چگونه میکروارگانیسم ها پوسته زمین را تشکیل دادند

2024 نویسنده: Seth Attwood | [email protected]. آخرین اصلاح شده: 2023-12-16 16:03

کوه ها به ویژه در پس زمینه استپ بی پایان مغولی چشمگیر به نظر می رسند. با ایستادن در پای، وسوسه می‌شود که قدرت عظیم روده‌های زمین را که این برجستگی‌ها را روی هم انباشته کرده است، تأمل کند. اما در حال حاضر در راه رسیدن به بالا، یک الگوی نازک که لبه های سنگی را پوشانده است، توجه را جلب می کند. این آب باران اندکی اسکلت های متخلخل اسفنج های باستانی باستانی را که کوه را تشکیل می دادند، سازندگان واقعی رشته کوه، خورده بود.

غول های کوچک ساخت و ساز بزرگ

یک بار، بیش از نیم میلیارد سال پیش، آنها از ته یک دریای گرم به عنوان صخره درخشان یک جزیره آتشفشانی بالا آمدند. او با لایه ای ضخیم از خاکستر داغ پوشیده شده بود مرد - برخی از باستانی ها حتی سوختند و حفره ها در توف یخ زده حفظ شدند.

با این حال، بسیاری از اسکلت ها، که در طول زندگی خود با هم رشد کرده بودند و با پیچیدن لایه های سیمان دریایی در صخره "یخ زده" شده بودند، حتی امروز که دریا مدت هاست از بین رفته است، در مکان های معمول خود باقی مانده اند. هر یک از این اسکلت ها کوچکتر از یک انگشت کوچک است. چند نفر هستند؟

اسکلت رادیولاریان های کوچک سنگ های سیلیسی رشته کوه ها را تشکیل می دهند.

با تخمین حجم یک کوه کم ارتفاع (حدود یک کیلومتر در پای و ارتفاع حدود 300 متر)، می توان محاسبه کرد که حدود 30 میلیارد اسفنج در ساخت آن شرکت داشته است. این رقمی است که به شدت دست کم گرفته شده است: بسیاری از اسکلت ها مدت هاست که به پودر مالیده شده اند، برخی دیگر کاملاً حل شده اند، بدون اینکه زمان لازم برای پوشاندن با لایه های محافظ رسوب داشته باشند. و این فقط یک کوه است و در غرب مغولستان رشته های کامل وجود دارد.

چقدر طول کشید تا اسفنج های کوچک چنین "پروژه" بزرگی را تکمیل کنند؟

و اینجا صخره دیگری در این نزدیکی است، کوچکتر، و نه سفید، سنگ آهکی، اما قرمز مایل به خاکستری. این توسط لایه های نازک شیل سیلیسی، زنگ زده به دلیل اکسیداسیون اجزاء آهن تشکیل شده است. زمانی این کوه ها بستر دریا بودند و اگر به درستی در امتداد لایه ها شکافتید (به شدت ضربه بزنید، اما با احتیاط)، سپس روی سطحی که باز می شود، می توانید هزاران سوزن و صلیب های 3-5 میلی متری را ببینید.

اینها بقایای اسفنج های دریایی هستند، اما، برخلاف کل اسکلت آهکی باستانی ها، پایه آنها از عناصر سیلیکونی جداگانه (اسپیکول) تشکیل شده است. بنابراین، پس از مرگ، آنها فرو ریختند، ته را با "جزئیات" خود پر کردند.

اسکلت هر اسفنج حداقل از هزار "سوزن" تشکیل شده بود که حدود 100 هزار عدد از آنها در هر متر مربع پراکنده شده است. محاسبات ساده به ما امکان می دهد تخمین بزنیم که برای تشکیل یک لایه 20 متری در مساحتی به چند حیوان نیاز است. حداقل 200 × 200 متر: 800 میلیارد. و این تنها یکی از ارتفاعات اطراف ما است - و فقط چند محاسبه تقریبی. اما از قبل از آنها مشخص است که هر چه موجودات کوچکتر باشند، قدرت خلاقیت آنها بیشتر است: سازندگان اصلی زمین تک سلولی هستند.

