Ինչպես միկրոօրգանիզմները ձևավորեցին երկրակեղևը

2024 Հեղինակ: Seth Attwood | [email protected]. Վերջին փոփոխված: 2023-12-16 16:07

Լեռները հատկապես տպավորիչ տեսք ունեն անծայրածիր մոնղոլական տափաստանի ֆոնին։ Ոտքերին կանգնած՝ մարդ գայթակղվում է խորհելու երկրագնդի աղիքների հսկայական զորության մասին, որոնք կուտակել են այս գագաթները: Բայց արդեն դեպի գագաթ տանող ճանապարհին աչք է գրավում քարքարոտ եզրերը ծածկող բարակ նախշը։ Անձրևի այս ջուրը փոքր-ինչ կոռոզիայի ենթարկեց հնագույն արխեոցիատ սպունգերի ծակոտկեն կմախքները, որոնք կազմում էին լեռը, լեռնաշղթայի իրական կերտողները:

Մեծ շինարարության փոքրիկ հսկաները

Մի անգամ, ավելի քան կես միլիարդ տարի առաջ, նրանք բարձրացան տաք ծովի հատակից որպես հրաբխային կղզու պայծառ առագաստ: Նա մահացավ՝ ծածկված տաք մոխրի հաստ շերտով. որոշ արխեոցիատներ նույնիսկ այրվեցին, իսկ սառած տուֆի մեջ պահպանվեցին խոռոչներ։

Այնուամենայնիվ, շատ կմախքներ, որոնք միասին աճել էին իրենց կյանքի ընթացքում և «սառչել» ժայռի մեջ ծովային ցեմենտի շերտերի ոլորուն փաթաթելով, մնում են իրենց սովորական վայրերում նույնիսկ այսօր, երբ ծովը վաղուց չկա։ Յուրաքանչյուր նման կմախք փոքր մատից փոքր է։ Քանի՞սն են։

Փոքրիկ ռադիոլարների կմախքները կազմում են լեռնաշղթաների սիլիցիային ապարները։

Գնահատելով ցածր լեռան ծավալը (մոտ մեկ կիլոմետր ստորոտում և մոտ 300 մ բարձրություն), մենք կարող ենք հաշվարկել, որ դրա կառուցմանը մասնակցել է մոտ 30 միլիարդ սպունգ։ Սա խիստ թերագնահատված ցուցանիշ է. շատ կմախքներ վաղուց քսվել են փոշու մեջ, մյուսները լիովին լուծարվել են՝ չհասցնելով ծածկվել նստվածքի պաշտպանիչ շերտերով: Եվ սա միայն մեկ լեռ է, և Մոնղոլիայի արևմուտքում կան ամբողջ լեռնաշղթաներ։

Որքա՞ն ժամանակ է պահանջվել փոքրիկ սպունգների համար, որպեսզի ավարտին հասցնեն նման մեծագույն «նախագիծը»:

Եվ ահա մոտակայքում մեկ այլ ժայռ է, ավելի փոքր, և ոչ թե սպիտակ, կրաքարային, այլ կարմրավուն մոխրագույն։ Ձևավորվում է երկաթի ներդիրների օքսիդացման հետևանքով ժանգոտած սիլիցի թերթաքարի բարակ շերտերից։ Ժամանակին այս լեռները եղել են ծովի հատակը, և եթե ճիշտ ճեղքել եք շերտերի երկայնքով (ուժեղ հարվածել, բայց ուշադիր), ապա բացվող մակերեսին կարող եք տեսնել 3-5 մմ տրամագծով անթիվ ասեղներ և խաչեր:

Սրանք ծովային սպունգների մնացորդներ են, սակայն, ի տարբերություն արխեոցիատների ամբողջ կրային կմախքի, դրանց հիմքը ձևավորվում է առանձին սիլիցիումային տարրերից (սպիկուլներ)։ Հետևաբար, մահանալով, նրանք փշրվեցին, հատակը շաղ տվեցին իրենց «դետալներով»:

Յուրաքանչյուր սպունգի կմախքը բաղկացած էր առնվազն հազար «ասեղից», որոնցից մոտ 100 հազարը ցրված է յուրաքանչյուր քառակուսի մետրի վրա: Պարզ թվաբանությունը թույլ է տալիս գնահատել, թե քանի կենդանի է պահանջվել 20 մետրանոց շերտ ստեղծելու համար: առնվազն 200 x 200 մ. 800 միլիարդ: Եվ սա մեզ շրջապատող բարձունքներից միայն մեկն է, և ընդամենը մի քանի կոպիտ հաշվարկ: Բայց արդեն դրանցից պարզ է դառնում, որ որքան փոքր են օրգանիզմները, այնքան մեծ է նրանց ստեղծագործական ուժը՝ Երկրի հիմնական կերտողները միաբջիջ են։

Միաբջիջ պլանկտոնային ջրիմուռների բացված կրային թիթեղները՝ կոկոլիթները, միաձուլվում են խոշոր կոկոսֆերաների մեջ, և երբ փշրվում են, վերածվում են կավիճի նստվածքների։

Ցամաքում, ջրում և օդում

Հայտնի է, որ յուրաքանչյուր 1 սմ³Գրելու կավիճը պարունակում է մոտ 10 միլիարդ նուրբ կրային կշեռքներ՝ պլանկտոնային ջրիմուռների կոկոլիթոֆորիդների: Մոնղոլական ծովերի ժամանակներից շատ ավելի ուշ, մեզոզոյան և ներկայիս կայնոզոյան դարաշրջանում, նրանք կանգնեցրին Անգլիայի կավիճ ժայռերը, Վոլգա Ժիգուլին և այլ զանգվածներ, որոնք ծածկեցին բոլոր ժամանակակից օվկիանոսների հատակը:

Նրանց շինարարական գործունեության մասշտաբները զարմանալի են։ Բայց նրանք գունատ են՝ համեմատած այլ փոխակերպումների հետ, որոնք իր իսկ կյանքն արել է մոլորակի վրա:

Ծովերի և օվկիանոսների աղի համը որոշվում է քլորի և նատրիումի առկայությամբ։ Ծովային արարածների համար երկու տարրն էլ մեծ քանակությամբ չեն պահանջվում, և դրանք կուտակվում են ջրային լուծույթում: Բայց գրեթե ամեն ինչ՝ այն ամենը, ինչ իրականացվում է գետերով և գալիս է աղիքներից՝ տաք հատակի աղբյուրներով, ներծծվում է մի ակնթարթում: Սիլիցիումը իրենց զարդարուն պատյանների համար վերցվում է միաբջիջ դիատոմների և ռադիոլարերի կողմից:

Գրեթե բոլոր օրգանիզմներին անհրաժեշտ է ֆոսֆոր, կալցիում և, իհարկե, ածխածին։ Հետաքրքիր է, որ կրային կմախքի ստեղծումը (ինչպես կորալների կամ հնագույն արխեոցիատների) տեղի է ունենում ածխածնի երկօքսիդի արտազատմամբ, ուստի ջերմոցային էֆեկտը խութերի կառուցման կողմնակի արդյունք է:

Կոկոլիտոֆորիդները ջրից կլանում են ոչ միայն կալցիումը, այլև լուծված ծծումբը։ Այն անհրաժեշտ է օրգանական միացությունների սինթեզի համար, որոնք մեծացնում են ջրիմուռների լողունակությունը և թույլ են տալիս նրանց մոտ մնալ լուսավորված մակերեսին:

