Cómo los microorganismos formaron la corteza terrestre

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificación: 2023-12-16 16:02

Las montañas se ven especialmente impresionantes con el telón de fondo de la interminable estepa de Mongolia. Parado al pie, uno se siente tentado a reflexionar sobre el poder colosal de las entrañas de la tierra que han amontonado estas crestas. Pero ya en el camino hacia la cima, un patrón delgado que cubre las repisas rocosas llama la atención. Este agua de lluvia corroe levemente los esqueletos porosos de las antiguas esponjas arqueociadas que componían la montaña, las verdaderas constructoras de la cordillera.

Pequeños gigantes de la gran construcción

Una vez, hace más de 500 millones de años, surgieron del fondo de un mar cálido como un arrecife brillante de una isla volcánica. Murió, cubierto con una gruesa capa de ceniza caliente; algunos arqueociatos incluso se quemaron y las cavidades se conservaron en la toba congelada.

Sin embargo, muchos esqueletos, que habían crecido juntos durante su vida y se habían "congelado" en la roca por serpenteantes capas de cemento marino, permanecen en sus lugares habituales incluso hoy, cuando el mar se ha ido hace mucho tiempo. Cada uno de esos esqueletos es más pequeño que un dedo meñique. ¿Cuántos hay?

Los esqueletos de diminutos radiolarios forman las rocas silíceas de las cadenas montañosas.

Habiendo estimado el volumen de una montaña baja (alrededor de un kilómetro de diámetro al pie y unos 300 m de altura), podemos calcular que en su construcción participaron alrededor de 30 mil millones de esponjas. Esta es una cifra tremendamente subestimada: muchos esqueletos se han frotado durante mucho tiempo hasta convertirlos en polvo, otros se han disuelto por completo, sin tener tiempo de cubrirse con capas protectoras de sedimento. Y esta es solo una montaña, y en el oeste de Mongolia hay cordilleras enteras.

¿Cuánto tiempo tardaron las pequeñas esponjas en completar un "proyecto" tan grandioso?

Y aquí hay otro acantilado cercano, más pequeño, y no de piedra caliza blanca, sino de color gris rojizo. Está formado por finas capas de lutitas silíceas, oxidadas por la oxidación de las inclusiones de hierro. En un momento, estas montañas fueron el fondo del mar, y si se divide correctamente a lo largo de las capas (golpear fuerte, pero con cuidado), entonces en la superficie que se abre se pueden ver miríadas de agujas y cruces de 3-5 mm.

Estos son los restos de esponjas marinas, pero, a diferencia de todo el esqueleto calcáreo de los arqueociatos, su base está formada por elementos de silicio separados (espículas). Por lo tanto, habiendo muerto, se desmoronaron, sembraron el fondo con sus "detalles".

El esqueleto de cada esponja estaba formado por al menos mil "agujas", unas 100 mil de ellas se encuentran esparcidas por cada metro cuadrado. La aritmética simple nos permite estimar cuántos animales se necesitaron para formar una capa de 20 metros en un área de Al menos 200 x 200 m: 800 mil millones. Y esta es solo una de las alturas que nos rodean, y solo un par de cálculos aproximados. Pero ya de ellos queda claro que cuanto más pequeños son los organismos, mayor es su poder creativo: los principales constructores de la Tierra son unicelulares.

Las placas calcáreas caladas de algas planctónicas unicelulares (cocolitos) se combinan en grandes cocosferas y, cuando se desmoronan, se convierten en depósitos de tiza.

En tierra, en el agua y en el aire

Se sabe que en cada 1 cm³La tiza para escribir contiene alrededor de 10 mil millones de escamas calcáreas finas de cocolitoforidos de algas planctónicas. Mucho más tarde que la época de los mares de Mongolia, en la era Mesozoica y Cenozoica actual, erigieron los acantilados calcáreos de Inglaterra, el Volga Zhiguli y otros macizos, cubriendo el fondo de todos los océanos modernos.

La escala de sus actividades de construcción es asombrosa. Pero palidecen en comparación con otras transformaciones que su propia vida ha hecho en el planeta.

El sabor salado de los mares y océanos está determinado por la presencia de cloro y sodio. Ninguno de los elementos es requerido por las criaturas marinas en grandes cantidades y se acumulan en una solución acuosa. Pero casi todo lo demás, todo lo que se lleva a cabo por los ríos y proviene de las entrañas a través de manantiales de aguas termales, se absorbe en un instante. El silicio es tomado por sus conchas ornamentadas por diatomeas unicelulares y radiolarios.

