Como os microorganismos formaram a crosta terrestre

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

As montanhas parecem especialmente impressionantes tendo como pano de fundo as infindáveis estepes da Mongólia. De pé, ficamos tentados a refletir sobre o poder colossal das entranhas da terra que acumularam essas cristas. Mas já no caminho para o topo, um fino padrão cobrindo as saliências rochosas chama a atenção. Essa água da chuva corroeu levemente os esqueletos porosos das antigas esponjas de arqueocatos que formavam a montanha, verdadeiras construtoras da cordilheira.

Pequenos gigantes de grande construção

Certa vez, há mais de meio bilhão de anos, eles surgiram do fundo de um mar quente como um recife brilhante de uma ilha vulcânica. Ele morreu coberto por uma espessa camada de cinzas quentes - alguns arqueocatos foram até mesmo queimados e cavidades foram preservadas no tufo congelado.

No entanto, muitos esqueletos, que cresceram juntos durante sua vida e "congelaram" na rocha por camadas sinuosas de cimento marinho, permanecem em seus lugares habituais até hoje, quando o mar já se foi há muito tempo. Cada esqueleto é menor do que um dedo mínimo. Quantos são?

Os esqueletos de minúsculos radiolários formam as rochas siliciosas das cadeias de montanhas.

Tendo estimado o volume de uma montanha baixa (cerca de um quilômetro de diâmetro ao pé e cerca de 300 m de altura), podemos calcular que cerca de 30 bilhões de esponjas participaram de sua construção. Este é um número grosseiramente subestimado: muitos esqueletos há muito foram esfregados até virar pó, outros se dissolveram completamente, sem ter tempo de serem cobertos com camadas protetoras de sedimentos. E esta é apenas uma montanha, e no oeste da Mongólia existem cadeias inteiras.

Quanto tempo demorou para que pequenas esponjas completassem um "projeto" tão grandioso?

E aqui está outro penhasco próximo, menor, e não de calcário branco, mas cinza-avermelhado. É formada por finas camadas de xisto silicioso, enferrujado pela oxidação das inclusões de ferro. Ao mesmo tempo, essas montanhas eram o fundo do mar, e se você dividir corretamente ao longo das camadas (bata forte, mas com cuidado), então na superfície que se abre você pode ver miríades de agulhas e cruzes de 3-5 mm.

Esses são os restos de esponjas do mar, mas, em contraste com todo o esqueleto calcário dos arqueocatos, sua base é formada por elementos separados de silício (espículas). Portanto, tendo morrido, eles desmoronaram, espalhados no fundo com seus "detalhes".

O esqueleto de cada esponja consistia em pelo menos mil "agulhas", cerca de 100 mil delas estão espalhadas em cada metro quadrado. A aritmética simples permite estimar quantos animais foram necessários para formar uma camada de 20 metros em uma área de Pelo menos 200 x 200 m: 800 bilhões. E esta é apenas uma das alturas que nos rodeia - e apenas alguns cálculos aproximados. Mas já deles fica claro que quanto menores os organismos, maior seu poder criativo: os principais construtores da Terra são unicelulares.

Placas calcárias perfuradas de algas planctônicas unicelulares - cocólitos - são combinadas em grandes coccosferas e, quando se desintegram, transformam-se em depósitos de giz.

Em terra, na água e no ar

Sabe-se que a cada 1 cm³O giz de escrita contém cerca de 10 bilhões de finas escamas calcárias de coccolitoforídeos de algas planctônicas. Muito depois da época dos mares da Mongólia, no Mesozóico e na era Cenozóica atual, eles ergueram os penhascos de calcário da Inglaterra, o Volga Zhiguli e outros maciços, cobrindo o fundo de todos os oceanos modernos.

A escala de suas atividades de construção é incrível. Mas eles empalidecem em comparação com outras transformações que sua própria vida fez no planeta.

O sabor salgado dos mares e oceanos é determinado pela presença de cloro e sódio. Nenhum dos elementos é necessário para as criaturas marinhas em grandes quantidades e eles se acumulam em solução aquosa. Mas quase tudo o mais - tudo o que é levado pelos rios e sai das entranhas por meio de fontes termais - é absorvido em um instante. O silício é levado por suas conchas ornamentadas por diatomáceas unicelulares e radiolários.