Երբ այս բջիջները մահանում են, օրգանական նյութերը քայքայվում են, և ծծմբի ցնդող միացությունները ջրի հետ միասին գոլորշիանում են՝ ծառայելով որպես ամպերի ձևավորման սերմ։ Մեկ լիտր ծովի ջուրը կարող է պարունակել մինչև 200 միլիոն կոկոլիտոֆորիդներ, և ամեն տարի այս միաբջիջ օրգանիզմները մթնոլորտ են մատակարարում մինչև 15,5 միլիոն տոննա ծծումբ՝ գրեթե երկու անգամ ավելի, քան ցամաքային հրաբուխները:

Արևը ունակ է Երկրին տալ 100 միլիոն անգամ ավելի շատ էներգիա, քան մոլորակի սեփական աղիքները (3400 Վտ/մ² 0,00009 Վտ / մ-ի դիմաց²): Ֆոտոսինթեզի շնորհիվ կյանքը կարող է օգտագործել այդ ռեսուրսները՝ ստանալով երկրաբանական պրոցեսների հնարավորությունները գերազանցող ուժ։ Իհարկե, արևի ջերմության մեծ մասը պարզապես ցրվում է: Բայց, միեւնույն է, կենդանի օրգանիզմների արտադրած էներգիայի հոսքը 30 անգամ գերազանցում է երկրաբանականին։ Կյանքը կառավարել է մոլորակը առնվազն 4 միլիարդ տարի:

Բնական ոսկին երբեմն ձևավորում է տարօրինակ բյուրեղներ, որոնք ավելի արժեքավոր են, քան թանկարժեք մետաղը:

Լույսի ուժեր, խավարի ուժեր

Առանց կենդանի օրգանիզմների շատ նստվածքային ապարներ ընդհանրապես չէին առաջանա։ Հանքաբան Ռոբերտ Հազենը, ով համեմատել է Լուսնի (150 տեսակ), Մարսի (500) և մեր մոլորակի (ավելի քան 5000) օգտակար հանածոների բազմազանությունը, եզրակացրել է, որ հազարավոր երկրային օգտակար հանածոների հայտնվելը ուղղակիորեն կամ անուղղակիորեն կապված է նրա գործունեության հետ։ կենսոլորտ. Ջրային մարմինների հատակում կուտակված նստվածքային ապարներ։

Սուզվելով մի խորության վրա, միլիոնավոր և հարյուրավոր միլիոնավոր տարիների ընթացքում, օրգանիզմների մնացորդները ձևավորեցին հզոր հանքավայրեր, որոնք մնացին լեռնաշղթաների տեսքով մակերևույթ դուրս հանելու համար: Դա պայմանավորված է հսկայական տեկտոնական թիթեղների շարժման և բախման հետ: Բայց տեկտոնիկան ինքնին հնարավոր չէր լինի առանց ապարները բաժանելու մի տեսակ «մութ» և «թեթև նյութի»։

Առաջինը ներկայացված է, օրինակ, բազալտներով, որտեղ գերակշռում են մուգ երանգների միներալները՝ պիրոքսենները, օլիվինները, հիմնական պլագիոկլազները, իսկ տարրերից՝ մագնեզիումը և երկաթը։ Վերջիններս, ինչպիսիք են գրանիտները, կազմված են բաց գույնի միներալներից՝ քվարցից, կալիումի դաշտային սպաթներից, ալբիտ պլագիոկլազներից՝ հարուստ երկաթով, ալյումինով և սիլիցիումով։

Մութ ժայռերը ավելի խիտ են, քան թեթև ժայռերը (միջինում 2,9 գ / սմ³ 2,5-2,7 գ / սմ-ի դեմ³) և ձևավորել օվկիանոսային թիթեղներ: Ավելի քիչ խիտ, «թեթև» մայրցամաքային թիթեղների հետ բախվելիս օվկիանոսայինները սուզվում են դրանց տակ և հալվում մոլորակի աղիքներում։

Երկաթի հանքաքարերի պայծառ շերտավորումն արտացոլում է մուգ սիլիցիումային և կարմիր գունավոր շերտերի սեզոնային փոփոխությունը:

