Come i microrganismi hanno formato la crosta terrestre

2024 Autore: Seth Attwood | [email protected]. Ultima modifica: 2023-12-16 16:08

Le montagne sembrano particolarmente impressionanti sullo sfondo dell'infinita steppa mongola. Stando ai piedi si è tentati di riflettere sulla potenza colossale delle viscere della terra che hanno ammucchiato queste creste. Ma già sulla via della vetta, un sottile disegno che ricopre le cenge rocciose salta all'occhio. Questa acqua piovana ha leggermente corroso gli scheletri porosi delle antiche spugne archeociate che componevano la montagna, i veri costruttori della catena montuosa.

Piccoli giganti di grande costruzione

Una volta, più di mezzo miliardo di anni fa, sorsero dal fondo di un mare caldo come una luminosa barriera corallina di un'isola vulcanica. Morì, coperto da uno spesso strato di cenere calda - alcuni archeociati furono persino bruciati e le cavità furono conservate nel tufo ghiacciato.

Tuttavia, molti scheletri, che erano cresciuti insieme durante la loro vita e "congelati" nella roccia avvolgendo strati di cemento marino, rimangono nei loro luoghi abituali anche oggi, quando il mare è scomparso da tempo. Ciascuno di questi scheletri è più piccolo di un mignolo. Quanti sono lì?

Gli scheletri di minuscoli radiolari formano le rocce silicee delle catene montuose.

Dopo aver stimato il volume di una montagna bassa (circa un chilometro di larghezza ai piedi e circa 300 m di altezza), possiamo calcolare che alla sua costruzione hanno preso parte circa 30 miliardi di spugne. Si tratta di una cifra grossolanamente sottovalutata: molti scheletri sono stati a lungo ridotti in polvere, altri si sono completamente dissolti, senza avere il tempo di essere ricoperti da strati protettivi di sedimenti. E questa è solo una montagna, e nell'ovest della Mongolia ci sono intere catene montuose.

Quanto tempo è servito a piccole spugne per completare un "progetto" così grandioso?

Ed ecco un'altra scogliera nelle vicinanze, più piccola, e non bianca, calcarea, ma grigio-rossastra. È formato da sottili strati di scisto siliceo, arrugginito per l'ossidazione delle inclusioni di ferro. Un tempo queste montagne costituivano il fondale marino, e se si dividono correttamente lungo gli strati (colpiti con forza, ma con attenzione), poi sulla superficie che si apre si possono vedere miriadi di aghi e croci di 3-5 mm.

Questi sono i resti di spugne di mare, ma, a differenza dell'intero scheletro calcareo degli archeociati, la loro base è formata da elementi di silicio separati (spicole). Pertanto, essendo morti, si sbriciolarono, cospargendo il fondo con i loro "dettagli".

Lo scheletro di ogni spugna era costituito da almeno un migliaio di "aghi", di cui circa 100mila sparsi su ogni metro quadrato. Una semplice aritmetica ci permette di stimare quanti animali sono serviti per formare uno strato di 20 metri su un'area di almeno 200 x 200 m: 800 miliardi. E questa è solo una delle altezze intorno a noi - e solo un paio di calcoli approssimativi. Ma già da loro è chiaro che più piccoli sono gli organismi, maggiore è il loro potere creativo: i principali costruttori della Terra sono unicellulari.

Le placche calcaree traforate di alghe planctoniche unicellulari - coccoliti - sono combinate in grandi coccosfere e, quando si sbriciolano, si trasformano in depositi di gesso.

A terra, in acqua e in aria

È noto che in ogni 1 cm³Il gesso per scrivere contiene circa 10 miliardi di scaglie calcaree fini di coccolitoforidi planctonici. Molto più tardi del tempo dei mari mongoli, nel Mesozoico e nell'attuale era Cenozoica, eressero le scogliere di gesso dell'Inghilterra, il Volga Zhiguli e altri massicci, coprivano il fondo di tutti gli oceani moderni.

La portata delle loro attività di costruzione è sorprendente. Ma impallidiscono in confronto ad altre trasformazioni che la sua stessa vita ha fatto sul pianeta.

Il sapore salato dei mari e degli oceani è determinato dalla presenza di cloro e sodio. Nessun elemento è richiesto dalle creature marine in grandi quantità e si accumulano in soluzione acquosa. Ma quasi tutto il resto - tutto ciò che viene trasportato dai fiumi e proviene dalle viscere attraverso sorgenti calde di fondo - viene assorbito in un istante. Il silicio è preso per i loro gusci decorati da diatomee unicellulari e radiolari.

