จุลินทรีย์ก่อตัวเป็นเปลือกโลกอย่างไร

2024 ผู้เขียน: Seth Attwood | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2023-12-16 16:17

ภูเขาดูน่าประทับใจเป็นพิเศษกับฉากหลังของที่ราบกว้างใหญ่มองโกเลียที่ไม่มีที่สิ้นสุด เมื่อยืนอยู่ที่เท้า คนหนึ่งถูกล่อลวงให้ไตร่ตรองถึงพลังมหาศาลของลำไส้ของโลกที่ซ้อนสันเขาเหล่านี้ไว้ แต่เมื่อขึ้นไปถึงยอดแล้ว ก็มีลวดลายบางๆ ที่ปกคลุมแนวหินที่ดึงดูดสายตา น้ำฝนนี้กัดกร่อนโครงกระดูกที่มีรูพรุนของฟองน้ำอาร์เคโอไซเอตโบราณที่ประกอบขึ้นเป็นภูเขาเล็กน้อย ซึ่งเป็นผู้สร้างเทือกเขาอย่างแท้จริง

ยักษ์ใหญ่ตัวน้อยของการก่อสร้างที่ยิ่งใหญ่

ครั้งหนึ่งเมื่อกว่าครึ่งพันล้านปีก่อน พวกมันลุกขึ้นจากก้นทะเลที่อบอุ่นเป็นแนวปะการังที่สดใสของเกาะภูเขาไฟ เขาเสียชีวิตโดยปกคลุมด้วยขี้เถ้าร้อนหนา ๆ - อาร์คีโอไซเอตบางตัวถูกไฟไหม้และฟันผุก็ถูกเก็บรักษาไว้ในปอยแช่แข็ง

อย่างไรก็ตาม โครงกระดูกจำนวนมากที่เติบโตไปด้วยกันในช่วงชีวิตของพวกเขาและ "แช่แข็ง" ลงในหินด้วยชั้นซีเมนต์ที่คดเคี้ยว ยังคงอยู่ในที่ปกติของมันแม้ในปัจจุบันที่ทะเลได้หายไปนานแล้ว โครงกระดูกแต่ละตัวนั้นเล็กกว่านิ้วก้อย มีกี่แบบ?

โครงกระดูกของเรดิโอลาเรียนขนาดเล็กก่อตัวเป็นหินทรายของเทือกเขา

เมื่อประเมินปริมาตรของภูเขาเตี้ย (ประมาณหนึ่งกิโลเมตรที่เท้าและสูงประมาณ 300 เมตร) เราสามารถคำนวณได้ว่าฟองน้ำประมาณ 30 พันล้านชิ้นมีส่วนร่วมในการก่อสร้าง นี่เป็นตัวเลขที่ประเมินต่ำเกินไป: โครงกระดูกจำนวนมากถูกลูบเป็นผงมานานแล้ว ส่วนอื่นๆ ได้ละลายไปหมดแล้ว โดยไม่ต้องมีเวลาให้ชั้นป้องกันตะกอนปกคลุม และนี่คือภูเขาลูกเดียวและทางตะวันตกของมองโกเลียมีทั้งเทือกเขา

ฟองน้ำขนาดเล็กใช้เวลานานเท่าใดจึงจะเสร็จสิ้น "โครงการ" ที่ยิ่งใหญ่เช่นนี้

และนี่คือหน้าผาอีกแห่งหนึ่งที่อยู่ใกล้เคียง เล็กกว่า ไม่ใช่หินปูนสีขาว แต่เป็นสีเทาอมแดง มันถูกสร้างขึ้นโดยชั้นหินดินดานบาง ๆ สนิมเนื่องจากการเกิดออกซิเดชันของการรวมเหล็ก ครั้งหนึ่ง ภูเขาเหล่านี้เป็นพื้นทะเล และหากคุณแยกออกเป็นชั้นๆ อย่างถูกต้อง (กระแทกแรงๆ แต่ระวัง) จากนั้นบนพื้นผิวที่เปิดออก คุณจะเห็นเข็มและไม้กางเขนมากมายขนาด 3-5 มม.

เหล่านี้เป็นซากของฟองน้ำทะเล แต่ในทางตรงกันข้ามกับโครงกระดูกที่เป็นปูนทั้งหมดของ archaeocyates ฐานของพวกมันถูกสร้างขึ้นจากองค์ประกอบซิลิกอนที่แยกจากกัน (spicules) ดังนั้นเมื่อเสียชีวิตพวกเขาจึงพังทลายลงด้านล่างด้วย "รายละเอียด" ของพวกเขา

โครงกระดูกของฟองน้ำแต่ละอันประกอบด้วย "เข็ม" อย่างน้อยหนึ่งพันอัน ประมาณ 100,000 อันกระจัดกระจายในแต่ละตารางเมตร เลขคณิตอย่างง่ายช่วยให้เราประเมินว่าต้องใช้สัตว์กี่ตัวในการสร้างชั้น 20 เมตรบนพื้นที่ อย่างน้อย 200 x 200 ม.: 800 พันล้าน และนี่เป็นเพียงหนึ่งในความสูงรอบตัวเรา - และมีเพียงการคำนวณคร่าวๆ เท่านั้น แต่จากพวกมันแล้ว เป็นที่ชัดเจนว่ายิ่งสิ่งมีชีวิตมีขนาดเล็กเท่าใด พลังสร้างสรรค์ของพวกมันก็ยิ่งมากขึ้นเท่านั้น: ผู้สร้างหลักของโลกนั้นมีเซลล์เดียว

แผ่นปูนปลาสเตอร์ openwork ของสาหร่ายแพลงก์โทนิกที่มีเซลล์เดียว - coccoliths - ถูกรวมเข้าด้วยกันเป็น coccospheres ขนาดใหญ่และเมื่อสลายพวกมันจะกลายเป็นเงินฝากชอล์ก

บนบก ในน้ำ และในอากาศ

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าทุกๆ 1 ซม.³ชอล์กสำหรับเขียนประกอบด้วย coccolithophorids สาหร่ายแพลงก์โทนิกละเอียดประมาณ 10 พันล้านชิ้น ช้ากว่ายุคของทะเลมองโกเลียมาก ในยุคมีโซโซอิกและยุคซีโนโซอิกในปัจจุบัน พวกเขาสร้างหน้าผาชอล์กของอังกฤษ แม่น้ำโวลก้า ซิกูลี และเทือกเขาอื่นๆ ปกคลุมก้นมหาสมุทรสมัยใหม่ทั้งหมด

ขนาดของกิจกรรมการก่อสร้างนั้นน่าทึ่งมาก แต่พวกมันดูซีดเซียวเมื่อเปรียบเทียบกับการเปลี่ยนแปลงอื่นๆ ที่ชีวิตของเธอเองได้สร้างขึ้นบนโลกใบนี้

รสเค็มของทะเลและมหาสมุทรถูกกำหนดโดยการมีอยู่ของคลอรีนและโซเดียม สัตว์ทะเลไม่ต้องการองค์ประกอบทั้งสองในปริมาณมาก และพวกมันสะสมในสารละลายที่เป็นน้ำ แต่เกือบทุกอย่างอื่น - ทุกสิ่งที่ไหลผ่านแม่น้ำและมาจากลำไส้ผ่านน้ำพุร้อนด้านล่าง - ถูกดูดซับในทันที ซิลิคอนถูกนำไปใช้สำหรับเปลือกอันวิจิตรของพวกมันโดยไดอะตอมที่มีเซลล์เดียวและเรดิโอลาเรียน

สิ่งมีชีวิตเกือบทั้งหมดต้องการฟอสฟอรัส แคลเซียม และแน่นอน คาร์บอน สิ่งที่น่าสนใจก็คือ การสร้างโครงกระดูกที่เป็นปูน (เช่น ของปะการังหรืออาร์คีโอไซเอตในสมัยโบราณ) เกิดขึ้นจากการปล่อยก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ ดังนั้น ภาวะเรือนกระจกจึงเป็นผลพลอยได้จากการสร้างแนวปะการัง

Coccolithophorides ไม่เพียงดูดซับแคลเซียมจากน้ำ แต่ยังละลายกำมะถันด้วย จำเป็นสำหรับการสังเคราะห์สารประกอบอินทรีย์ที่เพิ่มการลอยตัวของสาหร่ายและปล่อยให้พวกมันอยู่ใกล้กับพื้นผิวที่ส่องสว่าง

เมื่อเซลล์เหล่านี้ตาย สารอินทรีย์จะสลายตัว และสารประกอบกำมะถันระเหยง่ายจะระเหยไปพร้อมกับน้ำ ซึ่งทำหน้าที่เป็นเมล็ดสำหรับการก่อตัวของเมฆ น้ำทะเลหนึ่งลิตรสามารถบรรจุ coccolithophorids ได้มากถึง 200 ล้านตัว และในแต่ละปีสิ่งมีชีวิตที่มีเซลล์เดียวเหล่านี้จะจ่ายกำมะถันสู่ชั้นบรรยากาศมากถึง 15.5 ล้านตัน ซึ่งมากกว่าภูเขาไฟบนบกเกือบสองเท่า

ดวงอาทิตย์สามารถให้พลังงานแก่โลกได้มากกว่าลำไส้ของดาวเคราะห์ 100 ล้านเท่า (3400 W / m² เทียบกับ 0.000009 W / m²). ต้องขอบคุณการสังเคราะห์ด้วยแสง ทำให้ชีวิตสามารถใช้ทรัพยากรเหล่านี้ได้ ทำให้ได้รับพลังที่เกินความสามารถของกระบวนการทางธรณีวิทยา แน่นอน ความร้อนจากดวงอาทิตย์ส่วนใหญ่ก็หมดไป แต่เช่นเดียวกัน การไหลของพลังงานที่ผลิตโดยสิ่งมีชีวิตนั้นสูงกว่าพลังงานทางธรณีวิทยาถึง 30 เท่า ชีวิตได้ควบคุมโลกมาอย่างน้อย 4 พันล้านปี

ทองคำพื้นเมืองบางครั้งสร้างผลึกที่แปลกประหลาดซึ่งมีค่ามากกว่าโลหะมีค่า

พลังแห่งแสงพลังแห่งความมืด

หากปราศจากสิ่งมีชีวิต หินตะกอนจำนวนมากก็จะไม่ก่อตัวขึ้นเลย นักขุดแร่ Robert Hazen ซึ่งเปรียบเทียบแร่ธาตุหลากหลายชนิดบนดวงจันทร์ (150 สายพันธุ์), ดาวอังคาร (500) และโลกของเรา (มากกว่า 5,000 ตัว) สรุปว่าการปรากฏตัวของแร่ธาตุบนบกหลายพันนั้นเกี่ยวข้องโดยตรงหรือโดยอ้อมกับกิจกรรมของ ชีวมณฑล หินตะกอนที่สะสมอยู่ที่ก้นน้ำ

ซากของสิ่งมีชีวิตที่จมลงไปในความลึกเป็นเวลาหลายล้านและหลายร้อยล้านปีทำให้เกิดแหล่งสะสมที่ทรงพลังซึ่งยังคงถูกบีบออกสู่พื้นผิวในรูปแบบของเทือกเขา เนื่องจากการเคลื่อนที่และการชนกันของแผ่นเปลือกโลกขนาดใหญ่ แต่การแปรสัณฐานจะเป็นไปไม่ได้หากปราศจากการแบ่งหินออกเป็น "ความมืด" และ "สสารเบา"

ตัวอย่างแรกแสดงโดยหินบะซอลต์ซึ่งแร่ธาตุของโทนสีเข้มมีอิทธิพลเหนือ - pyroxenes, olivines, plagioclases พื้นฐานและท่ามกลางองค์ประกอบ - แมกนีเซียมและเหล็ก อย่างหลังเช่นหินแกรนิตประกอบด้วยแร่ธาตุสีอ่อน - ควอตซ์, โพแทสเซียมเฟลด์สปาร์, อัลไบท์พลาจิโอคลาสที่อุดมไปด้วยเหล็กอลูมิเนียมและซิลิกอน

หินสีเข้มมีความหนาแน่นมากกว่าหินสีอ่อน (โดยเฉลี่ย 2.9 g / cm³ เทียบกับ 2.5-2.7 g / cm³) และก่อตัวเป็นแผ่นมหาสมุทร เมื่อชนกับแผ่นทวีป "เบา" ที่มีความหนาแน่นน้อยกว่า แผ่นมหาสมุทรจะจมอยู่ใต้แผ่นเหล่านี้และละลายในก้นบึ้งของดาวเคราะห์

แถบสีสว่างของแร่เหล็กสะท้อนให้เห็นถึงการสลับกันของชั้นซิลิเซียสสีเข้มและเฟอร์รูจินัสสีแดงตามฤดูกาล