Ամենահին հանքանյութերը ցույց են տալիս, որ առաջինը հայտնվել է «մութ նյութը»: Այնուամենայնիվ, այս խիտ ժայռերը չէին կարող սուզվել իրենց մեջ՝ թիթեղները շարժման մեջ դնելու համար։ Դրա համար անհրաժեշտ էր «լուսավոր կողմը»՝ հանքանյութերը, որոնք պակասում են Մարսի և Լուսնի անշարժ ընդերքում։

Առանց պատճառի չէ, որ Ռոբերտ Հեյզենը կարծում է, որ հենց Երկրի կենդանի օրգանիզմներն էին, որոնք որոշ ժայռեր վերածում էին մյուսների, որոնք ի վերջո հանգեցրին թիթեղների «թեթև նյութի» կուտակմանը: Իհարկե, այս արարածները՝ մեծ մասամբ միաբջիջ ակտինոմիցետները և այլ բակտերիաները, իրենց առջեւ նման գերխնդիր չէին դնում: Նրանց նպատակը, ինչպես միշտ, սնունդ գտնելն էր։

Օվկիանոսների սեւ մետալուրգիա

Իրականում հրաբխի ժայթքած բազալտե ապակին 17% երկաթ է, և դրա յուրաքանչյուր խորանարդ մետրն ունակ է կերակրել 25 կվադրիլիոն երկաթե բակտերիաներ: Գոյություն ունենալով առնվազն 1,9 միլիարդ տարի, նրանք հմտորեն վերափոխում են բազալտը կավե միներալներով լցված «նանոսկի» (վերջին տարիներին նման մեխանիզմը ճանաչվել է որպես կավե հանքանյութերի կենսագեն գործարան):Երբ նման քարը աղիքներ է ուղարկվում հալվելու, դրանից նոր, «թեթև» միներալներ են առաջանում։

Հավանաբար բակտերիաների և երկաթի հանքաքարերի արդյունք: Դրանց կեսից ավելին ձևավորվել է 2, 6 և 1,85 միլիարդ տարի առաջ, և միայն Կուրսկի մագնիսական անոմալիան պարունակում է մոտ 55 միլիարդ տոննա երկաթ: Առանց կյանքի նրանք դժվար թե կուտակվեին. օվկիանոսում լուծված երկաթի օքսիդացման և տեղումների համար անհրաժեշտ է ազատ թթվածին, որի պահանջվող ծավալներում հայտնվելը հնարավոր է միայն ֆոտոսինթեզի շնորհիվ։

Acidovorax բակտերիաները խթանում են կանաչ ժանգի առաջացումը՝ երկաթի հիդրօքսիդ:

Կյանքն ի վիճակի է երկաթի «մշակումը» իրականացնել և մութ, թթվածնից զրկված խորություններում։ Այս մետաղի ատոմները, որոնք տարվում են ստորջրյա աղբյուրներով, գրավում են բակտերիաները, որոնք ունակ են օքսիդացնել սեւ երկաթը՝ ձևավորելով երկաթի երկաթ, որը նստում է հատակին կանաչ ժանգով:

Մի քանի միլիարդ տարի առաջ, երբ մոլորակի վրա դեռ շատ քիչ թթվածին կար, դա տեղի էր ունենում ամենուր, և այսօր այդ բակտերիաների ակտիվությունը կարելի է տեսնել որոշ թթվածնով աղքատ ջրային մարմիններում:

Թանկարժեք մանրէներ

Հնարավոր է, որ ոսկու մեծ հանքավայրեր չհայտնվեին առանց թթվածնի կարիք չունեցող անաէրոբ բակտերիաների մասնակցության։ Թանկարժեք մետաղի հիմնական հանքավայրերը (այդ թվում՝ հարավային Աֆրիկայի Վիտվաթերսռանդում, որտեղ հետազոտված պաշարները կազմում են մոտ 81 հազար տոննա) ձևավորվել են 3, 8-2, 5 միլիարդ տարի առաջ։

