כיצד מיקרואורגניזמים יצרו את קרום כדור הארץ

2024 מְחַבֵּר: Seth Attwood | [email protected]. שונה לאחרונה: 2023-12-16 16:05

ההרים נראים מרשימים במיוחד על רקע הערבה המונגולית האינסופית. בעמידה למרגלות, מתפתים להרהר בכוחם האדיר של בטן האדמה שערמו את הרכסים הללו. אבל כבר בדרך לפסגה מושכת את העין דוגמה דקה המכסה את המדפים הסלעיים. מי הגשמים הללו אכלו מעט את השלדים הנקבוביים של הספוגים הארכיאוציאטים העתיקים שהרכיבו את ההר, הבונים האמיתיים של רכס ההרים.

ענקים קטנים של בנייה גדולה

פעם, לפני יותר מחצי מיליארד שנה, הם עלו מתחתית ים חמים כשונית בהירה של אי געשי. הוא מת, מכוסה בשכבה עבה של אפר חם - כמה ארכיאוציאטים אפילו נשרפו, וחללים השתמרו בטוף הקפוא.

עם זאת, שלדים רבים, שצמחו יחד במהלך חייהם ו"קפאו" לתוך הסלע על ידי שכבות מפותלות של מלט ים, נשארים במקומות הרגילים שלהם גם היום, כשהים כבר מזמן איננו. כל שלד כזה קטן מאצבע קטנה. כמה יש שם?

השלדים של רדיולארים זעירים יוצרים את סלעי הסיליקוס של רכסי ההרים.

לאחר שהערכנו את נפחו של הר נמוך (כקילומטר רוחב למרגלותיו וכ-300 מ' גובהו), נוכל לחשב שבבנייתו השתתפו כ-30 מיליארד ספוגים. זהו נתון מוזל מאוד: שלדים רבים נמשכו זה מכבר לאבקה, אחרים התמוססו לחלוטין, מבלי להספיק להתכסות בשכבות הגנה של משקעים. וזהו רק הר אחד, ובמערב מונגוליה יש רכסים שלמים.

כמה זמן לקח לספוגים קטנים להשלים "פרויקט" כה גרנדיוזי?

והנה עוד צוק בסמוך, קטן יותר, ולא לבן, אבן גיר, אלא אדמדם-אפורה. הוא נוצר משכבות דקות של פצלי סיליקסי, חלודים עקב חמצון של תכלילי ברזל. פעם ההרים האלה היו קרקעית הים, ואם מתפצלים נכון לאורך השכבות (מכות חזק, אבל בזהירות), אז על פני השטח הנפתחים אפשר לראות אינספור מחטים וצלבים של 3-5 מ מ.

אלו הם שרידי ספוגי ים, אך בניגוד לכל השלד הגירני של הארכיאוציאטים, הבסיס שלהם נוצר מיסודות סיליקון נפרדים (ספיקולים). לכן, לאחר שמתו, הם התפוררו, זרקו בתחתית ה"פרטים" שלהם.

השלד של כל ספוג כלל לפחות אלף "מחטים", כ-100 אלף מהן מפוזרות על כל מטר מרובע. חשבון פשוט מאפשר לנו להעריך כמה בעלי חיים נדרשו כדי ליצור שכבה של 20 מטר על שטח של לפחות 200 x 200 מ': 800 מיליארד. וזה רק אחד מהגבהים סביבנו - ורק כמה חישובים גסים. אבל כבר מהם ברור שככל שהאורגניזמים קטנים יותר, כך גדל כוחם היצירתי: הבונים העיקריים של כדור הארץ הם חד-תאיים.

לוחות גיר פתוחים של אצות פלנקטוניות חד-תאיות - קוקוליתים - משולבות לכדי קוקוספירות גדולות, וכשהן מתפוררות הן הופכות למשקעי גיר.

ביבשה, במים ובאוויר

ידוע שבכל 1 ס מ³גיר כתיבה מכיל כ-10 מיליארד קשקשים גירניים עדינים של אצות פלנקטוניות coccolithophorids. הרבה יותר מאוחר מתקופת הים המונגולי, בעידן המזוזואיקון והקנוזואיקון הנוכחי, הם הקימו את צוקי הקירטון של אנגליה, הוולגה ז'יגולי ומסיפים אחרים, כיסו את קרקעית כל האוקיינוסים המודרניים.

היקף פעילות הבנייה שלהם מדהים. אבל הם מחווירים בהשוואה לתמורות אחרות שחייה שלה עשו על הפלנטה.

הטעם המלוח של הים והאוקיינוסים נקבע על ידי נוכחות של כלור ונתרן. אף אחד מהאלמנטים אינו נדרש על ידי יצורי ים בכמויות גדולות, והם מצטברים בתמיסה מימית. אבל כמעט כל השאר - כל מה שמתבצע בנהרות ומגיע מהמעיים דרך מעיינות תחתית חמה - נספג ברגע. הסיליקון נלקח עבור הקליפות המעוטרות שלהם על ידי דיאטומים חד-תאיים ורדיולרינים.