แร่ธาตุที่เก่าแก่ที่สุดระบุว่าเป็น "สสารมืด" ที่ปรากฏตัวครั้งแรก อย่างไรก็ตาม หินหนาทึบเหล่านี้ไม่สามารถจมลงในตัวเองเพื่อทำให้แผ่นเปลือกโลกเคลื่อนที่ได้ สิ่งนี้ต้องการ "ด้านสว่าง" - แร่ธาตุซึ่งขาดแคลนในเปลือกโลกที่เคลื่อนที่ไม่ได้ของดาวอังคารและดวงจันทร์

ไม่ใช่โดยไม่มีเหตุผลที่ Robert Hazen เชื่อว่ามันเป็นสิ่งมีชีวิตของโลกที่เปลี่ยนหินบางส่วนเป็นหินก้อนอื่นซึ่งท้ายที่สุดก็นำไปสู่การสะสมของ "สสารเบา" ของแผ่นเปลือกโลก แน่นอน สิ่งมีชีวิตเหล่านี้ ซึ่งส่วนใหญ่มีเซลล์เดียวคือแอคติโนมัยซีตและแบคทีเรียอื่นๆ ไม่ได้ตั้งตัวเองเป็นภารกิจพิเศษเช่นนี้ เป้าหมายของพวกเขาเช่นเคยคือการหาอาหาร

โลหะวิทยาเหล็กของมหาสมุทร

อันที่จริง กระจกบะซอลต์ที่ปะทุโดยภูเขาไฟนั้นมีธาตุเหล็ก 17% และแต่ละลูกบาศก์เมตรสามารถเลี้ยงแบคทีเรียธาตุเหล็กได้ 25 ล้านล้านตัว มีอายุอย่างน้อย 1.9 พันล้านปี พวกเขาเปลี่ยนหินบะซอลต์ให้กลายเป็น "นาโนเชต" ที่เต็มไปด้วยแร่ธาตุดินเหนียวใหม่อย่างชำนาญ (ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา กลไกดังกล่าวได้รับการยอมรับว่าเป็นโรงงานผลิตแร่ดินเหนียวที่สังเคราะห์ทางชีวภาพ)เมื่อหินดังกล่าวถูกส่งไปยังลำไส้เพื่อละลาย แร่ธาตุ "แสง" ใหม่จะถูกสร้างขึ้นจากมัน

น่าจะเป็นผลิตภัณฑ์จากแบคทีเรียและแร่เหล็ก มากกว่าครึ่งหนึ่งก่อตัวขึ้นเมื่อ 2, 6 และ 1.85 พันล้านปีก่อน และความผิดปกติทางแม่เหล็กของเคิร์สต์เพียงอย่างเดียวก็มีธาตุเหล็กประมาณ 55 พันล้านตัน หากไม่มีชีวิตพวกเขาแทบจะไม่สามารถสะสม: สำหรับการเกิดออกซิเดชันและการตกตะกอนของธาตุเหล็กที่ละลายในมหาสมุทรนั้นจำเป็นต้องมีออกซิเจนฟรีซึ่งการปรากฏตัวของในปริมาณที่ต้องการนั้นเป็นไปได้เนื่องจากการสังเคราะห์ด้วยแสงเท่านั้น

แบคทีเรีย Acidovorax กระตุ้นการเกิดสนิมสีเขียว - เหล็กไฮดรอกไซด์

ชีวิตสามารถดำเนินการ "แปรรูป" ของเหล็กและในความมืดมิดที่ปราศจากออกซิเจน อะตอมของโลหะนี้ซึ่งถูกพัดพาไปโดยแหล่งใต้น้ำ ถูกจับโดยแบคทีเรียที่สามารถออกซิไดซ์เหล็กเฟอร์รัสเพื่อสร้างเหล็กเฟอริก ซึ่งจะเกาะตัวกับสนิมสีเขียวที่ด้านล่าง

เมื่อสองพันล้านปีก่อน ตอนที่ยังมีออกซิเจนน้อยมากบนโลกใบนี้ สิ่งนี้เกิดขึ้นทุกที่ และวันนี้กิจกรรมของแบคทีเรียเหล่านี้สามารถเห็นได้ในแหล่งน้ำที่มีออกซิเจนน้อย

จุลินทรีย์ล้ำค่า

เป็นไปได้ว่าทองคำจำนวนมากจะไม่ปรากฏขึ้นหากไม่มีการมีส่วนร่วมของแบคทีเรียที่ไม่ใช้ออกซิเจนที่ไม่ต้องการออกซิเจน แหล่งสะสมหลักของโลหะมีค่า (รวมถึงใน Witwatersrand ในแอฟริกาใต้ซึ่งมีปริมาณสำรองที่สำรวจประมาณ 81,000 ตัน) ก่อตัวขึ้นเมื่อ 3, 8-2, 5 พันล้านปีก่อน

ตามเนื้อผ้า เชื่อกันว่าแร่ทองคำในท้องถิ่นเกิดจากการถ่ายเทและการชะล้างอนุภาคทองคำโดยแม่น้ำ อย่างไรก็ตาม การศึกษาทองวิทวอเตอร์สแรนด์เผยให้เห็นภาพที่แตกต่างอย่างสิ้นเชิง: โลหะถูก "ขุด" โดยแบคทีเรียในสมัยโบราณ

Dieter Halbauer บรรยายถึงเสาคาร์บอนแปลก ๆ ที่ล้อมรอบด้วยอนุภาคของทองคำบริสุทธิ์ในปี 1978 เป็นเวลานาน การค้นพบของเขาไม่ได้รับความสนใจมากนัก จนกระทั่งการวิเคราะห์ตัวอย่างแร่ด้วยกล้องจุลทรรศน์และไอโซโทป การจำลองการก่อตัวของแร่โดยอาณานิคมของจุลินทรีย์สมัยใหม่ และการคำนวณอื่นๆ ได้ยืนยันความถูกต้องของนักธรณีวิทยา

เห็นได้ชัดว่าเมื่อประมาณ 2.6 พันล้านปีก่อน เมื่อภูเขาไฟอิ่มตัวบรรยากาศด้วยไฮโดรเจนซัลไฟด์ กรดซัลฟิวริก และซัลเฟอร์ไดออกไซด์ด้วยไอน้ำ ฝนกรดจะพัดพาหินที่มีทองคำกระจัดกระจายออกไปและนำสารละลายไปสู่น้ำตื้น อย่างไรก็ตาม โลหะมีค่านั้นได้มาในรูปของสารประกอบที่อันตรายที่สุดสำหรับสิ่งมีชีวิตใดๆ เช่น ไซยาไนด์

เพื่อหลีกเลี่ยงภัยคุกคาม จุลินทรีย์ "ฆ่าเชื้อ" ในน้ำ ลดเกลือทองที่เป็นพิษให้เป็นสารประกอบเชิงซ้อนออร์กาโนเมทัลลิกหรือแม้แต่โลหะบริสุทธิ์ อนุภาคที่ส่องประกายระยิบระยับตกตะกอนบนอาณานิคมของแบคทีเรีย ก่อตัวเป็นสายโซ่หลายเซลล์ ซึ่งขณะนี้สามารถดูได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอนแบบส่องกราด จุลินทรีย์ยังคงตกตะกอนทองคำแม้ในขณะนี้ - กระบวนการนี้สังเกตได้ เช่น ในบ่อน้ำพุร้อนในนิวซีแลนด์ แม้ว่าจะมีในระดับที่พอประมาณ

ทั้ง Witwatersrand และแหล่งสะสมอื่นๆ ในวัยเดียวกันเป็นผลมาจากกิจกรรมที่สำคัญของชุมชนแบคทีเรียในบรรยากาศที่ปราศจากออกซิเจน ความผิดปกติทางแม่เหล็กของเคิร์สต์และแหล่งแร่เหล็กที่เกี่ยวข้องเกิดขึ้นในช่วงเริ่มต้นของยุคออกซิเจน อย่างไรก็ตาม ตะกอนขนาดนี้ไม่ปรากฏขึ้นและไม่น่าจะเริ่มก่อตัวอีกครั้ง องค์ประกอบของบรรยากาศ หิน และน้ำทะเลได้เปลี่ยนแปลงไปหลายครั้งตั้งแต่นั้นมา

แต่ในช่วงเวลานี้ สิ่งมีชีวิตนับไม่ถ้วนก็เปลี่ยนไปเช่นกัน และพวกมันแต่ละคนก็สามารถมีส่วนร่วมในวิวัฒนาการของโลกได้ ฟองน้ำทะเลหนาทึบและหางม้าที่เหมือนต้นไม้ของแผ่นดินได้หายไป แม้แต่ฝูงแมมมอธก็กลายเป็นอดีตไปแล้ว ทิ้งร่องรอยไว้ในธรณีวิทยา ถึงเวลาแล้วสำหรับสิ่งมีชีวิตอื่นๆ และการเปลี่ยนแปลงใหม่ในเปลือกหอยทั้งหมดของโลก - น้ำ อากาศ และหิน