Ako mikroorganizmy tvorili zemskú kôru

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy zmenené: 2023-12-16 16:15

Hory vyzerajú obzvlášť pôsobivo na pozadí nekonečnej mongolskej stepi. Stojac na úpätí človeka láka zamyslieť sa nad kolosálnou silou zemských útrob, ktoré nahromadili tieto hrebene. Ale už na ceste na vrchol upúta pozornosť tenký vzor pokrývajúci skalnaté rímsy. Táto dažďová voda mierne korodovala pórovité kostry prastarých archeokyátových húb, ktoré tvorili horu, skutočných staviteľov pohoria.

Malí obri veľkých stavieb

Kedysi, pred viac ako pol miliardou rokov, sa zdvihli z dna teplého mora ako svetlý útes sopečného ostrova. Zomrel pokrytý hrubou vrstvou horúceho popola – niektoré archeocyáty boli dokonca vypálené a v zamrznutom tufe sa zachovali dutiny.

Mnohé kostry, ktoré počas života zrástli a navinutím vrstiev morského cementu „zamrzli“do skaly, však zostali na svojich obvyklých miestach aj dnes, keď už more dávno nie je. Každá takáto kostra je menšia ako malíček. Koľkí tam sú?

Kostry drobných rádiolariánov tvoria kremité horniny pohorí.

Po odhadnutí objemu nízkej hory (asi kilometer na úpätí a asi 300 m na výšku) môžeme vypočítať, že na jej výstavbe sa podieľalo asi 30 miliárd húb. Toto je hrubo podceňovaný údaj: mnohé kostry sa už dávno rozdrvili na prášok, iné sa úplne rozpustili bez toho, aby mali čas na to, aby boli pokryté ochrannými vrstvami sedimentu. A to je len jedna hora a na západe Mongolska sú celé pohoria.

Ako dlho trvalo malým špongiám dokončiť takýto grandiózny „projekt“?

A tu je neďaleko ďalší útes, menší a nie biely, vápencový, ale červeno-sivý. Tvoria ho tenké vrstvy kremičitých bridlíc, hrdzavých oxidáciou železných inklúzií. Kedysi boli tieto hory morským dnom, a ak sa správne rozdelíte pozdĺž vrstiev (tvrdo, ale opatrne), na povrchu, ktorý sa otvára, môžete vidieť nespočetné množstvo ihiel a krížov 3-5 mm.

Ide o pozostatky morských húb, ale na rozdiel od celej vápenatej kostry archeokyátov je ich základ tvorený samostatnými kremíkovými prvkami (spikuly). Preto, keď zomreli, rozpadli sa a posypali dno svojimi „detailmi“.

Kostra každej huby pozostávala z najmenej tisíc „ihiel“, na každom metri štvorcovom je ich roztrúsených asi 100 tisíc. Jednoduchá aritmetika nám umožňuje odhadnúť, koľko zvierat bolo potrebných na vytvorenie 20-metrovej vrstvy na ploche aspoň 200 x 200 m: 800 miliárd. A to je len jedna z výšok okolo nás – a len pár hrubých výpočtov. Ale už z nich je zrejmé, že čím menšie organizmy, tým väčšia je ich tvorivá sila: hlavní stavitelia Zeme sú jednobunkové.

Prelamované vápenaté platne jednobunkových planktonických rias - kokolitov - sa spájajú do veľkých kokosfér a keď sa rozpadnú, premenia sa na kriedové usadeniny.

Na súši, vo vode aj vo vzduchu

Je známe, že v každom 1 cm³Krieda na písanie obsahuje asi 10 miliárd jemných vápenatých šupín coccolithophoridov planktonických rias. Oveľa neskôr ako za čias mongolských morí, v druhohorách a súčasnej kenozoickej ére, postavili kriedové útesy Anglicka, Volžské Zhiguli a ďalšie masívy, ktoré pokrývali dno všetkých moderných oceánov.

Rozsah ich stavebných aktivít je úžasný. Ale blednú v porovnaní s inými premenami, ktoré na planéte urobil jej vlastný život.

Slanú chuť morí a oceánov určuje prítomnosť chlóru a sodíka. Ani jeden prvok nevyžadujú morské živočíchy vo veľkých množstvách a hromadia sa vo vodnom roztoku. Ale takmer všetko ostatné – všetko, čo vyplavujú rieky a pochádza z útrob cez horúce spodné pramene – je absorbované v okamihu. Kremík pre svoje zdobené schránky berú jednobunkové rozsievky a rádiolariáni.

Takmer všetky organizmy potrebujú fosfor, vápnik a samozrejme uhlík. Je zaujímavé, že k vytvoreniu vápenatej kostry (ako u koralov alebo starých archeokyátov) dochádza pri uvoľňovaní oxidu uhličitého, takže skleníkový efekt je vedľajším produktom budovania útesov.

Kokolitoforidy absorbujú z vody nielen vápnik, ale aj rozpustenú síru. Je potrebný na syntézu organických zlúčenín, ktoré zvyšujú vztlak rias a umožňujú im zostať blízko osvetleného povrchu.

Keď tieto bunky odumierajú, organické látky sa rozpadajú a prchavé zlúčeniny síry sa odparujú spolu s vodou, čo slúži ako zárodok pre tvorbu oblakov. Liter morskej vody môže obsahovať až 200 miliónov kokkolitoforidov a každý rok tieto jednobunkové organizmy dodajú do atmosféry až 15,5 milióna ton síry – takmer dvakrát toľko ako suchozemské sopky.

Slnko je schopné dodať Zemi 100 miliónov krát viac energie ako vlastné útroby planéty (3400 W/m² oproti 0,00009 W/m²). Vďaka fotosyntéze môže život využiť tieto zdroje a získať tak silu, ktorá presahuje možnosti geologických procesov. Samozrejme, veľká časť slnečného tepla sa jednoducho rozptýli. Napriek tomu je tok energie produkovaný živými organizmami 30-krát vyšší ako geologický. Život ovládal planétu najmenej 4 miliardy rokov.

Natívne zlato niekedy tvorí bizarné kryštály, ktoré sú cennejšie ako samotný drahý kov.

Sily svetla, sily temnoty

Bez živých organizmov by mnohé sedimentárne horniny vôbec nevznikli. Mineralóg Robert Hazen, ktorý porovnával rozmanitosť minerálov na Mesiaci (150 druhov), Marse (500) a našej planéte (viac ako 5000), dospel k záveru, že výskyt tisícov pozemských minerálov priamo alebo nepriamo súvisí s činnosťou jeho biosféra. Sedimentárne horniny sa nahromadili na dne vodných plôch.

V priebehu miliónov a stoviek miliónov rokov klesajúce do hĺbky pozostatky organizmov vytvorili mocné nánosy, ktoré zostávali vytlačiť na povrch v podobe pohorí. Môže za to pohyb a kolízia obrovských tektonických platní. Ale samotná tektonika by nebola možná bez rozdelenia hornín na akúsi „tmavú“a „svetlú hmotu“.

Prvú predstavujú napríklad bazalty, kde prevládajú minerály tmavých tónov - pyroxény, olivíny, zásadité plagioklasy a z prvkov - horčík a železo. Posledne menované, ako napríklad žuly, sú zložené zo svetlo sfarbených minerálov - kremeňa, draselných živcov, albitových plagioklasov, bohatých na železo, hliník a kremík.

Tmavé kamene sú hustejšie ako svetlé kamene (v priemere 2,9 g/cm³ oproti 2,5-2,7 g / cm³) a tvoria oceánske platne. Pri zrážke s menej hustými, „ľahkými“kontinentálnymi doskami sa pod nimi ponoria oceánske a roztopia sa v útrobách planéty.

Svetlé pruhovanie železných rúd odráža sezónne striedanie tmavých kremičitých a červených železitých vrstiev.

Najstaršie minerály naznačujú, že to bola „tmavá hmota“, ktorá sa objavila ako prvá. Tieto husté horniny sa však nedokázali ponoriť do seba, aby uviedli dosky do pohybu. Na to bola potrebná „svetlá strana“– minerály, ktorých je v nehybnej kôre Marsu a Mesiaca nedostatok.

Nie nadarmo sa Robert Hazen domnieva, že to boli živé organizmy Zeme, ktoré premieňali niektoré horniny na iné, čo nakoniec viedlo k akumulácii „ľahkej hmoty“dosiek. Samozrejme, že tieto tvory – väčšinou jednobunkové aktinomycéty a iné baktérie – si takúto super úlohu nekládli. Ich cieľom, ako vždy, bolo nájsť jedlo.

