako u korálů nebo starověkých archeokyátů) dochází s uvolňováním oxidu uhličitého, takže skleníkový efekt je vedlejším produktem budování útesů.

Kokolitoforidy absorbují z vody nejen vápník, ale i rozpuštěnou síru. Je nezbytný pro syntézu organických sloučenin, které zvyšují vztlak řas a umožňují jim zůstat v blízkosti osvětleného povrchu.

Když tyto buňky odumírají, organické látky se rozpadají a těkavé sloučeniny síry se vypařují spolu s vodou a slouží jako zárodek pro tvorbu mraků. Litr mořské vody může obsahovat až 200 milionů kokolithoforidů a každý rok tyto jednobuněčné organismy dodají do atmosféry až 15,5 milionů tun síry – téměř dvakrát více než suchozemské sopky.

Slunce je schopno dodat Zemi 100 milionkrát více energie než vlastní útroby planety (3400 W/m² proti 0,00009 W/m²). Díky fotosyntéze může život tyto zdroje využívat a získávat sílu, která přesahuje možnosti geologických procesů. Velká část slunečního tepla se samozřejmě jednoduše rozptýlí. Ale přesto je tok energie produkovaný živými organismy 30krát vyšší než geologický. Život ovládá planetu nejméně 4 miliardy let.

Nativní zlato někdy tvoří bizarní krystaly, které jsou cennější než samotný drahý kov.

Síly světla, síly temnoty

Bez živých organismů by mnoho sedimentárních hornin vůbec nevzniklo. Mineralog Robert Hazen, který porovnával rozmanitost minerálů na Měsíci (150 druhů), na Marsu (500) a na naší planetě (více než 5000), dospěl k závěru, že výskyt tisíců pozemských minerálů přímo či nepřímo souvisí s aktivitou jeho planety. biosféra. Sedimentární horniny se nahromadily na dně vodních ploch.

Zbytky organismů klesaly do hloubky, během milionů a stovek milionů let, vytvořily mocná ložiska, která zbývala vytlačit na povrch v podobě horských pásem. Může za to pohyb a srážka obrovských tektonických desek. Ale samotná tektonika by nebyla možná bez rozdělení hornin na jakousi „temnou“a „světlou hmotu“.

První představují např. čediče, kde převládají minerály tmavých tónů - pyroxeny, olivíny, bazické plagioklasy a mezi prvky - hořčík a železo. Posledně jmenované, jako jsou žuly, jsou složeny ze světlých minerálů - křemene, draselných živců, albitových plagioklasů, bohatých na železo, hliník a křemík.

Tmavé kameny jsou hustší než světlé kameny (v průměru 2,9 g/cm³ proti 2,5-2,7 g/cm³) a tvoří oceánské desky. Při srážce s méně hustými, „lehkými“kontinentálními deskami se pod nimi ty oceánské propadají a tají v útrobách planety.

Světlé pruhování železných rud odráží sezónní střídání tmavých křemičitých a červených železitých vrstev.

Nejstarší minerály naznačují, že to byla „temná hmota“, která se objevila jako první. Tyto husté horniny se však nemohly ponořit do sebe, aby uvedly desky do pohybu. K tomu byla zapotřebí „světlá strana“– minerály, kterých je v nehybné kůře Marsu a Měsíce nedostatek.

Ne nadarmo se Robert Hazen domnívá, že to byly živé organismy Země, které přeměňovaly některé horniny na jiné, což nakonec vedlo k akumulaci „světelné hmoty“desek. Tito tvorové – z velké části jednobuněčné aktinomycety a další bakterie – si takový super úkol samozřejmě nekladli. Jejich cílem jako vždy bylo najít jídlo.

Metalurgie železa v oceánech

Ve skutečnosti čedičové sklo vybuchlé sopkou obsahuje 17 % železa a každý jeho krychlový metr je schopen nakrmit 25 kvadrilionů železných bakterií. Existující nejméně 1,9 miliardy let dovedně přeměňují čedič na „nanošetku“naplněnou novými jílovými minerály (v posledních letech byl takový mechanismus rozpoznán jako biogenní továrna na jílové minerály). Když se taková hornina pošle do útrob k roztavení, vytvoří se z ní nové, „lehké“minerály.