Casi todos los organismos necesitan fósforo, calcio y, por supuesto, carbono. Curiosamente, la creación de un esqueleto calcáreo (como el de los corales o los arqueociatos antiguos) ocurre con la liberación de dióxido de carbono, por lo que el efecto invernadero es un subproducto de la construcción de arrecifes.

Los cocolitofóridos absorben no solo el calcio del agua, sino también el azufre disuelto. Es necesario para la síntesis de compuestos orgánicos que aumentan la flotabilidad de las algas y les permiten permanecer cerca de una superficie iluminada.

Cuando estas células mueren, los orgánicos se desintegran y los compuestos volátiles de azufre se evaporan junto con el agua, sirviendo como semilla para la formación de nubes. Un litro de agua de mar puede contener hasta 200 millones de cocolitofóridos, y cada año estos organismos unicelulares suministran hasta 15,5 millones de toneladas de azufre a la atmósfera, casi el doble que los volcanes terrestres.

El sol es capaz de dar a la Tierra 100 millones de veces más energía que las propias entrañas del planeta (3400 W / m² contra 0,00009 W / m²). Gracias a la fotosíntesis, la vida puede utilizar estos recursos, obteniendo un poder que supera las capacidades de los procesos geológicos. Por supuesto, gran parte del calor del sol simplemente se disipa. Pero de todos modos, el flujo de energía que producen los organismos vivos es 30 veces mayor que el geológico. La vida ha controlado el planeta durante al menos 4 mil millones de años.

El oro nativo a veces forma cristales extraños que son más valiosos que el metal precioso en sí.

Fuerzas de la luz, fuerzas de la oscuridad

Sin organismos vivos, muchas rocas sedimentarias no se habrían formado en absoluto. El mineralogista Robert Hazen, quien comparó la variedad de minerales en la Luna (150 especies), Marte (500) y nuestro planeta (más de 5000), concluyó que la aparición de miles de minerales terrestres está directa o indirectamente relacionada con la actividad de sus biosfera. Rocas sedimentarias acumuladas en el fondo de los cuerpos de agua.

Hundiéndose a una profundidad, durante millones y cientos de millones de años, los restos de organismos formaron depósitos poderosos, que quedaron por exprimir a la superficie en forma de cadenas montañosas. Esto se debe al movimiento y colisión de enormes placas tectónicas. Pero la tectónica en sí misma no habría sido posible sin dividir las rocas en una especie de "materia oscura" y "ligera".

El primero está representado, por ejemplo, por basaltos, donde predominan los minerales de tonalidades oscuras - piroxenos, olivinos, plagioclasas básicas, y entre los elementos - magnesio y hierro. Estos últimos, como los granitos, están compuestos de minerales de color claro: cuarzo, feldespatos de potasio, plagioclasas de albita, ricas en hierro, aluminio y silicio.

Las rocas oscuras son más densas que las rocas claras (en promedio 2,9 g / cm³ contra 2,5-2,7 g / cm³) y forman placas oceánicas. Al chocar con placas continentales menos densas y "ligeras", las oceánicas se hunden debajo de ellas y se derriten en las entrañas del planeta.

Las bandas brillantes de los minerales de hierro reflejan la alternancia estacional de capas ferruginosas rojas y silíceas oscuras.

Los minerales más antiguos indican que fue la "materia oscura" la que apareció primero. Sin embargo, estas densas rocas no podían hundirse en sí mismas para poner las placas en movimiento. Esto requirió el "lado positivo": los minerales, que escasean en la corteza inmóvil de Marte y la Luna.

No en vano Robert Hazen cree que fueron los organismos vivos de la Tierra, que transformaron algunas rocas en otras, los que finalmente llevaron a la acumulación de la "materia ligera" de las placas. Por supuesto, estas criaturas, en su mayor parte actinomicetos unicelulares y otras bacterias, no se propusieron una gran tarea. Su objetivo, como siempre, fue encontrar comida.

