كيف شكلت الكائنات الحية الدقيقة قشرة الأرض

2024 مؤلف: Seth Attwood | [email protected]. آخر تعديل: 2023-12-16 15:57

تبدو الجبال مثيرة للإعجاب بشكل خاص على خلفية السهوب المنغولية التي لا نهاية لها. عند الوقوف عند القدم ، يميل المرء إلى التفكير في القوة الهائلة لأمعاء الأرض التي تراكمت هذه التلال. ولكن في الطريق بالفعل إلى القمة ، فإن نمطًا رفيعًا يغطي الحواف الصخرية يلفت الأنظار. أدت مياه الأمطار هذه إلى تآكل الهياكل العظمية المسامية للإسفنج الأثري القديم الذي كان يشكل الجبل ، البناة الحقيقيون لسلسلة الجبال.

عمالقة صغيرة من البناء الكبير

ذات مرة ، منذ أكثر من نصف مليار سنة ، ارتفعت من قاع بحر دافئ كشعاب مرجانية لامعة لجزيرة بركانية. مات ، مغطى بطبقة سميكة من الرماد الساخن - حتى أن بعض الأثريات احترقت ، وتم الحفاظ على التجاويف في التوف المجمد.

ومع ذلك ، فإن العديد من الهياكل العظمية ، التي نمت معًا خلال حياتها و "تجمدت" في الصخر بواسطة طبقات متعرجة من الأسمنت البحري ، لا تزال في أماكنها المعتادة حتى اليوم ، عندما يختفي البحر منذ فترة طويلة. كل هيكل عظمي من هذا القبيل أصغر من إصبع صغير. كم يوجد هناك؟

تشكل الهياكل العظمية للراديولاريين الصغار الصخور السيليسية لسلاسل الجبال.

بعد تقدير حجم جبل منخفض (عرضه حوالي كيلومتر واحد عند القدم وارتفاعه حوالي 300 متر) ، يمكننا حساب أن حوالي 30 مليار إسفنج شارك في بنائه. هذا رقم تم التقليل من شأنه بشكل صارخ: فالكثير من الهياكل العظمية تم فركها منذ فترة طويلة وتحويلها إلى مسحوق ، والبعض الآخر قد تلاشى تمامًا ، دون أن يكون هناك وقت لتغطيتها بطبقات واقية من الرواسب. وهذا جبل واحد فقط ، وفي غرب منغوليا سلاسل كاملة.

كم من الوقت استغرقت الإسفنج الصغير لإكمال مثل هذا "المشروع" الضخم؟

وهنا منحدر آخر قريب ، أصغر حجماً ، وليس أبيض ، من الحجر الجيري ، ولكنه رمادي مائل إلى الحمرة. يتكون من طبقات رقيقة من الصخر الزيتي الصدئ بسبب أكسدة شوائب الحديد. في وقت من الأوقات ، كانت هذه الجبال هي قاع البحر ، وإذا انقسمت بشكل صحيح على طول الطبقات (اصطدمت بشدة ، ولكن بعناية) ، فعندئذٍ على السطح المفتوح ، يمكنك رؤية عدد لا يحصى من الإبر والصلبان من 3-5 مم.

هذه هي بقايا الإسفنج البحري ، ولكن ، على عكس الهيكل العظمي الكلسي الكامل للعناصر الأثرية ، تتكون قاعدتها من عناصر سيليكون منفصلة (شويكات). لذلك ، بعد أن ماتوا ، انهاروا ، وتناثروا في القاع بـ "تفاصيلهم".

يتكون الهيكل العظمي لكل إسفنجة من ما لا يقل عن ألف "إبر" ، حوالي 100 ألف منها مبعثرة في كل متر مربع. تسمح لنا العمليات الحسابية البسيطة بتقدير عدد الحيوانات التي نحتاجها لتشكيل طبقة بطول 20 مترًا على مساحة 200 × 200 م على الأقل: 800 مليار وهذا مجرد أحد الارتفاعات من حولنا - وحسابات تقريبية فقط. لكن من الواضح بالفعل منهم أنه كلما كانت الكائنات الحية أصغر ، زادت قوتها الإبداعية: البناة الرئيسيون للأرض هم أحاديون الخلية.