Quase todos os organismos precisam de fósforo, cálcio e, claro, carbono. Curiosamente, a criação de um esqueleto calcário (como o de corais ou arqueocatos antigos) ocorre com a liberação de dióxido de carbono, então o efeito estufa é um subproduto da construção de recifes.

Os coccolitoforetos absorvem não apenas o cálcio da água, mas também o enxofre dissolvido. É necessário para a síntese de compostos orgânicos que aumentam a flutuabilidade das algas e permitem que fiquem perto de uma superfície iluminada.

Quando essas células morrem, os orgânicos se desintegram e os compostos de enxofre voláteis evaporam junto com a água, servindo como semente para a formação das nuvens. Um litro de água do mar pode conter até 200 milhões de coccolitoforídeos e, a cada ano, esses organismos unicelulares fornecem até 15,5 milhões de toneladas de enxofre para a atmosfera - quase o dobro dos vulcões terrestres.

O sol é capaz de dar à Terra 100 milhões de vezes mais energia do que as próprias entranhas do planeta (3400 W / m² contra 0,00009 W / m²) Graças à fotossíntese, a vida pode usar esses recursos, ganhando uma potência que ultrapassa as capacidades dos processos geológicos. Claro, muito do calor do sol é simplesmente dissipado. Mesmo assim, o fluxo de energia produzido pelos organismos vivos é 30 vezes maior do que o geológico. A vida controla o planeta há pelo menos 4 bilhões de anos.

O ouro nativo às vezes forma cristais bizarros que são mais valiosos do que o próprio metal precioso.

Forças da luz, forças das trevas

Sem organismos vivos, muitas rochas sedimentares não teriam se formado. O mineralogista Robert Hazen, que comparou a variedade de minerais na Lua (150 espécies), Marte (500) e nosso planeta (mais de 5000), concluiu que o aparecimento de milhares de minerais terrestres está direta ou indiretamente relacionado à atividade de seus biosfera. Rochas sedimentares acumuladas no fundo dos corpos d'água.

Afundando-se ao longo de milhões e centenas de milhões de anos, os restos de organismos formaram depósitos poderosos, que permaneceram para ser espremidos para a superfície na forma de cadeias de montanhas. Isso se deve ao movimento e colisão de enormes placas tectônicas. Mas a tectônica em si não teria sido possível sem dividir as rochas em uma espécie de "matéria escura" e "clara".

A primeira é representada, por exemplo, por basaltos, onde predominam minerais de tons escuros - piroxênios, olivinas, plagioclases básicos e, entre os elementos - magnésio e ferro. Estes, como os granitos, são compostos por minerais claros - quartzo, feldspatos potássicos, plagioclases albitas, ricos em ferro, alumínio e silício.

Rochas escuras são mais densas do que rochas claras (em média 2,9 g / cm³ contra 2,5-2,7 g / cm³) e formar placas oceânicas. Ao colidir com placas continentais menos densas e "leves", as oceânicas afundam sob elas e derretem nas entranhas do planeta.

As faixas brilhantes dos minérios de ferro refletem a alternância sazonal das camadas siliciosas escuras e ferruginosas vermelhas.

Os minerais mais antigos indicam que foi a "matéria escura" que apareceu primeiro. No entanto, essas rochas densas não podiam afundar em si mesmas para colocar as placas em movimento. Isso exigia o "lado bom" - minerais, que são escassos na crosta imóvel de Marte e da Lua.

Não é sem razão que Robert Hazen acredita que foram os organismos vivos da Terra, transformando algumas rochas em outras, que acabaram por levar ao acúmulo da "matéria leve" das placas. É claro que essas criaturas - em sua maioria actinomicetos unicelulares e outras bactérias - não se propuseram a essa super tarefa. Seu objetivo, como sempre, era encontrar comida.

Metalurgia ferrosa dos oceanos

Na verdade, o vidro de basalto que explodiu pelo vulcão tem 17% de ferro e cada metro cúbico dele é capaz de alimentar 25 quatrilhões de bactérias de ferro. Existindo há pelo menos 1,9 bilhão de anos, eles habilmente transformam o basalto em um “nanoshet” preenchido com novos minerais de argila (nos últimos anos, tal mecanismo foi reconhecido como uma fábrica biogênica de minerais de argila). Quando essa rocha é enviada aos intestinos para derreter, novos minerais "leves" são formados a partir dela.

Provavelmente o produto de bactérias e minérios de ferro. Mais da metade deles foi formada entre 2, 6 e 1,85 bilhões de anos atrás, e a anomalia magnética de Kursk sozinha contém cerca de 55 bilhões de toneladas de ferro. Sem vida, dificilmente poderiam se acumular: para a oxidação e precipitação do ferro dissolvido no oceano, é necessário oxigênio livre, cujo aparecimento nos volumes necessários só é possível devido à fotossíntese.

A bactéria acidovorax estimula a formação de ferrugem verde - hidróxido de ferro.

A vida é capaz de realizar o "processamento" do ferro e, no escuro, das profundezas desprovidas de oxigênio. Os átomos desse metal, carregados por fontes subaquáticas, são capturados por bactérias capazes de oxidar o ferro ferroso para formar o ferro férrico, que se instala no fundo com a ferrugem verde.

Alguns bilhões de anos atrás, quando ainda havia muito pouco oxigênio no planeta, isso acontecia em todos os lugares, e hoje a atividade dessas bactérias pode ser vista em alguns corpos d'água pobres em oxigênio.

Micróbios preciosos

É possível que grandes depósitos de ouro não tivessem surgido sem a participação de bactérias anaeróbias que não precisam de oxigênio. Os principais depósitos do metal precioso (inclusive em Witwatersrand no sul da África, onde as reservas exploradas são de cerca de 81 mil toneladas) foram formados 3, 8-2, 5 bilhões de anos atrás.

Tradicionalmente, acreditava-se que os minérios de ouro locais eram formados pela transferência e lavagem das partículas de ouro pelos rios. No entanto, o estudo do ouro Witwatersrand revela um quadro completamente diferente: o metal foi "extraído" por bactérias antigas.

Dieter Halbauer descreveu estranhos pilares de carbono emoldurados por partículas de ouro puro em 1978. Por muito tempo, sua descoberta não atraiu muita atenção até que análises microscópicas e isotópicas de amostras de minério, modelagem da formação de minério por colônias de micróbios modernos e outros cálculos confirmaram a correção do geólogo.

Aparentemente, cerca de 2,6 bilhões de anos atrás, quando os vulcões saturaram a atmosfera com sulfeto de hidrogênio, ácido sulfúrico e dióxido de enxofre com vapor de água, as chuvas ácidas levaram embora as rochas contendo ouro espalhado e levaram soluções para águas rasas. No entanto, o próprio metal precioso veio na forma dos compostos mais perigosos para qualquer criatura viva, como o cianeto.

Evitando a ameaça, os micróbios “desinfetaram” a água, reduzindo os sais de ouro tóxicos a complexos organometálicos ou mesmo ao metal puro. As partículas brilhantes se estabeleceram nas colônias bacterianas, formando moldes de cadeias multicelulares, que agora podem ser visualizadas com um microscópio eletrônico de varredura. Os micróbios continuam a precipitar ouro mesmo agora - esse processo é observado, por exemplo, em fontes termais na Nova Zelândia, embora em uma escala muito modesta.

Tanto o Witwatersrand quanto, provavelmente, outros depósitos da mesma idade eram o resultado da atividade vital das comunidades bacterianas em uma atmosfera sem oxigênio. A anomalia magnética de Kursk e os depósitos de minério de ferro relacionados foram formados no início da época do oxigênio. No entanto, mais depósitos dessa escala não apareceram e é improvável que voltem a tomar forma: a composição da atmosfera, das rochas e das águas do oceano mudou muitas vezes desde então.

Mas durante esse tempo, inúmeras gerações de organismos vivos também mudaram, e cada um deles conseguiu fazer parte da evolução global da Terra. Os matagais de esponjas do mar e os rabos de cavalo em forma de árvore da terra desapareceram, até as manadas de mamutes são uma coisa do passado, deixando um rasto na geologia. Chegou a hora de outros seres e de novas mudanças em todas as conchas do nosso planeta - água, ar e pedra.