صفحات آهکی روباز جلبک های پلانکتونیک تک سلولی - کوکولیت ها - به شکل کوکوسفرهای بزرگ ترکیب می شوند و وقتی خرد می شوند به رسوبات گچ تبدیل می شوند.

در زمین، در آب و در هوا

مشخص است که در هر 1 سانتی متر³گچ نوشتاری حاوی حدود 10 میلیارد فلس آهکی ریز از جلبک پلانکتون کوکولیتوفورید است. بسیار دیرتر از زمان دریاهای مغولستان، در دوره مزوزوئیک و عصر سنوزوئیک کنونی، آنها صخره های گچی انگلستان، ولگا ژیگولی و دیگر توده ها را برپا کردند که کف تمام اقیانوس های مدرن را پوشانده بود.

مقیاس فعالیت های ساختمانی آنها شگفت انگیز است. اما آنها در مقایسه با سایر دگرگونی هایی که زندگی خود او در این سیاره ایجاد کرده است رنگ پریده اند.

طعم شور دریاها و اقیانوس ها با وجود کلر و سدیم مشخص می شود. موجودات دریایی به هیچ یک از عناصر به مقدار زیاد نیاز ندارند و در محلول آبی تجمع می یابند. اما تقریباً هر چیز دیگری - هر چیزی که توسط رودخانه ها انجام می شود و از روده ها از طریق چشمه های کف گرم می آید - در یک لحظه جذب می شود. سیلیکون برای پوسته های مزین آنها توسط دیاتومه های تک سلولی و رادیولارها گرفته می شود.

تقریباً همه موجودات زنده به فسفر، کلسیم و البته کربن نیاز دارند. جالب توجه است که ایجاد یک اسکلت آهکی (مانند اسکلت مرجان ها یا باستانی های باستانی) با آزاد شدن دی اکسید کربن اتفاق می افتد، بنابراین اثر گلخانه ای محصول فرعی ساختمان صخره ها است.

کوکولیتوفوریدها نه تنها کلسیم آب، بلکه گوگرد محلول را نیز جذب می کنند. برای سنتز ترکیبات آلی که شناوری جلبک ها را افزایش می دهد و به آنها اجازه می دهد نزدیک به یک سطح روشن بمانند، مورد نیاز است.

هنگامی که این سلول ها می میرند، مواد آلی متلاشی می شوند و ترکیبات فرار گوگرد همراه با آب تبخیر می شوند و به عنوان دانه ای برای تشکیل ابرها عمل می کنند. یک لیتر آب دریا می تواند تا 200 میلیون کوکولیتوفورید داشته باشد و هر ساله این موجودات تک سلولی تا 15.5 میلیون تن گوگرد به جو عرضه می کنند - تقریباً دو برابر آتشفشان های خشکی.

خورشید قادر است 100 میلیون برابر بیشتر از روده های خود سیاره (3400 وات بر متر) انرژی به زمین بدهد.² در برابر 0.00009 W / M²). به لطف فتوسنتز، زندگی می تواند از این منابع استفاده کند و قدرتی فراتر از قابلیت های فرآیندهای زمین شناسی به دست آورد. البته بسیاری از گرمای خورشید به سادگی دفع می شود. اما با این حال، جریان انرژی تولید شده توسط موجودات زنده 30 برابر بیشتر از انرژی زمین شناسی است. زندگی حداقل 4 میلیارد سال است که سیاره را کنترل کرده است.

طلای بومی گاهی اوقات کریستال های عجیب و غریبی را تشکیل می دهد که از خود فلز گرانبها ارزشمندتر است.

نیروهای نور، نیروهای تاریکی

بدون موجودات زنده، بسیاری از سنگ های رسوبی اصلاً تشکیل نمی شدند. رابرت هازن، کانی شناس، که انواع کانی ها را در ماه (150 گونه)، مریخ (500 گونه) و سیاره ما (بیش از 5000 گونه) مقایسه کرد، به این نتیجه رسید که ظهور هزاران کانی زمینی به طور مستقیم یا غیرمستقیم با فعالیت آن مرتبط است. زیست کره سنگ‌های رسوبی در کف توده‌های آبی انباشته شده‌اند.

