Hoe micro-organismen de aardkorst hebben gevormd

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Laatst gewijzigd: 2023-12-16 16:13

Vooral de bergen zien er indrukwekkend uit tegen de achtergrond van de eindeloze Mongoolse steppe. Staand aan de voet komt men in de verleiding na te denken over de kolossale kracht van de ingewanden van de aarde die deze ruggen hebben opgestapeld. Maar al op weg naar de top valt een dun patroon op dat de rotsachtige richels bedekt. Dit regenwater heeft de poreuze skeletten van de oude archeocyate sponzen die de berg vormden, de echte bouwers van de bergketen, enigszins aangetast.

Kleine reuzen van grote constructie

Eens, meer dan een half miljard jaar geleden, verrezen ze van de bodem van een warme zee als een helder rif van een vulkanisch eiland. Hij stierf, bedekt met een dikke laag hete as - sommige archaeocyaten waren zelfs uitgebrand en holtes werden bewaard in de bevroren tufsteen.

Veel skeletten, die tijdens hun leven aan elkaar waren gegroeid en in de rots waren "bevroren" door lagen zeecement op te winden, blijven echter zelfs vandaag op hun gebruikelijke plaats, wanneer de zee al lang verdwenen is. Elk zo'n skelet is kleiner dan een pink. Hoeveel zijn er?

De skeletten van kleine radiolariërs vormen de kiezelhoudende rotsen van de bergketens.

Nadat we het volume van een lage berg hebben geschat (ongeveer een kilometer breed aan de voet en ongeveer 300 m hoog), kunnen we berekenen dat ongeveer 30 miljard sponzen hebben deelgenomen aan de constructie ervan. Dit is een schromelijk onderschat cijfer: veel skeletten zijn lange tijd tot poeder gewreven, andere zijn volledig opgelost, zonder tijd te hebben gehad om bedekt te worden met beschermende sedimentlagen. En dit is maar één berg, en in het westen van Mongolië zijn er hele bergketens.

Hoe lang duurde het voordat kleine sponzen zo'n groots "project" voltooiden?

En hier is nog een klif in de buurt, kleiner, en niet wit, kalksteen, maar roodachtig grijs. Het wordt gevormd door dunne lagen kiezelhoudende leisteen, roestig door de oxidatie van ijzerinsluitsels. Ooit waren deze bergen de zeebodem, en als je correct langs de lagen splijt (hard, maar voorzichtig), dan kun je op het oppervlak dat zich opent ontelbare naalden en kruisen van 3-5 mm zien.

Dit zijn de overblijfselen van zeesponzen, maar in tegenstelling tot het hele kalkskelet van archaeocyaten is hun basis gevormd uit losse siliciumelementen (spicules). Daarom, nadat ze waren gestorven, brokkelden ze af, bezaaiden ze de bodem met hun 'details'.

Het skelet van elke spons bestond uit minstens duizend "naalden", ongeveer 100 duizend ervan zijn verspreid over elke vierkante meter. Eenvoudige rekenkunde stelt ons in staat om te schatten hoeveel dieren er nodig waren om een laag van 20 meter te vormen op een oppervlakte van minstens 200 x 200 m: 800 miljard En dit is slechts een van de hoogten om ons heen - en slechts een paar ruwe berekeningen. Maar al van hen is het duidelijk dat hoe kleiner de organismen, hoe groter hun creatieve kracht: de belangrijkste bouwers van de aarde zijn eencellig.

Opengewerkte kalkplaten van eencellige planktonalgen - coccolieten - worden gecombineerd tot grote coccosferen en wanneer ze afbrokkelen, veranderen ze in kalkafzettingen.

Op het land, in het water en in de lucht

Het is bekend dat in elke 1 cm³Schrijfkrijt bevat ongeveer 10 miljard fijne kalkschubben van planktonalgen coccolithophorids. Veel later dan de tijd van de Mongoolse zeeën, in het Mesozoïcum en het huidige Cenozoïcum, bouwden ze de krijtrotsen van Engeland, de Wolga Zhiguli en andere massieven, die de bodem van alle moderne oceanen bedekten.

De schaal van hun bouwactiviteiten is verbazingwekkend. Maar ze verbleken in vergelijking met andere transformaties die haar eigen leven op de planeet heeft gemaakt.

De zoute smaak van de zeeën en oceanen wordt bepaald door de aanwezigheid van chloor en natrium. Geen van beide elementen is in grote hoeveelheden nodig voor zeedieren en ze hopen zich op in een waterige oplossing. Maar bijna al het andere - alles wat door rivieren wordt afgevoerd en uit de darmen komt via warmwaterbronnen - wordt in een oogwenk geabsorbeerd. Silicium wordt gebruikt voor hun sierlijke schelpen door eencellige diatomeeën en radiolariërs.

Bijna alle organismen hebben fosfor, calcium en natuurlijk koolstof nodig. Interessant is dat de vorming van een kalkhoudend skelet (zoals dat van koralen of oude archaeocyaten) plaatsvindt met het vrijkomen van koolstofdioxide, dus het broeikaseffect is een bijproduct van het bouwen van riffen.

Coccolithophoriden absorberen niet alleen calcium uit water, maar ook opgeloste zwavel. Het is nodig voor de synthese van organische verbindingen die het drijfvermogen van algen verhogen en ervoor zorgen dat ze dicht bij een verlicht oppervlak blijven.

Wanneer deze cellen afsterven, vallen de organische stoffen uiteen en verdampen de vluchtige zwavelverbindingen samen met het water, en dienen als een zaad voor de vorming van wolken. Een liter zeewater kan tot 200 miljoen coccolithophoriden bevatten, en elk jaar leveren deze eencellige organismen tot 15,5 miljoen ton zwavel aan de atmosfeer - bijna twee keer zoveel als landvulkanen.

De zon kan de aarde 100 miljoen keer meer energie geven dan de eigen ingewanden van de planeet (3400 W / m² tegen 0.00009 W / m²). Dankzij fotosynthese kan het leven deze hulpbronnen gebruiken en een kracht verwerven die de mogelijkheden van geologische processen overtreft. Natuurlijk wordt veel van de zonnewarmte gewoon afgevoerd. Maar toch, de stroom van energie die door levende organismen wordt geproduceerd, is 30 keer hoger dan de geologische. Het leven beheerst de planeet al minstens 4 miljard jaar.

Inheems goud vormt soms bizarre kristallen die waardevoller zijn dan het edelmetaal zelf.

Krachten van licht, krachten van duisternis

Zonder levende organismen zouden veel sedimentaire gesteenten helemaal niet zijn gevormd. Mineraloog Robert Hazen, die de verscheidenheid aan mineralen op de maan (150 soorten), Mars (500) en onze planeet (meer dan 5000) vergeleek, concludeerde dat het verschijnen van duizenden terrestrische mineralen direct of indirect verband houdt met de activiteit van zijn biosfeer. Sedimentgesteenten verzamelden zich op de bodem van waterlichamen.

De overblijfselen van organismen, die naar een diepte zonken, vormden gedurende miljoenen en honderden miljoenen jaren krachtige afzettingen, die in de vorm van bergketens naar de oppervlakte moesten worden geperst. Dit komt door de beweging en botsing van enorme tektonische platen. Maar tektoniek zelf zou niet mogelijk zijn geweest zonder rotsen te verdelen in een soort "donkere" en "lichte materie".

De eerste wordt bijvoorbeeld vertegenwoordigd door basalt, waar mineralen van donkere tinten overheersen - pyroxenen, olivijnen, basale plagioklaasen en onder de elementen - magnesium en ijzer. De laatste, zoals graniet, zijn samengesteld uit lichtgekleurde mineralen - kwarts, kaliumveldspaat, albite plagioklaas, rijk aan ijzer, aluminium en silicium.

Donkere rotsen zijn dichter dan lichte rotsen (gemiddeld 2,9 g / cm³ tegen 2,5-2,7 g / cm³) en oceanische platen vormen. Wanneer ze botsen met minder dichte, "lichte" continentale platen, zinken oceanische platen eronder en smelten ze in de ingewanden van de planeet.

De heldere strepen van het ijzererts weerspiegelen de seizoensafwisseling van donkere kiezelhoudende en rode ijzerhoudende lagen.

De oudste mineralen geven aan dat het "donkere materie" was die als eerste verscheen. Deze dichte rotsen konden echter niet in zichzelf wegzakken om de platen in beweging te brengen. Dit vereiste de "heldere kant" - mineralen, die schaars zijn in de onbeweeglijke korst van Mars en de maan.

Het is niet zonder reden dat Robert Hazen gelooft dat het de levende organismen van de aarde waren, die sommige rotsen in andere transformeerden, die uiteindelijk leidden tot de ophoping van de "lichte materie" van de platen. Natuurlijk hebben deze wezens - voor het grootste deel eencellige actinomyceten en andere bacteriën - zichzelf niet zo'n supertaak gesteld. Hun doel was, zoals altijd, om voedsel te vinden.

Ferrometallurgie van de oceanen

In feite bestaat het basaltglas dat door de vulkaan is uitgebarsten voor 17% uit ijzer, en elke kubieke meter ervan kan 25 biljard ijzerbacteriën voeden. Al minstens 1,9 miljard jaar oud, transformeren ze basalt vakkundig in een "nanoshet" gevuld met nieuwe kleimineralen (in de afgelopen jaren is een dergelijk mechanisme erkend als een biogene fabriek van kleimineralen). Wanneer zo'n gesteente naar de darmen wordt gestuurd om te smelten, worden er nieuwe, "lichte" mineralen uit gevormd.

Waarschijnlijk het product van bacteriën en ijzererts. Meer dan de helft van hen werd gevormd tussen 2, 6 en 1,85 miljard jaar geleden, en de magnetische anomalie van Koersk alleen al bevat ongeveer 55 miljard ton ijzer. Zonder leven zouden ze zich nauwelijks kunnen ophopen: voor oxidatie en precipitatie van ijzer opgelost in de oceaan is vrije zuurstof nodig, waarvan het verschijnen in de vereiste volumes alleen mogelijk is door fotosynthese.

Acidovorax-bacteriën stimuleren de vorming van groene roest - ijzerhydroxide.

Het leven is in staat om de "verwerking" van ijzer uit te voeren en in de donkere, zuurstofarme diepten. De atomen van dit metaal, meegevoerd door onderwaterbronnen, worden opgevangen door bacteriën die in staat zijn ferro-ijzer te oxideren tot ferri-ijzer, dat met groene roest naar de bodem bezinkt.

Een paar miljard jaar geleden, toen er nog heel weinig zuurstof op de planeet was, gebeurde dit overal, en tegenwoordig is de activiteit van deze bacteriën te zien in sommige zuurstofarme wateren.

Kostbare microben

Het is mogelijk dat grote goudafzettingen niet zouden zijn verschenen zonder de deelname van anaërobe bacteriën die geen zuurstof nodig hebben. De belangrijkste afzettingen van het edelmetaal (inclusief in de Witwatersrand in zuidelijk Afrika, waar de onderzochte reserves ongeveer 81 duizend ton bedragen) werden 3, 8-2, 5 miljard jaar geleden gevormd.

Traditioneel werd aangenomen dat de lokale goudertsen werden gevormd door de overdracht en het wassen van gouddeeltjes door rivieren. De studie van Witwatersrand-goud onthult echter een heel ander beeld: het metaal werd "gedolven" door oude bacteriën.

Dieter Halbauer beschreef in 1978 vreemde koolstofpilaren omlijst door deeltjes puur goud. Lange tijd trok zijn ontdekking niet veel aandacht totdat microscopische en isotopische analyse van ertsmonsters, modellering van ertsvorming door kolonies van moderne microben en andere berekeningen de juistheid van de geoloog bevestigden.

Blijkbaar, ongeveer 2,6 miljard jaar geleden, toen vulkanen de atmosfeer verzadigden met waterstofsulfide, zwavelzuur en zwaveldioxide met waterdamp, spoelde zure regen de rotsen met verspreid goud weg en voerde oplossingen naar ondiep water. Het edele metaal zelf kwam daar echter in de vorm van de gevaarlijkste verbindingen voor alle levende wezens, zoals cyanide.

Om de dreiging af te wenden, "desinfecteerden" microben het water, waardoor giftige goudzouten werden gereduceerd tot organometaalcomplexen of zelfs tot puur metaal. De glinsterende deeltjes vestigden zich op de bacteriekolonies en vormden afgietsels van meercellige ketens, die nu kunnen worden bekeken met een scanning elektronenmicroscoop. Zelfs nu blijven microben goud neerslaan - dit proces wordt bijvoorbeeld waargenomen in warmwaterbronnen in Nieuw-Zeeland, zij het op zeer bescheiden schaal.

Zowel de Witwatersrand als waarschijnlijk andere afzettingen van dezelfde leeftijd waren het resultaat van de vitale activiteit van bacteriegemeenschappen in een zuurstofvrije atmosfeer. De magnetische anomalie van Kursk en aanverwante ijzerertsafzettingen werden gevormd aan het begin van het zuurstoftijdperk. Er zijn echter niet meer afzettingen van deze omvang verschenen en het is onwaarschijnlijk dat ze ooit weer vorm zullen krijgen: de samenstelling van de atmosfeer, rotsen en oceaanwater is sindsdien vele malen veranderd.

Maar gedurende deze tijd zijn ook talloze generaties levende organismen veranderd, en elk van hen slaagde erin deel te nemen aan de wereldwijde evolutie van de aarde. Het struikgewas van zeesponzen en boomachtige paardenstaarten van het land zijn verdwenen, zelfs kuddes mammoeten behoren tot het verleden en laten een spoor na in de geologie. De tijd is gekomen voor andere wezens en nieuwe veranderingen in alle schillen van onze planeet - water, lucht en steen.