يتم دمج الصفائح الجيرية المخرمة من الطحالب أحادية الخلية العوالق - coccoliths - في كواكب كبيرة ، وعندما تنهار ، تتحول إلى رواسب طباشيرية.

على الأرض وفي الماء وفي الهواء

من المعروف أنه في كل 1 سم³يحتوي الطباشير الكتابي على حوالي 10 مليارات قشرة كلسية دقيقة من الطحالب العوالقية coccolithophorids. بعد فترة طويلة من زمن البحار المنغولية ، في حقبة الدهر الوسيط وحقبة الحياة الحديثة الحالية ، أقاموا منحدرات طباشيرية في إنجلترا ، وفولغا زيجولي وغيرها من الجبال الصخرية ، وغطت قاع جميع المحيطات الحديثة.

حجم أنشطة البناء الخاصة بهم مذهل. لكنها تتضاءل بالمقارنة مع التحولات الأخرى التي أحدثتها حياتها على هذا الكوكب.

يتحدد الطعم المالح للبحار والمحيطات من خلال وجود الكلور والصوديوم. لا تطلب الكائنات البحرية أيًا من العنصرين بكميات كبيرة ، وتتراكم في محلول مائي. لكن كل شيء آخر تقريبًا - كل شيء تقوم به الأنهار ويأتي من الأحشاء من خلال ينابيع القاع الساخنة - يتم امتصاصه في لحظة. يتم أخذ السيليكون لأصدافها المزخرفة بواسطة الدياتومات وحيدة الخلية والراديولارية.

تحتاج جميع الكائنات الحية تقريبًا إلى الفوسفور والكالسيوم وبالطبع الكربون. ومن المثير للاهتمام ، أن إنشاء هيكل عظمي كلسي (مثل الشعاب المرجانية أو الكائنات الأثرية القديمة) يحدث مع إطلاق ثاني أكسيد الكربون ، وبالتالي فإن تأثير الاحتباس الحراري هو نتيجة ثانوية لبناء الشعاب المرجانية.

لا تمتص Coccolithophorides الكالسيوم من الماء فحسب ، بل تمتص أيضًا الكبريت المذاب. مطلوب لتخليق المركبات العضوية التي تزيد من طفو الطحالب وتسمح لها بالبقاء بالقرب من سطح مضاء.

عندما تموت هذه الخلايا ، تتفكك المواد العضوية ، وتتبخر مركبات الكبريت المتطايرة مع الماء ، لتكون بمثابة بذرة لتكوين الغيوم. يمكن أن يحتوي لتر من مياه البحر على ما يصل إلى 200 مليون جسيمات كوكوليثوفريدية ، وفي كل عام تزود هذه الكائنات وحيدة الخلية ما يصل إلى 15.5 مليون طن من الكبريت في الغلاف الجوي - أي ما يقرب من ضعف كمية البراكين الأرضية.

فالشمس قادرة على إعطاء الأرض طاقة تزيد بمقدار 100 مليون مرة عن طاقة أحشاء الكوكب نفسها (3400 واط / م² مقابل 0.00009 وات / م²). بفضل البناء الضوئي ، يمكن للحياة استخدام هذه الموارد ، واكتساب قوة تفوق قدرات العمليات الجيولوجية. بالطبع ، الكثير من حرارة الشمس تبدد ببساطة. لكن مع ذلك ، فإن تدفق الطاقة التي تنتجها الكائنات الحية يزيد 30 مرة عن التدفق الجيولوجي. سيطرت الحياة على كوكب الأرض لمدة 4 مليارات سنة على الأقل.

يشكل الذهب الأصلي أحيانًا بلورات غريبة تكون أكثر قيمة من المعدن الثمين نفسه.

قوى النور ، قوى الظلام

بدون الكائنات الحية ، لم تكن العديد من الصخور الرسوبية لتتشكل على الإطلاق. استنتج عالم المعادن روبرت هازن ، الذي قارن بين مجموعة المعادن على القمر (150 نوعًا) والمريخ (500) وكوكبنا (أكثر من 5000) ، أن ظهور الآلاف من المعادن الأرضية يرتبط بشكل مباشر أو غير مباشر بنشاطه. المحيط الحيوي. تراكمت الصخور الرسوبية في قاع المسطحات المائية.