با فرو رفتن در عمق، طی میلیون ها و صدها میلیون سال، بقایای ارگانیسم ها رسوبات قدرتمندی را تشکیل دادند که همچنان به شکل رشته کوه ها به سطح زمین فشرده می شدند. این به دلیل حرکت و برخورد صفحات تکتونیکی عظیم است. اما خود تکتونیک بدون تقسیم سنگ ها به نوعی «ماده تاریک» و «نور» ممکن نبود.

به عنوان مثال، اولین مورد توسط بازالت ها نشان داده می شود، جایی که مواد معدنی با رنگ های تیره غالب هستند - پیروکسن ها، الیوین ها، پلاژیوکلازهای اساسی، و در میان عناصر - منیزیم و آهن. دومی، مانند گرانیت، از مواد معدنی رنگ روشن - کوارتز، فلدسپات پتاسیم، پلاژیوکلازهای آلبیت، غنی از آهن، آلومینیوم و سیلیکون تشکیل شده است.

سنگ های تیره چگال تر از سنگ های سبک هستند (به طور متوسط 2.9 گرم در سانتی متر).³ در برابر 2.5-2.7 گرم در سانتی متر³) و صفحات اقیانوسی را تشکیل می دهند. هنگام برخورد با صفحات قاره ای با چگالی کمتر و "سبک"، صفحات اقیانوسی در زیر آنها فرو می روند و در روده های سیاره ذوب می شوند.

نوار روشن سنگ آهن منعکس کننده تناوب فصلی لایه های سیاه رنگ سیلیسی و قرمز است.

قدیمی ترین کانی ها نشان می دهد که این ماده تاریک بود که اولین بار ظاهر شد. با این حال، این سنگ های متراکم نمی توانستند در درون خود فرو روند تا صفحات را به حرکت درآورند. این به "سمت روشن" نیاز داشت - مواد معدنی که در پوسته بی حرکت مریخ و ماه کمبود دارند.

بی دلیل نیست که رابرت هازن معتقد است این موجودات زنده زمین بودند که برخی از سنگ ها را به سنگ های دیگر تبدیل کردند که در نهایت منجر به تجمع "ماده سبک" صفحات شد. البته، این موجودات - در بیشتر موارد اکتینومیست های تک سلولی و سایر باکتری ها - چنین وظیفه فوق العاده ای را برای خود تعیین نکرده اند. هدفشان مثل همیشه یافتن غذا بود.

متالورژی آهنی اقیانوس ها

در واقع شیشه بازالت فوران شده توسط آتشفشان ۱۷ درصد آهن است و هر متر مکعب آن قادر است ۲۵ کوادریلیون باکتری آهن را تغذیه کند. با وجود حداقل 1.9 میلیارد سال، آنها به طرز ماهرانه‌ای بازالت را به یک "نانوشت" پر از کانی‌های رسی جدید تبدیل می‌کنند (در سال‌های اخیر، چنین مکانیزمی به عنوان یک کارخانه بیوژنیک کانی‌های رسی شناخته شده است).هنگامی که چنین سنگی برای ذوب به روده ها فرستاده می شود، مواد معدنی جدید و "سبک" از آن تشکیل می شود.

احتمالا محصول باکتری ها و سنگ آهن است. بیش از نیمی از آنها بین 2، 6 و 1.85 میلیارد سال پیش تشکیل شده اند و ناهنجاری مغناطیسی کورسک به تنهایی حاوی حدود 55 میلیارد تن آهن است. بدون زندگی، آنها به سختی می توانند انباشته شوند: برای اکسیداسیون و رسوب آهن محلول در اقیانوس، اکسیژن رایگان مورد نیاز است که ظهور آن در حجم های مورد نیاز فقط به دلیل فتوسنتز امکان پذیر است.

باکتری اسیدووراکس تشکیل زنگ سبز - هیدروکسید آهن را تحریک می کند.

زندگی قادر است «فرآوری» آهن و در اعماق تاریک و فاقد اکسیژن را انجام دهد. اتم‌های این فلز که توسط منابع زیر آب منتقل می‌شوند، توسط باکتری‌هایی که می‌توانند آهن آهنی را اکسید کنند و آهن آهنی را تشکیل دهند، جذب می‌شوند که با زنگ سبز رنگ در پایین ته نشین می‌شود.

یکی دو میلیارد سال پیش، زمانی که هنوز اکسیژن بسیار کمی در این سیاره وجود داشت، این اتفاق در همه جا رخ می داد و امروزه فعالیت این باکتری ها در برخی از آب های فقیر از اکسیژن قابل مشاهده است.

میکروب های گرانبها

این امکان وجود دارد که ذخایر بزرگ طلا بدون مشارکت باکتری های بی هوازی که به اکسیژن نیاز ندارند، ظاهر نمی شدند. ذخایر اصلی فلز گرانبها (از جمله در Witwatersrand در جنوب آفریقا، جایی که ذخایر اکتشاف شده حدود 81 هزار تن است) 3، 8-2، 5 میلیارد سال پیش تشکیل شده است.

به طور سنتی، اعتقاد بر این بود که سنگ معدن طلای محلی از انتقال و شستشوی ذرات طلا توسط رودخانه ها تشکیل می شود. با این حال، مطالعه طلای Witwatersrand تصویر کاملاً متفاوتی را نشان می دهد: این فلز توسط باکتری های باستانی "معدن" شده است.

دیتر هالبائر در سال 1978 ستون های کربنی عجیبی را توصیف کرد که توسط ذرات طلای خالص قاب شده بودند. برای مدت طولانی، کشف او توجه زیادی را به خود جلب نکرد تا اینکه تجزیه و تحلیل میکروسکوپی و ایزوتوپی نمونه های سنگ معدن، مدل سازی تشکیل سنگ معدن توسط مستعمرات میکروب های مدرن و سایر محاسبات صحت زمین شناس را تأیید کرد.

ظاهراً حدود 2.6 میلیارد سال پیش، زمانی که آتشفشان ها جو را با سولفید هیدروژن، اسید سولفوریک و دی اکسید گوگرد با بخار آب اشباع کردند، باران های اسیدی سنگ های حاوی طلای پراکنده را شسته و محلول ها را به آب های کم عمق منتقل کردند. با این حال، خود فلز گرانبها به شکل خطرناک ترین ترکیبات برای هر موجود زنده ای، مانند سیانور، به آنجا آمد.

برای جلوگیری از این تهدید، میکروب‌ها آب را «ضدعفونی» کردند و نمک‌های سمی طلا را به کمپلکس‌های آلی فلزی یا حتی به فلز خالص کاهش دادند. ذرات درخشان بر روی مستعمرات باکتری ها نشستند و قالب هایی از زنجیره های چند سلولی را تشکیل دادند که اکنون می توان آنها را با میکروسکوپ الکترونی روبشی مشاهده کرد. میکروب ها حتی در حال حاضر نیز به رسوب طلا ادامه می دهند - این فرآیند، به عنوان مثال، در چشمه های آب گرم در نیوزیلند، البته در مقیاس بسیار متوسط، مشاهده می شود.

هم Witwatersrand و هم احتمالاً سایر ذخایر هم سن، نتیجه فعالیت حیاتی جوامع باکتریایی در فضایی بدون اکسیژن بوده است. ناهنجاری مغناطیسی کورسک و ذخایر سنگ آهن مرتبط با آن در ابتدای دوران اکسیژن تشکیل شد. با این حال، ذخایر بیشتری در این مقیاس ظاهر نشدند و بعید است که دوباره شکل بگیرند: ترکیب جو، سنگ ها و آب های اقیانوس از آن زمان تاکنون بارها تغییر کرده است.

اما در طول این مدت، نسل های بی شماری از موجودات زنده نیز تغییر کرده اند و هر یک از آنها توانسته اند در تکامل جهانی زمین شرکت کنند. انبوه اسفنج های دریایی و دم اسب های درخت مانند خشکی ناپدید شده اند، حتی گله های ماموت ها نیز متعلق به گذشته هستند و ردپایی در زمین شناسی به جا می گذارند. زمان برای موجودات دیگر و تغییرات جدید در تمام پوسته های سیاره ما - آب، هوا و سنگ - فرا رسیده است.