Quasi tutti gli organismi hanno bisogno di fosforo, calcio e, naturalmente, carbonio. È interessante notare che la creazione di uno scheletro calcareo (come quello dei coralli o degli antichi archeociati) avviene con il rilascio di anidride carbonica, quindi l'effetto serra è un sottoprodotto della costruzione delle barriere coralline.

I coccolitofori assorbono non solo il calcio dall'acqua, ma anche lo zolfo disciolto. È necessario per la sintesi di composti organici che aumentano la galleggiabilità delle alghe e consentono loro di stare vicino a una superficie illuminata.

Quando queste cellule muoiono, le sostanze organiche si disintegrano e i composti volatili di zolfo evaporano insieme all'acqua, fungendo da seme per la formazione di nuvole. Un litro di acqua di mare può contenere fino a 200 milioni di coccolitoforidi e ogni anno questi organismi unicellulari forniscono all'atmosfera fino a 15,5 milioni di tonnellate di zolfo, quasi il doppio dei vulcani terrestri.

Il sole è in grado di fornire alla Terra 100 milioni di volte più energia delle viscere del pianeta (3400 W/m² contro 0.00009 W/m²). Grazie alla fotosintesi, la vita può utilizzare queste risorse, ottenendo un potere che supera le capacità dei processi geologici. Naturalmente, gran parte del calore del sole viene semplicemente dissipato. Tuttavia, il flusso di energia prodotto dagli organismi viventi è 30 volte superiore a quello geologico. La vita ha controllato il pianeta per almeno 4 miliardi di anni.

L'oro nativo a volte forma cristalli bizzarri che sono più preziosi del metallo prezioso stesso.

Forze della luce, forze delle tenebre

Senza organismi viventi, molte rocce sedimentarie non si sarebbero affatto formate. Il mineralogista Robert Hazen, che ha confrontato la varietà di minerali sulla Luna (150 specie), su Marte (500) e sul nostro pianeta (più di 5000), ha concluso che la comparsa di migliaia di minerali terrestri è direttamente o indirettamente correlata all'attività dei suoi biosfera. Rocce sedimentarie accumulate sul fondo dei corpi idrici.

Sprofondando in profondità, nel corso di milioni e centinaia di milioni di anni, i resti di organismi formarono depositi potenti, che restavano da spremere in superficie sotto forma di catene montuose. Ciò è dovuto al movimento e alla collisione di enormi placche tettoniche. Ma la tettonica stessa non sarebbe stata possibile senza dividere le rocce in una sorta di "materia oscura" e "materia leggera".

Il primo è rappresentato, ad esempio, dai basalti, dove predominano minerali dai toni scuri - pirosseni, olivine, plagioclasi basici, e tra gli elementi - magnesio e ferro. Questi ultimi, come i graniti, sono composti da minerali di colore chiaro - quarzo, feldspati di potassio, plagioclasi di albite, ricchi di ferro, alluminio e silicio.

Le rocce scure sono più dense delle rocce chiare (in media 2,9 g/cm³ contro 2,5-2,7 g/cm³) e formano placche oceaniche. Quando si scontrano con placche continentali meno dense e "leggere", quelle oceaniche affondano sotto di esse e si sciolgono nelle viscere del pianeta.

La banda luminosa dei minerali di ferro riflette l'alternanza stagionale di strati silicei scuri e ferruginosi rossi.

I minerali più antichi indicano che è stata la "materia oscura" ad apparire per prima. Tuttavia, queste rocce dense non potevano affondare in se stesse per mettere in movimento le placche. Ciò ha richiesto il "lato luminoso" - i minerali, che scarseggiano nella crosta immobile di Marte e della Luna.

Non a caso Robert Hazen crede che siano stati gli organismi viventi della Terra, trasformando alcune rocce in altre, a portare alla fine all'accumulo della "materia leggera" delle placche. Naturalmente, queste creature - per la maggior parte actinomiceti unicellulari e altri batteri - non si sono dati un compito così eccezionale. Il loro obiettivo, come sempre, era trovare cibo.

Metallurgia ferrosa degli oceani

Infatti, il vetro di basalto eruttato dal vulcano è per il 17% di ferro, e ogni metro cubo di esso è in grado di alimentare 25 quadrilioni di batteri di ferro. Esistenti da almeno 1,9 miliardi di anni, trasformano abilmente il basalto in un "nanoshet" pieno di nuovi minerali argillosi (negli ultimi anni, tale meccanismo è stato riconosciuto come una fabbrica biogenica di minerali argillosi). Quando una tale roccia viene inviata alle viscere per la fusione, da essa si formano nuovi minerali "leggeri".

Probabilmente il prodotto di batteri e minerali di ferro. Più della metà di essi si è formata tra 2, 6 e 1,85 miliardi di anni fa e la sola anomalia magnetica di Kursk contiene circa 55 miliardi di tonnellate di ferro. Senza vita, difficilmente potrebbero accumularsi: per l'ossidazione e la precipitazione del ferro disciolto nell'oceano è necessario ossigeno libero, la cui comparsa nei volumi richiesti è possibile solo grazie alla fotosintesi.

I batteri acidovorax stimolano la formazione di ruggine verde - idrossido di ferro.

La vita è in grado di effettuare la "lavorazione" del ferro e nelle profondità buie e prive di ossigeno. Gli atomi di questo metallo, portati via da sorgenti sottomarine, vengono catturati da batteri capaci di ossidare il ferro ferroso per formare ferro ferrico, che si deposita sul fondo con ruggine verde.

Un paio di miliardi di anni fa, quando c'era ancora pochissimo ossigeno sul pianeta, questo accadeva ovunque, e oggi l'attività di questi batteri può essere vista in alcuni corpi idrici poveri di ossigeno.

Preziosi microbi

È possibile che grandi giacimenti d'oro non sarebbero comparsi senza la partecipazione di batteri anaerobici che non hanno bisogno di ossigeno. I principali giacimenti del metallo prezioso (compreso nel Witwatersrand nell'Africa meridionale, dove le riserve esplorate sono circa 81mila tonnellate) si sono formati 3, 8-2, 5 miliardi di anni fa.

Tradizionalmente, si credeva che i minerali d'oro locali fossero formati dal trasferimento e dal lavaggio di particelle d'oro dai fiumi. Tuttavia, lo studio dell'oro di Witwatersrand rivela un quadro completamente diverso: il metallo è stato "estratto" da antichi batteri.

Dieter Halbauer descrisse strane colonne di carbonio incorniciate da particelle di oro puro nel 1978. Per molto tempo, la sua scoperta non ha attirato molta attenzione fino a quando l'analisi microscopica e isotopica di campioni di minerale, la modellizzazione della formazione del minerale da parte di colonie di microbi moderni e altri calcoli hanno confermato la correttezza del geologo.

Apparentemente, circa 2,6 miliardi di anni fa, quando i vulcani saturarono l'atmosfera con idrogeno solforato, acido solforico e anidride solforosa con vapore acqueo, le piogge acide spazzarono via le rocce contenenti oro sparso e trasportarono soluzioni in acque poco profonde. Tuttavia, il metallo prezioso stesso arrivò lì sotto forma dei composti più pericolosi per qualsiasi creatura vivente, come il cianuro.

Per scongiurare la minaccia, i microbi hanno "disinfettato" l'acqua, riducendo i sali tossici dell'oro a complessi organometallici o addirittura a metallo puro. Le particelle scintillanti si sono depositate sulle colonie batteriche, formando calchi di catene multicellulari, che ora possono essere osservate con un microscopio elettronico a scansione. I microbi continuano a far precipitare l'oro anche adesso - questo processo si osserva, ad esempio, nelle sorgenti termali in Nuova Zelanda, anche se su scala molto modesta.

Sia il Witwatersrand che, probabilmente, altri depositi della stessa età erano il risultato dell'attività vitale di comunità batteriche in un'atmosfera priva di ossigeno. L'anomalia magnetica di Kursk e i relativi depositi di minerale di ferro si sono formati all'inizio dell'era dell'ossigeno. Tuttavia, non sono comparsi più depositi di questa scala ed è improbabile che ricomincino mai a prendere forma: la composizione dell'atmosfera, delle rocce e delle acque oceaniche è cambiata molte volte da allora.

Ma durante questo periodo sono cambiate anche innumerevoli generazioni di organismi viventi e ognuno di loro è riuscito a prendere parte all'evoluzione globale della Terra. I boschetti di spugne di mare e equiseti della terra sono scomparsi, anche i branchi di mammut sono un ricordo del passato, lasciando una traccia nella geologia. È giunto il momento per altri esseri e nuovi cambiamenti in tutti i gusci del nostro pianeta: acqua, aria e pietra.