غارقة في عمق ، على مدى ملايين ومئات الملايين من السنين ، شكلت بقايا الكائنات الحية رواسب قوية ، والتي بقيت ليتم ضغطها على السطح في شكل سلاسل جبلية. ويرجع ذلك إلى حركة واصطدام الصفائح التكتونية الضخمة. لكن التكتونية نفسها لم تكن لتكون ممكنة لولا تقسيم الصخور إلى نوع من المادة "المظلمة" و "الخفيفة".

الأول يمثل ، على سبيل المثال ، البازلت ، حيث تسود المعادن ذات الألوان الداكنة - البيروكسين ، والزبرجد الزيتوني ، والبلاجيوجلاز الأساسية ، وبين العناصر - المغنيسيوم والحديد. وتتكون الأخيرة ، مثل الجرانيت ، من معادن فاتحة اللون - الكوارتز ، الفلسبار البوتاسيوم ، بلاجيوجلاز الألبايت ، غنية بالحديد والألمنيوم والسيليكون.

الصخور الداكنة أكثر كثافة من الصخور الخفيفة (بمتوسط 2.9 جم / سم³ مقابل 2.5-2.7 جم / سم³) وتشكيل لوحات المحيطات. عند الاصطدام بلوحات قارية "خفيفة" أقل كثافة ، تغوص الألواح المحيطية تحتها وتذوب في أحشاء الكوكب.

تعكس النطاقات اللامعة لخامات الحديد التناوب الموسمي للطبقات السليكونية الداكنة والطبقات الحديدية الحمراء.

تشير أقدم المعادن إلى أن "المادة المظلمة" هي التي ظهرت أولاً. ومع ذلك ، لا يمكن لهذه الصخور الكثيفة أن تغوص في نفسها لتحريك الصفائح. وهذا يتطلب "الجانب المشرق" - المعادن ، التي يوجد نقص في المعروض في القشرة الثابتة للمريخ والقمر.

ليس من دون سبب أن يعتقد روبرت هازن أن الكائنات الحية على الأرض ، التي حولت بعض الصخور إلى أخرى ، هي التي أدت في النهاية إلى تراكم "المادة الخفيفة" للصفائح. بطبيعة الحال ، فإن هذه المخلوقات - في معظمها الفطريات الشعاعية أحادية الخلية والبكتيريا الأخرى - لم تضع نفسها في مثل هذه المهمة الفائقة. كان هدفهم ، كما هو الحال دائمًا ، هو العثور على الطعام.

المعادن الحديدية للمحيطات

في الواقع ، يتكون زجاج البازلت الذي ثار بالبركان من 17٪ حديد ، وكل متر مكعب منه قادر على تغذية 25 كوادريليون من بكتيريا الحديد. بوجود 1.9 مليار سنة على الأقل ، يقومون بتحويل البازلت بمهارة إلى "نانوش" مليء بالمعادن الطينية الجديدة (في السنوات الأخيرة ، تم التعرف على هذه الآلية كمصنع حيوي من معادن الطين).عندما يتم إرسال مثل هذه الصخرة إلى الأمعاء لتذوب ، تتشكل منها معادن "خفيفة" جديدة.

ربما نتاج البكتيريا وخامات الحديد. تم تشكيل أكثر من نصفهم بين 2 و 6 و 1.85 مليار سنة ، ويحتوي الشذوذ المغناطيسي كورسك وحده على حوالي 55 مليار طن من الحديد. بدون حياة ، لا يمكن أن تتراكم بصعوبة: لأكسدة وترسيب الحديد المذاب في المحيط ، يلزم وجود أكسجين حر ، ولا يمكن ظهوره في الأحجام المطلوبة إلا بسبب التمثيل الضوئي.

تحفز بكتيريا أسيدوفوراكس تكوين الصدأ الأخضر - هيدروكسيد الحديد.

الحياة قادرة على تنفيذ "معالجة" الحديد وفي الأعماق المظلمة الخالية من الأكسجين. يتم التقاط ذرات هذا المعدن ، التي تحملها مصادر تحت الماء ، بواسطة بكتيريا قادرة على أكسدة الحديد الحديدية لتكوين الحديد الحديدي ، الذي يستقر في القاع مع الصدأ الأخضر.

منذ بضعة مليارات من السنين ، عندما كان هناك القليل جدًا من الأكسجين على الكوكب ، حدث هذا في كل مكان ، واليوم يمكن رؤية نشاط هذه البكتيريا في بعض المسطحات المائية التي تفتقر إلى الأكسجين.

ميكروبات ثمينة

من الممكن ألا تظهر رواسب كبيرة من الذهب لولا مشاركة البكتيريا اللاهوائية التي لا تحتاج إلى أكسجين. تشكلت الرواسب الرئيسية للمعدن الثمين (بما في ذلك في ويتواترسراند في جنوب إفريقيا ، حيث تبلغ الاحتياطيات المكتشفة حوالي 81 ألف طن) منذ 3 ، 8-2 ، 5 مليارات سنة.

تقليديا ، كان يعتقد أن خامات الذهب المحلية تشكلت عن طريق نقل وغسل جزيئات الذهب بواسطة الأنهار. ومع ذلك ، تكشف دراسة الذهب ويتواترسراند عن صورة مختلفة تمامًا: لقد تم "تعدين" المعدن بواسطة البكتيريا القديمة.

وصف ديتر هالباور أعمدة كربونية غريبة مؤطرة بجزيئات من الذهب الخالص في عام 1978. لفترة طويلة ، لم يجذب اكتشافه الكثير من الاهتمام حتى أكد التحليل المجهري والنظيري لعينات الخام ، ونمذجة تكوين الخام بواسطة مستعمرات الميكروبات الحديثة وحسابات أخرى صحة الجيولوجي.

على ما يبدو ، منذ حوالي 2.6 مليار سنة ، عندما تشبعت البراكين الغلاف الجوي بكبريتيد الهيدروجين وحمض الكبريتيك وثاني أكسيد الكبريت ببخار الماء ، جرفت الأمطار الحمضية الصخور المحتوية على الذهب المتناثر وحملت المحاليل إلى المياه الضحلة. ومع ذلك ، فإن المعدن الثمين نفسه جاء هناك في شكل أخطر المركبات لأي كائن حي ، مثل السيانيد.

لتجنب هذا التهديد ، قامت الميكروبات "بتطهير" المياه ، وتقليل أملاح الذهب السامة إلى المجمعات الفلزية العضوية أو حتى إلى المعدن النقي. استقرت الجسيمات المتلألئة على المستعمرات البكتيرية ، وشكلت قوالب من سلاسل متعددة الخلايا ، والتي يمكن الآن رؤيتها بالمجهر الإلكتروني الماسح. تستمر الميكروبات في ترسيب الذهب حتى الآن - لوحظت هذه العملية ، على سبيل المثال ، في الينابيع الساخنة في نيوزيلندا ، وإن كان ذلك على نطاق متواضع للغاية.

كان كل من Witwatersrand وربما الرواسب الأخرى من نفس العمر نتيجة النشاط الحيوي للمجتمعات البكتيرية في جو خالٍ من الأكسجين. تم تشكيل شذوذ كورسك المغناطيسي ورواسب خام الحديد ذات الصلة في بداية عصر الأكسجين. ومع ذلك ، لم يظهر المزيد من الرواسب بهذا الحجم ومن غير المرجح أن تبدأ في الظهور مرة أخرى: تغير تكوين الغلاف الجوي والصخور ومياه المحيط عدة مرات منذ ذلك الحين.

ولكن خلال هذا الوقت ، تغيرت أيضًا أجيال لا حصر لها من الكائنات الحية ، وتمكن كل منها من المشاركة في التطور العالمي للأرض. اختفت غابة الإسفنج البحري وذيل الحصان الذي يشبه الأشجار ، حتى قطعان الماموث أصبحت شيئًا من الماضي ، تاركة أثرًا في الجيولوجيا. لقد حان الوقت لكائنات أخرى وتغييرات جديدة في جميع أصداف كوكبنا - الماء والهواء والحجر.