כמעט כל האורגניזמים זקוקים לזרחן, לסידן וכמובן לפחמן. מעניין שיצירת שלד גירני (כמו של אלמוגים או ארכיאוציאטים עתיקים) מתרחשת עם שחרור פחמן דו חמצני, כך שאפקט החממה הוא תוצר לוואי של בניית שוניות.

Coccolithophorides סופגים לא רק סידן מהמים, אלא גם גופרית מומסת. הוא נדרש לסינתזה של תרכובות אורגניות המגבירות את כושר הציפה של האצות ומאפשרות להן להישאר קרוב למשטח מואר.

כאשר תאים אלה מתים, החומרים האורגניים מתפוררים, ותרכובות הגופרית הנדיפות מתאדות יחד עם המים, ומשמשות כזרע להיווצרות עננים. ליטר מי ים יכול להכיל עד 200 מיליון קוקוליתופורידים, ובכל שנה האורגניזמים החד-תאיים הללו מספקים עד 15.5 מיליון טונות של גופרית לאטמוספירה - כמעט פי שניים מהרי געש יבשתיים.

השמש מסוגלת להעניק לכדור הארץ פי 100 מיליון יותר אנרגיה מהמעיים של כוכב הלכת עצמו (3400 W/m)² מול 0.00009 W/m²). הודות לפוטוסינתזה, החיים יכולים להשתמש במשאבים אלה, לצבור כוח העולה על היכולות של תהליכים גיאולוגיים. כמובן שחלק גדול מחום השמש פשוט מתפזר. אבל בכל זאת, זרימת האנרגיה המופקת על ידי אורגניזמים חיים גבוהה פי 30 מזו הגיאולוגית. החיים שלטו בכוכב הלכת לפחות 4 מיליארד שנים.

זהב מקומי יוצר לפעמים גבישים מוזרים שהם בעלי ערך רב יותר מהמתכת היקרה עצמה.

כוחות של אור, כוחות של חושך

ללא אורגניזמים חיים, סלעי משקע רבים לא היו נוצרים כלל. המינרלוג רוברט האזן, שהשווה בין מגוון המינרלים על הירח (150 מינים), מאדים (500) וכוכב הלכת שלנו (יותר מ-5,000), הגיע למסקנה כי הופעתם של אלפי מינרלים יבשתיים קשורה במישרין או בעקיפין לפעילותו. ביוספירה. סלעי משקע הצטברו בתחתית מקווי מים.

שוקעים לעומק, במשך מיליוני ומאות מיליוני שנים, יצרו שרידי אורגניזמים מרבצים רבי עוצמה, שנותרו להידחק אל פני השטח בצורת רכסי הרים. זה נובע מתנועה והתנגשות של לוחות טקטוניים ענקיים. אבל הטקטוניקה עצמה לא הייתה אפשרית ללא חלוקת סלעים למעין "אפל" ו"חומר קל".

הראשון מיוצג, למשל, על ידי בזלת, שבהן שולטים מינרלים בגוונים כהים - פירוקסנים, אוליבינים, פלגיוקלאזים בסיסיים, ובין היסודות - מגנזיום וברזל. האחרונים, כמו גרניטים, מורכבים ממינרלים בהירים - קוורץ, אשלגן פלדספארי, פלגיוקלס אלביט, עשיר בברזל, אלומיניום וסיליקון.

סלעים כהים צפופים יותר מסלעים בהירים (בממוצע 2.9 גרם / ס"מ³ כנגד 2.5-2.7 גרם / ס"מ³) ויוצרים לוחות אוקיינוסים. כאשר מתנגשים בלוחות יבשתיים פחות צפופים ו"קלים", אלו האוקיינוסים שוקעים תחתיהם ונמסים בבטן הפלנטה.

הרצועות הבהירות של עפרות הברזל משקפות את ההחלפה העונתית של שכבות סיליקוניות כהות ואדומות.

המינרלים העתיקים ביותר מצביעים על כך ש"חומר אפל" הוא שהופיע ראשון. עם זאת, סלעים צפופים אלה לא יכלו לשקוע לתוך עצמם כדי להניע את הלוחות. זה הצריך את "הצד המואר" - מינרלים, המצויים במחסור בקרום הבלתי נע של מאדים והירח.

לא בכדי מאמין רוברט הייזן כי האורגניזמים החיים של כדור הארץ, שהופכים סלעים מסוימים לאחרים, הם שהובילו בסופו של דבר להצטברות ה"חומר הקל" של הלוחות. כמובן, היצורים הללו - לרוב חד-תאיים וחיידקים אחרים - לא הציבו לעצמם משימת-על שכזו. המטרה שלהם, כמו תמיד, הייתה למצוא אוכל.

מתכות ברזל של האוקיינוסים

למעשה, זכוכית הבזלת שבקע הר הגעש היא 17% ברזל, וכל מטר מעוקב שלה מסוגל להזין 25 קוודריליון חיידקי ברזל. הקיימים לפחות 1.9 מיליארד שנים, הם הופכים במיומנות את הבזלת ל"ננושט" מלא במינרלי חימר חדשים (בשנים האחרונות, מנגנון כזה הוכר כמפעל ביוגני של מינרלי חימר).כשסלע כזה נשלח למעיים להמסה, נוצרים ממנו מינרלים חדשים ו"קלים".

כנראה תוצר של חיידקים ועפרות ברזל. יותר ממחציתם נוצרו לפני 2, 6 ו-1.85 מיליארד שנים, והאנומליה המגנטית של קורסק לבדה מכילה כ-55 מיליארד טון ברזל. ללא חיים, הם בקושי יכלו להצטבר: עבור חמצון ומשקעים של ברזל המומס באוקיינוס, נדרש חמצן חופשי, שהמראה שלו בנפחים הנדרשים אפשרי רק בגלל פוטוסינתזה.

חיידקי Acidovorax מעוררים היווצרות חלודה ירוקה - הידרוקסיד של ברזל.

החיים מסוגלים לבצע את ה"עיבוד" של הברזל ובמעמקים נטולי חמצן. האטומים של מתכת זו, הנישאים על ידי מקורות תת-מימיים, נלכדים על ידי חיידקים המסוגלים לחמצן ברזל ברזל ליצירת ברזל ברזל, שמתיישב לקרקעית עם חלודה ירוקה.

לפני כמה מיליארדי שנים, כשעדיין היה מעט מאוד חמצן על הפלנטה, זה קרה בכל מקום, וכיום ניתן לראות את הפעילות של החיידקים הללו בכמה מקווי מים דלים בחמצן.

חיידקים יקרים

יתכן שמרבצי זהב גדולים לא היו מופיעים ללא השתתפותם של חיידקים אנאירוביים שאינם זקוקים לחמצן. המרבצים העיקריים של המתכת היקרה (כולל ב-Witwatersrand שבדרום אפריקה, שם העתודות שנחקרו הן כ-81 אלף טון) נוצרו לפני 3, 8-2, 5 מיליארד שנים.

באופן מסורתי, האמינו כי עפרות הזהב המקומיות נוצרו על ידי העברה ושטיפת חלקיקי זהב על ידי נהרות. עם זאת, המחקר של זהב ויטוואטרסנד חושף תמונה שונה לחלוטין: המתכת "נכרה" על ידי חיידקים עתיקים.

דיטר הלבואר תיאר עמודי פחמן מוזרים ממוסגרים על ידי חלקיקים של זהב טהור עוד ב-1978. במשך זמן רב, הגילוי שלו לא משך תשומת לב רבה עד שניתוח מיקרוסקופי ואיזוטופי של דגימות עפרות, מודלים של היווצרות עפרות על ידי מושבות של חיידקים מודרניים וחישובים אחרים אישרו את נכונותו של הגיאולוג.

ככל הנראה, לפני כ-2.6 מיליארד שנים, כאשר הרי געש הרוויו את האטמוספירה במימן גופרתי, חומצה גופרתית וגופרית דו חמצנית באדי מים, גשמים חומציים שטפו את הסלעים המכילים זהב מפוזר ונשאו תמיסות למים רדודים. עם זאת, המתכת היקרה עצמה הגיעה לשם בצורה של התרכובות המסוכנות ביותר עבור כל יצור חי, כמו ציאניד.

כדי למנוע את האיום, חיידקים "חיטאו" את המים, והפחיתו את מלחי הזהב הרעילים למתחמים אורגנו-מתכתיים או אפילו למתכת טהורה. החלקיקים הנוצצים התיישבו על מושבות החיידקים ויצרו יציקות של שרשראות רב-תאיות, שכעת ניתן לצפות בהן במיקרוסקופ אלקטרוני סורק. חיידקים ממשיכים לזרז זהב גם עכשיו - תהליך זה נצפה, למשל, במעיינות חמים בניו זילנד, אם כי בקנה מידה צנוע מאוד.

גם הוויטווטרסאנד וגם, כנראה, מרבצים אחרים בני אותו גיל היו תוצאה של פעילות חיונית של קהילות חיידקים באטמוספירה נטולת חמצן. האנומליה המגנטית של קורסק ומרבצי עפרות ברזל קשורים נוצרו בתחילת עידן החמצן. עם זאת, מרבצים נוספים בקנה מידה זה לא הופיעו וסביר להניח שלא יתחילו להתגבש שוב: הרכב האטמוספירה, הסלעים ומי האוקיינוס השתנה פעמים רבות מאז.

אבל במהלך הזמן הזה, גם אינספור דורות של אורגניזמים חיים השתנו, וכל אחד מהם הצליח לקחת חלק באבולוציה העולמית של כדור הארץ. סבך ספוגי הים וזנבי הסוס דמויי העצים של הארץ נעלמו, אפילו עדרי ממותות הם נחלת העבר, מותירים עקבות בגיאולוגיה. הגיע הזמן ליצורים אחרים ולשינויים חדשים בכל הקליפות של הפלנטה שלנו - מים, אוויר ואבן.