Pravděpodobně produkt bakterií a železných rud. Více než polovina z nich vznikla před 2, 6 a 1,85 miliardami let a samotná magnetická anomálie Kursk obsahuje asi 55 miliard tun železa. Bez života by se mohly jen stěží hromadit: pro oxidaci a srážení železa rozpuštěného v oceánu je zapotřebí volný kyslík, jehož výskyt v požadovaných objemech je možný pouze díky fotosyntéze.

Bakterie acidovorax stimulují tvorbu zelené rzi – hydroxid železitý.

Život je schopen provádět "zpracování" železa a v temných, kyslíkem zbavených hlubinách. Atomy tohoto kovu unášené podvodními zdroji zachycují bakterie schopné oxidovat železité železo za vzniku železitého železa, které se usazuje na dně se zelenou rzí.

Před několika miliardami let, kdy bylo na planetě ještě velmi málo kyslíku, se to stávalo všude a dnes lze aktivitu těchto bakterií vidět v některých vodních útvarech chudých na kyslík.

Vzácné mikroby

Je možné, že velká ložiska zlata by nevznikla bez účasti anaerobních bakterií, které nepotřebují kyslík. Hlavní ložiska drahého kovu (včetně Witwatersrandu v jižní Africe, kde jsou prozkoumané zásoby asi 81 tisíc tun) vznikla před 3, 8-2, 5 miliardami let.

Tradičně se věřilo, že zdejší zlaté rudy vznikaly přenášením a promýváním zlatých částic řekami. Studie zlata Witwatersrand však odhaluje úplně jiný obrázek: kov „těžily“starověké bakterie.

Dieter Halbauer v roce 1978 popsal podivné uhlíkové sloupy orámované částicemi ryzího zlata. Jeho objev dlouho nevzbudil velkou pozornost, až mikroskopické a izotopové rozbory vzorků rud, modelování tvorby rudy koloniemi moderních mikrobů a další výpočty potvrdily geologovu správnost.

Zdá se, že asi před 2,6 miliardami let, když sopky nasytily atmosféru sirovodíkem, kyselinou sírovou a oxidem siřičitým vodní párou, kyselé deště smývaly horniny obsahující rozptýlené zlato a odnášely roztoky do mělkých vod. Samotný drahý kov tam však přišel ve formě nejnebezpečnějších sloučenin pro všechny živé tvory, jako je kyanid.

Aby se zabránilo hrozbě, mikrobi „dezinfikovali“vodu, redukovali toxické soli zlata na organokovové komplexy nebo dokonce na čistý kov. Třpytivé částice se usadily na bakteriálních koloniích a vytvořily odlitky mnohobuněčných řetězců, které lze nyní pozorovat rastrovacím elektronovým mikroskopem. Mikrobi pokračují ve srážení zlata i nyní – tento proces je pozorován například v horkých pramenech na Novém Zélandu, i když ve velmi skromném měřítku.

Jak Witwatersrand, tak pravděpodobně i další ložiska stejného stáří byly výsledkem životně důležité činnosti bakteriálních komunit v atmosféře bez kyslíku. Kurská magnetická anomálie a související ložiska železné rudy vznikly na začátku kyslíkové epochy. Více ložisek tohoto rozsahu se však neobjevilo a je nepravděpodobné, že by se někdy znovu začaly formovat: složení atmosféry, hornin a oceánských vod se od té doby mnohokrát změnilo.

Během této doby se ale také vystřídalo nespočet generací živých organismů a každý z nich se dokázal zapojit do globálního vývoje Země. Houštiny mořských hub a přesliček připomínajících stromy ze země zmizely, dokonce i stáda mamutů jsou minulostí a zanechávají stopu v geologii. Nastal čas pro další bytosti a nové změny ve všech skořápkách naší planety – vodě, vzduchu i kameni.