Metalurgia ferrosa de los océanos

De hecho, el vidrio de basalto que hizo erupción el volcán contiene un 17% de hierro y cada metro cúbico es capaz de alimentar a 25 billones de bacterias de hierro. Con una existencia de al menos 1.900 millones de años, transforman hábilmente el basalto en un "nanoshet" lleno de nuevos minerales arcillosos (en los últimos años, este mecanismo ha sido reconocido como una fábrica biogénica de minerales arcillosos). Cuando una roca de este tipo se envía a las entrañas para que se derrita, se forman nuevos minerales "ligeros" a partir de ella.

Probablemente el producto de bacterias y minerales de hierro. Más de la mitad de ellos se formaron hace entre 2, 6 y 1,85 mil millones de años, y solo la anomalía magnética de Kursk contiene alrededor de 55 mil millones de toneladas de hierro. Sin vida, difícilmente podrían acumularse: para la oxidación y precipitación del hierro disuelto en el océano, se requiere oxígeno libre, cuya aparición en los volúmenes requeridos solo es posible debido a la fotosíntesis.

Las bacterias Acidovorax estimulan la formación de óxido verde: hidróxido de hierro.

La vida es capaz de llevar a cabo el "procesamiento" del hierro y en las profundidades oscuras, privadas de oxígeno. Los átomos de este metal, arrastrados por fuentes submarinas, son capturados por bacterias capaces de oxidar el hierro ferroso para formar hierro férrico, que se deposita en el fondo con óxido verde.

Hace un par de miles de millones de años, cuando todavía había muy poco oxígeno en el planeta, esto sucedía en todas partes, y hoy la actividad de estas bacterias se puede ver en algunos cuerpos de agua pobres en oxígeno.

Microbios preciosos

Es posible que no hubieran aparecido grandes depósitos de oro sin la participación de bacterias anaeróbicas que no necesitan oxígeno. Los principales depósitos del metal precioso (incluso en Witwatersrand en el sur de África, donde las reservas exploradas son de aproximadamente 81 mil toneladas) se formaron hace 3, 8-2, 5 mil millones de años.

Tradicionalmente, se creía que los minerales de oro locales se formaban por transferencia y lavado de partículas de oro por los ríos. Sin embargo, el estudio del oro de Witwatersrand revela una imagen completamente diferente: el metal fue "extraído" por bacterias antiguas.

Dieter Halbauer describió extraños pilares de carbono enmarcados por partículas de oro puro en 1978. Durante mucho tiempo, su descubrimiento no atrajo mucha atención hasta que el análisis microscópico e isotópico de muestras de mineral, el modelado de la formación de mineral por colonias de microbios modernos y otros cálculos confirmaron la exactitud del geólogo.

Aparentemente, hace unos 2.600 millones de años, cuando los volcanes saturaron la atmósfera con sulfuro de hidrógeno, ácido sulfúrico y dióxido de azufre con vapor de agua, las lluvias ácidas arrastraron las rocas que contenían oro disperso y llevaron las soluciones a aguas poco profundas. Sin embargo, el metal precioso llegó allí en forma de los compuestos más peligrosos para cualquier criatura viviente, como el cianuro.

Para evitar la amenaza, los microbios "desinfectaron" el agua, reduciendo las sales de oro tóxicas a complejos organometálicos o incluso a metal puro. Las partículas brillantes se asentaron en las colonias bacterianas, formando moldes de cadenas multicelulares, que ahora se pueden ver con un microscopio electrónico de barrido. Los microbios continúan precipitando oro incluso ahora; este proceso se observa, por ejemplo, en las aguas termales de Nueva Zelanda, aunque a una escala muy modesta.

Tanto el Witwatersrand como, probablemente, otros depósitos de la misma edad fueron el resultado de la actividad vital de las comunidades bacterianas en una atmósfera libre de oxígeno. La anomalía magnética de Kursk y los depósitos de mineral de hierro relacionados se formaron al comienzo de la época del oxígeno. Sin embargo, no aparecieron más depósitos de esta escala y es poco probable que vuelvan a tomar forma alguna vez: la composición de la atmósfera, las rocas y las aguas del océano ha cambiado muchas veces desde entonces.

Pero durante este tiempo, innumerables generaciones de organismos vivos también han cambiado, y cada uno de ellos logró participar en la evolución global de la Tierra. Los matorrales de esponjas marinas y colas de caballo arboladas de la tierra han desaparecido, incluso las manadas de mamuts son cosa del pasado, dejando un rastro en la geología. Ha llegado el momento de otros seres y nuevos cambios en todas las conchas de nuestro planeta: agua, aire y piedra.