Ավանդաբար համարվում էր, որ տեղական ոսկու հանքաքարերը ձևավորվել են գետերի միջոցով ոսկու մասնիկների տեղափոխման և լվացման արդյունքում: Սակայն Witwatersrand ոսկու ուսումնասիրությունը բոլորովին այլ պատկեր է բացահայտում՝ մետաղը «արդյունահանվել է» հնագույն բակտերիաների կողմից։

Դիտեր Հալբաուերը նկարագրել է տարօրինակ ածխածնային սյուներ, որոնք շրջանակված են մաքուր ոսկու մասնիկներով դեռևս 1978 թվականին: Երկար ժամանակ նրա հայտնագործությունը մեծ ուշադրություն չէր գրավում, մինչև հանքաքարի նմուշների մանրադիտակային և իզոտոպային վերլուծությունը, ժամանակակից մանրէների գաղութների կողմից հանքաքարի ձևավորման մոդելավորումը և այլ հաշվարկները հաստատեցին երկրաբանի ճիշտությունը:

Ըստ երևույթին, մոտ 2,6 միլիարդ տարի առաջ, երբ հրաբուխները մթնոլորտը հագեցրել են ջրածնի սուլֆիդով, ծծմբաթթվով և ծծմբի երկօքսիդով ջրային գոլորշիներով, թթվային անձրևները քշել են ցրված ոսկի պարունակող ժայռերը և լուծույթները տեղափոխել ծանծաղ ջուր: Այնուամենայնիվ, թանկարժեք մետաղն ինքնին այնտեղ է հայտնվել ցանկացած կենդանի արարածի համար ամենավտանգավոր միացությունների տեսքով, ինչպիսին է ցիանիդը:

Խուսափելով վտանգից՝ մանրէները «ախտահանեցին» ջուրը՝ վերածելով ոսկու թունավոր աղերի՝ վերածելով օրգանամետաղական համալիրների կամ նույնիսկ մաքուր մետաղի։ Փայլուն մասնիկները նստել են բակտերիաների գաղութների վրա՝ ձևավորելով բազմաբջիջ շղթաների ձուլվածքներ, որոնք այժմ կարելի է դիտել սկանավորող էլեկտրոնային մանրադիտակով։ Մանրէները շարունակում են ոսկի նստեցնել նույնիսկ հիմա. այս գործընթացը նկատվում է, օրինակ, Նոր Զելանդիայի տաք աղբյուրներում, թեև շատ համեստ մասշտաբով:

Ե՛վ Վիտվաթերսռանդը, և՛, հավանաբար, նույն տարիքի այլ հանքավայրերը թթվածնազուրկ մթնոլորտում բակտերիաների համայնքների կենսագործունեության արդյունք էին։ Կուրսկի մագնիսական անոմալիան և դրա հետ կապված երկաթի հանքաքարի հանքավայրերը ձևավորվել են թթվածնի դարաշրջանի սկզբում։ Այնուամենայնիվ, այս մասշտաբի ավելի շատ հանքավայրեր չհայտնվեցին և դժվար թե երբևէ նորից սկսեն ձևավորվել. այդ ժամանակից ի վեր մթնոլորտի, ժայռերի և օվկիանոսի ջրերի կազմը բազմիցս փոխվել է:

Բայց այս ընթացքում փոխվել են նաև կենդանի օրգանիզմների անթիվ սերունդներ, և նրանցից յուրաքանչյուրին հաջողվել է մասնակցել Երկրի գլոբալ էվոլյուցիային։ Ծովային սպունգների թավուտները և ցամաքի ծառանման ձիապոչերը անհետացել են, նույնիսկ մամոնտների երամակները անցյալում են՝ թողնելով հետք երկրաբանության մեջ: Եկել է այլ էակների և մեր մոլորակի բոլոր պատյանների՝ ջրի, օդի և քարի նոր փոփոխությունների ժամանակը: