Bagaimana mikroorganisme membentuk kerak bumi

2024 Pengarang: Seth Attwood | [email protected]. Terakhir diubah: 2023-12-16 16:08

Pegunungan terlihat sangat mengesankan dengan latar belakang padang rumput Mongolia yang tak berujung. Berdiri di kaki, seseorang tergoda untuk merenungkan kekuatan kolosal perut bumi yang menumpuk pegunungan ini. Tapi sudah dalam perjalanan ke atas, pola tipis yang menutupi tepian berbatu menarik perhatian. Air hujan ini sedikit merusak kerangka keropos dari spons purba purba yang membentuk gunung, pembangun sebenarnya dari pegunungan.

Raksasa kecil dari konstruksi besar

Suatu kali, lebih dari setengah miliar tahun yang lalu, mereka muncul dari dasar laut yang hangat sebagai terumbu karang cerah dari pulau vulkanik. Dia meninggal, ditutupi dengan lapisan abu panas yang tebal - beberapa archaeocyates bahkan terbakar, dan rongga diawetkan di tufa beku.

Namun, banyak kerangka, yang telah tumbuh bersama selama masa hidup mereka dan "membeku" menjadi batu oleh lapisan semen laut yang berliku, tetap di tempat biasanya bahkan sampai hari ini, ketika laut telah lama hilang. Setiap kerangka tersebut lebih kecil dari jari kelingking. Ada berapa banyak?

Kerangka radiolaria kecil membentuk batuan bersilika di pegunungan.

Setelah memperkirakan volume gunung rendah (sekitar satu kilometer di kaki dan sekitar 300 m tingginya), kita dapat menghitung bahwa sekitar 30 miliar bunga karang mengambil bagian dalam pembangunannya. Ini adalah sosok yang sangat diremehkan: banyak kerangka telah lama digosok menjadi bubuk, yang lain benar-benar larut, tanpa sempat ditutupi dengan lapisan pelindung sedimen. Dan ini hanya satu gunung, dan di barat Mongolia ada seluruh jajaran.

Berapa lama waktu yang dibutuhkan spons kecil untuk menyelesaikan "proyek" yang begitu megah?

Dan di sini ada tebing lain di dekatnya, lebih kecil, dan tidak putih, batu kapur, tetapi abu-abu kemerahan. Ini dibentuk oleh lapisan tipis serpih silika, berkarat karena oksidasi inklusi besi. Pada suatu waktu, gunung-gunung ini adalah dasar laut, dan jika Anda membelah dengan benar di sepanjang lapisan (memukul dengan keras, tetapi dengan hati-hati), maka pada permukaan yang terbuka Anda dapat melihat banyak sekali jarum dan salib 3-5 mm.

Ini adalah sisa-sisa spons laut, tetapi, berbeda dengan kerangka seluruh archaeocyates berkapur, dasarnya terbentuk dari elemen silikon yang terpisah (spikula). Karena itu, setelah mati, mereka hancur, menaburkan "detail" mereka di bagian bawah.

Kerangka masing-masing spons terdiri dari setidaknya seribu "jarum", sekitar 100 ribu di antaranya tersebar di setiap meter persegi. Aritmatika sederhana memungkinkan kita untuk memperkirakan berapa banyak hewan yang dibutuhkan untuk membentuk lapisan 20 meter pada area seluas setidaknya 200 x 200 m: 800 miliar. Dan ini hanyalah salah satu ketinggian di sekitar kita - dan hanya beberapa perhitungan kasar. Tetapi dari mereka sudah jelas bahwa semakin kecil organisme, semakin besar kekuatan kreatif mereka: pembangun utama Bumi adalah uniseluler.

Pelat berkapur kerawang dari alga planktonik uniseluler - coccolith - digabungkan menjadi coccospheres besar, dan ketika mereka hancur, mereka berubah menjadi endapan kapur.

Di darat, di air dan di udara

Diketahui bahwa setiap 1 cm³Kapur tulis mengandung sekitar 10 miliar sisik berkapur halus coccolithophorids alga planktonik. Jauh lebih lambat dari waktu laut Mongolia, di era Mesozoikum dan Kenozoikum saat ini, tebing kapur Inggris, Volga Zhiguli, dan massif lainnya, menutupi dasar semua lautan modern.

Skala kegiatan konstruksi mereka luar biasa. Tapi mereka pucat dibandingkan dengan transformasi lain yang telah dibuat hidupnya sendiri di planet ini.

Rasa asin laut dan samudera ditentukan oleh adanya klorin dan natrium. Tidak ada unsur yang dibutuhkan oleh makhluk laut dalam jumlah besar, dan mereka terakumulasi dalam larutan air. Tapi hampir segala sesuatu yang lain - segala sesuatu yang dilakukan oleh sungai dan berasal dari perut melalui mata air panas - diserap dalam sekejap. Silikon diambil untuk cangkang hiasannya oleh diatom uniseluler dan radiolaria.

Hampir semua organisme membutuhkan fosfor, kalsium dan, tentu saja, karbon. Menariknya, penciptaan kerangka berkapur (seperti pada karang atau archaeocyates purba) terjadi dengan pelepasan karbon dioksida, sehingga efek rumah kaca adalah produk sampingan dari pembentukan terumbu.

Coccolithophorides tidak hanya menyerap kalsium dari air, tetapi juga sulfur terlarut. Hal ini diperlukan untuk sintesis senyawa organik yang meningkatkan daya apung ganggang dan memungkinkan mereka untuk tetap dekat dengan permukaan yang diterangi.

Ketika sel-sel ini mati, bahan organik hancur, dan senyawa belerang yang mudah menguap menguap bersama air, berfungsi sebagai benih untuk pembentukan awan. Satu liter air laut dapat mengandung hingga 200 juta coccolithophorids, dan setiap tahun organisme uniseluler ini memasok hingga 15,5 juta ton belerang ke atmosfer - hampir dua kali lipat gunung berapi darat.

Matahari mampu memberi Bumi 100 juta kali lebih banyak energi daripada isi perut planet itu sendiri (3400 W / m² terhadap 0,00009 W / m²). Berkat fotosintesis, kehidupan dapat menggunakan sumber daya ini, memperoleh kekuatan yang melebihi kemampuan proses geologis. Tentu saja, sebagian besar panas matahari hilang begitu saja. Tetapi bagaimanapun juga, aliran energi yang dihasilkan oleh organisme hidup adalah 30 kali lebih tinggi daripada aliran energi geologis. Kehidupan telah mengendalikan planet ini setidaknya selama 4 miliar tahun.

Emas asli terkadang membentuk kristal aneh yang lebih berharga daripada logam mulia itu sendiri.

Kekuatan cahaya, kekuatan kegelapan

Tanpa organisme hidup, banyak batuan sedimen tidak akan terbentuk sama sekali. Ahli mineral Robert Hazen, yang membandingkan berbagai mineral di Bulan (150 spesies), Mars (500), dan planet kita (lebih dari 5000), menyimpulkan bahwa kemunculan ribuan mineral terestrial secara langsung atau tidak langsung terkait dengan aktivitasnya. lingkungan. Batuan sedimen terakumulasi di dasar badan air.

Tenggelam ke kedalaman, selama jutaan dan ratusan juta tahun, sisa-sisa organisme membentuk endapan kuat, yang tetap diperas ke permukaan dalam bentuk pegunungan. Ini karena pergerakan dan tumbukan lempeng tektonik besar. Tetapi tektonik itu sendiri tidak akan mungkin terjadi tanpa membagi batuan menjadi semacam "materi gelap" dan "materi ringan".

Yang pertama diwakili, misalnya, oleh basal, di mana mineral nada gelap mendominasi - piroksen, olivin, plagioklas dasar, dan di antara unsur-unsur - magnesium dan besi. Yang terakhir, seperti granit, terdiri dari mineral berwarna terang - kuarsa, kalium feldspar, plagioklas albite, kaya akan besi, aluminium, dan silikon.

Batuan gelap lebih padat daripada batuan ringan (rata-rata 2,9 g/cm³ terhadap 2,5-2,7 g / cm³) dan membentuk lempeng samudera. Ketika bertabrakan dengan lempeng benua "ringan" yang kurang padat, lempeng samudera tenggelam di bawahnya dan meleleh di perut planet ini.

Garis-garis terang dari bijih besi mencerminkan pergantian musiman dari lapisan silikat berwarna gelap dan lapisan besi merah.

Mineral tertua menunjukkan bahwa itu adalah "materi gelap" yang muncul lebih dulu. Namun, batuan padat ini tidak dapat tenggelam ke dalam dirinya sendiri untuk membuat lempeng bergerak. Ini membutuhkan "sisi terang" - mineral, yang kekurangan pasokan di kerak Mars dan Bulan yang tidak bergerak.

Bukan tanpa alasan Robert Hazen percaya bahwa organisme hidup di Bumi, yang mengubah beberapa batuan menjadi batuan lain, yang pada akhirnya menyebabkan akumulasi "materi ringan" dari lempeng. Tentu saja, makhluk-makhluk ini - sebagian besar actinomycetes uniseluler dan bakteri lain - tidak menetapkan diri mereka sebagai tugas yang luar biasa. Tujuan mereka, seperti biasa, adalah mencari makanan.

Metalurgi besi dari lautan

Faktanya, kaca basal yang meletus oleh gunung berapi adalah 17% besi, dan setiap meter kubiknya mampu memberi makan 25 kuadriliun bakteri besi. Setidaknya ada 1,9 miliar tahun, mereka dengan terampil mengubah basal menjadi "nanoshet" yang diisi dengan mineral lempung baru (dalam beberapa tahun terakhir, mekanisme seperti itu telah diakui sebagai pabrik biogenik mineral lempung). Ketika batu seperti itu dikirim ke perut untuk dicairkan, mineral "ringan" baru terbentuk darinya.

Mungkin produk bakteri dan bijih besi. Lebih dari setengahnya terbentuk antara 2, 6 dan 1,85 miliar tahun yang lalu, dan anomali magnetik Kursk saja mengandung sekitar 55 miliar ton besi. Tanpa kehidupan, mereka hampir tidak dapat menumpuk: untuk oksidasi dan pengendapan besi yang terlarut di lautan, oksigen bebas diperlukan, yang penampilannya dalam volume yang diperlukan hanya mungkin karena fotosintesis.

Bakteri acidovorax merangsang pembentukan karat hijau - besi hidroksida.

Kehidupan mampu melakukan "pemrosesan" besi dan dalam kegelapan, kedalaman yang kekurangan oksigen. Atom-atom logam ini, terbawa oleh sumber bawah air, ditangkap oleh bakteri yang mampu mengoksidasi besi besi untuk membentuk besi besi, yang mengendap di dasar dengan karat hijau.

Beberapa miliar tahun yang lalu, ketika masih ada sangat sedikit oksigen di planet ini, ini terjadi di mana-mana, dan hari ini aktivitas bakteri ini dapat dilihat di beberapa badan air yang miskin oksigen.

Mikroba berharga

Ada kemungkinan bahwa deposit emas dalam jumlah besar tidak akan muncul tanpa partisipasi bakteri anaerob yang tidak membutuhkan oksigen. Deposito utama logam mulia (termasuk di Witwatersrand di Afrika selatan, di mana cadangan yang dieksplorasi sekitar 81 ribu ton) terbentuk 3, 8-2, 5 miliar tahun yang lalu.

Secara tradisional, diyakini bahwa bijih emas lokal dibentuk oleh transfer dan pencucian partikel emas oleh sungai. Namun, studi tentang emas Witwatersrand mengungkapkan gambaran yang sama sekali berbeda: logam itu "ditambang" oleh bakteri purba.

Dieter Halbauer menggambarkan pilar karbon aneh yang dibingkai oleh partikel emas murni pada tahun 1978. Untuk waktu yang lama, penemuannya tidak menarik banyak perhatian sampai analisis mikroskopis dan isotop sampel bijih, pemodelan pembentukan bijih oleh koloni mikroba modern dan perhitungan lain mengkonfirmasi kebenaran ahli geologi.

Rupanya, sekitar 2,6 miliar tahun yang lalu, ketika gunung berapi memenuhi atmosfer dengan hidrogen sulfida, asam sulfat dan sulfur dioksida dengan uap air, hujan asam menghanyutkan bebatuan yang mengandung emas yang tersebar dan membawa larutan ke air dangkal. Namun, logam mulia itu sendiri datang ke sana dalam bentuk senyawa yang paling berbahaya bagi semua makhluk hidup, seperti sianida.

Untuk menghindari ancaman tersebut, mikroba “mendisinfeksi” air, mereduksi garam emas beracun menjadi kompleks organologam atau bahkan menjadi logam murni. Partikel berkilauan menetap di koloni bakteri, membentuk rantai multiseluler, yang sekarang dapat dilihat dengan mikroskop elektron pemindaian. Mikroba terus mengendapkan emas bahkan sekarang - proses ini diamati, misalnya, di mata air panas di Selandia Baru, meskipun dalam skala yang sangat sederhana.

Baik Witwatersrand dan, mungkin, endapan lain pada usia yang sama adalah hasil dari aktivitas vital komunitas bakteri di atmosfer bebas oksigen. Kursk Magnetic Anomaly dan deposit bijih besi terkait terbentuk pada awal zaman oksigen. Namun, lebih banyak endapan skala ini tidak muncul dan tidak mungkin mulai terbentuk lagi: komposisi atmosfer, bebatuan, dan air laut telah berubah berkali-kali sejak saat itu.

Tetapi selama waktu ini, generasi organisme hidup yang tak terhitung jumlahnya juga telah berubah, dan masing-masing dari mereka berhasil mengambil bagian dalam evolusi global Bumi. Belukar spons laut dan ekor kuda seperti pohon di tanah telah menghilang, bahkan kawanan mamut adalah sesuatu dari masa lalu, meninggalkan jejak dalam geologi. Waktunya telah tiba untuk makhluk lain dan perubahan baru di semua cangkang planet kita - air, udara, dan batu.