Metalurgia železa v oceánoch

V skutočnosti čadičové sklo vybuchnuté sopkou obsahuje 17 % železa a každý jeho kubický meter je schopný nakŕmiť 25 biliónov železných baktérií. Existujúce najmenej 1,9 miliardy rokov šikovne premieňajú čadič na „nanoset“naplnený novými ílovými minerálmi (v posledných rokoch bol takýto mechanizmus uznaný ako biogénna továreň ílových minerálov). Keď sa takáto hornina pošle do útrob na roztavenie, vytvoria sa z nej nové, „ľahké“minerály.

Pravdepodobne produkt baktérií a železných rúd. Viac ako polovica z nich vznikla pred 2, 6 a 1,85 miliardami rokov a samotná magnetická anomália Kursk obsahuje asi 55 miliárd ton železa. Bez života by sa sotva mohli hromadiť: na oxidáciu a zrážanie železa rozpusteného v oceáne je potrebný voľný kyslík, ktorého výskyt v požadovaných objemoch je možný len vďaka fotosyntéze.

Baktérie acidovorax stimulujú tvorbu zelenej hrdze – hydroxid železitý.

Život je schopný vykonávať „spracovanie“železa a v temných hĺbkach bez kyslíka. Atómy tohto kovu unášané podvodnými zdrojmi zachytávajú baktérie schopné oxidovať železité železo za vzniku trojmocného železa, ktoré sa usadzuje na dne so zelenou hrdzou.

Pred niekoľkými miliardami rokov, keď bolo na planéte ešte veľmi málo kyslíka, sa to dialo všade a dnes možno aktivitu týchto baktérií vidieť v niektorých vodných útvaroch chudobných na kyslík.

Vzácne mikróby

Je možné, že veľké ložiská zlata by nevznikli bez účasti anaeróbnych baktérií, ktoré nepotrebujú kyslík. Hlavné ložiská drahého kovu (vrátane Witwatersrandu v južnej Afrike, kde sú preskúmané zásoby asi 81 tisíc ton) vznikli pred 3, 8-2, 5 miliardami rokov.

Tradične sa verilo, že miestne zlaté rudy vznikli prenášaním a premývaním zlatých čiastočiek riekami. Štúdia zlata Witwatersrand však odhaľuje úplne iný obraz: kov „ťažili“staroveké baktérie.

Dieter Halbauer už v roku 1978 opísal zvláštne uhlíkové stĺpy orámované časticami čistého zlata. Jeho objav dlho nevzbudzoval veľkú pozornosť, až mikroskopické a izotopové rozbory vzoriek rudy, modelovanie tvorby rudy kolóniami moderných mikróbov a ďalšie výpočty potvrdili geológovu správnosť.

Zdá sa, že asi pred 2,6 miliardami rokov, keď sopky nasýtili atmosféru sírovodíkom, kyselinou sírovou a oxidom siričitým vodnými parami, kyslé dažde zmyli horniny obsahujúce rozptýlené zlato a odniesli roztoky do plytkej vody. Samotný vzácny kov tam však prišiel vo forme najnebezpečnejších zlúčenín pre akékoľvek živé tvory, ako je kyanid.

Na odvrátenie hrozby mikróby „dezinfikovali“vodu a zredukovali toxické soli zlata na organokovové komplexy alebo dokonca na čistý kov. Trblietavé častice sa usadili na bakteriálnych kolóniách a vytvorili odliatky mnohobunkových reťazcov, ktoré je teraz možné pozorovať skenovacím elektrónovým mikroskopom. Mikróby pokračujú v zrážaní zlata aj teraz – tento proces možno pozorovať napríklad v horúcich prameňoch na Novom Zélande, aj keď vo veľmi skromnom meradle.

Witwatersrand a pravdepodobne aj ďalšie ložiská rovnakého veku boli výsledkom životnej aktivity bakteriálnych spoločenstiev v atmosfére bez kyslíka. Kurská magnetická anomália a súvisiace ložiská železnej rudy vznikli na začiatku kyslíkovej epochy. Viac ložísk tohto rozsahu sa však neobjavilo a je nepravdepodobné, že by sa ešte niekedy začali formovať: zloženie atmosféry, hornín a oceánskych vôd sa odvtedy veľakrát zmenilo.

Za tento čas sa však vystriedalo aj nespočetné množstvo generácií živých organizmov a každému z nich sa podarilo zúčastniť sa globálneho vývoja Zeme. Zmizli húštiny morských húb a prasličky podobné stromom, dokonca aj stáda mamutov sú minulosťou a zanechali stopu v geológii. Nastal čas pre ďalšie bytosti a nové zmeny vo všetkých schránkach našej planéty – vode, vzduchu a kameni.