Wie Mikroorganismen die Erdkruste bildeten

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

Besonders beeindruckend wirken die Berge vor der Kulisse der endlosen mongolischen Steppe. Am Fuße stehend, ist man versucht, über die kolossale Kraft der Eingeweide der Erde nachzudenken, die diese Höhenzüge aufgetürmt haben. Doch schon auf dem Weg nach oben sticht ein dünnes Muster auf den Felsvorsprüngen ins Auge. Dieses Regenwasser korrodierte leicht die porösen Skelette der alten archaeocyatischen Schwämme, aus denen der Berg bestand, die wahren Erbauer des Gebirges.

Kleine Giganten mit großer Konstruktion

Einst, vor mehr als einer halben Milliarde Jahren, stiegen sie als helles Riff einer Vulkaninsel aus dem Grund eines warmen Meeres auf. Er starb, bedeckt mit einer dicken Schicht heißer Asche - einige Archäozyate waren sogar ausgebrannt, und im gefrorenen Tuff blieben Hohlräume erhalten.

Viele Skelette, die zu Lebzeiten zusammengewachsen und durch gewundene Seezementschichten in das Gestein „eingefroren“waren, verbleiben jedoch auch heute noch, wenn das Meer längst verschwunden ist, an ihren gewohnten Plätzen. Jedes dieser Skelette ist kleiner als ein kleiner Finger. Wie viele sind es?

Die Skelette winziger Radiolarien bilden die kieselhaltigen Gesteine der Bergketten.

Nach Schätzungen des Volumens eines Mittelgebirges (etwa einen Kilometer Durchmesser am Fuß und etwa 300 m Höhe) können wir berechnen, dass etwa 30 Milliarden Schwämme an seinem Bau beteiligt waren. Dies ist eine stark unterschätzte Zahl: Viele Skelette sind längst zu Pulver gerieben, andere haben sich vollständig aufgelöst, ohne dass sie Zeit hatten, mit schützenden Sedimentschichten bedeckt zu werden. Und das ist nur ein Berg, und im Westen der Mongolei gibt es ganze Gebirgszüge.

Wie lange hat es gedauert, bis kleine Schwämme ein so grandioses "Projekt" abgeschlossen haben?

Und hier ist eine andere Klippe in der Nähe, kleiner und nicht weißer Kalkstein, sondern rötlich-grau. Es besteht aus dünnen Schichten von Kieselschiefer, die durch die Oxidation von Eiseneinschlüssen rostig sind. Einst waren diese Berge der Meeresboden, und wenn Sie die Schichten richtig aufteilen (hart, aber vorsichtig schlagen), dann können Sie auf der sich öffnenden Oberfläche unzählige Nadeln und Kreuze von 3-5 mm sehen.

Dabei handelt es sich um Überreste von Meeresschwämmen, deren Basis jedoch im Gegensatz zum gesamten Kalkskelett der Archaeocyaten aus einzelnen Siliziumelementen (Spikulen) besteht. Deshalb zerbröckelten sie, nachdem sie gestorben waren, und übersäten den Boden mit ihren "Details".

Das Skelett eines jeden Schwammes bestand aus mindestens tausend "Nadeln", davon sind auf jedem Quadratmeter etwa 100 Tausend verstreut. Einfache Arithmetik ermöglicht es uns abzuschätzen, wie viele Tiere es brauchten, um eine 20 Meter lange Schicht auf einer Fläche von . zu bilden mindestens 200 x 200 m: 800 Mrd. Und das ist nur eine der Höhen um uns herum – und nur ein paar grobe Berechnungen. Aber schon von ihnen ist klar, dass je kleiner die Organismen sind, desto größer ist ihre schöpferische Kraft: Die Hauptbauer der Erde sind einzellig.

Durchbrochene Kalkplatten aus einzelligen planktonischen Algen - Coccolithen - werden zu großen Coccospheres kombiniert, und wenn sie zerbröckeln, verwandeln sie sich in Kreideablagerungen.

Zu Land, zu Wasser und in der Luft

Es ist bekannt, dass in jedem 1 cm³Schreibkreide enthält etwa 10 Milliarden feine Kalkschuppen planktonischer Algencoccolithophoriden. Viel später als zur Zeit der mongolischen Meere, im Mesozoikum und im heutigen Känozoikum, errichteten sie die Kreidefelsen Englands, die Wolga Zhiguli und andere Massive, die den Boden aller modernen Ozeane bedeckten.

Das Ausmaß ihrer Bauaktivitäten ist erstaunlich. Aber sie verblassen im Vergleich zu anderen Transformationen, die ihr eigenes Leben auf dem Planeten gemacht hat.

Der salzige Geschmack der Meere und Ozeane wird durch die Anwesenheit von Chlor und Natrium bestimmt. Keines der Elemente wird von Meeresbewohnern in großen Mengen benötigt und sie reichern sich in wässriger Lösung an. Aber fast alles andere - alles, was von Flüssen getragen wird und durch heiße Bodenquellen aus dem Darm kommt - wird im Handumdrehen aufgenommen. Silizium wird von einzelligen Kieselalgen und Radiolarien wegen ihrer verzierten Hüllen genommen.

Fast alle Organismen brauchen Phosphor, Kalzium und natürlich Kohlenstoff. Interessanterweise erfolgt die Bildung eines Kalkskeletts (wie das von Korallen oder alten Archäozyaten) unter Freisetzung von Kohlendioxid, sodass der Treibhauseffekt ein Nebenprodukt des Riffbaus ist.

Coccolithophoride nehmen nicht nur Calcium aus Wasser auf, sondern auch gelösten Schwefel. Es wird für die Synthese organischer Verbindungen benötigt, die den Auftrieb von Algen erhöhen und ihnen ermöglichen, in der Nähe einer beleuchteten Oberfläche zu bleiben.

Wenn diese Zellen absterben, zerfallen die organischen Stoffe und die flüchtigen Schwefelverbindungen verdampfen zusammen mit dem Wasser und dienen als Keim für die Bildung von Wolken. Ein Liter Meerwasser kann bis zu 200 Millionen Coccolithophoriden enthalten, und jedes Jahr liefern diese Einzeller bis zu 15,5 Millionen Tonnen Schwefel an die Atmosphäre – fast doppelt so viel wie Landvulkane.

Die Sonne ist in der Lage, der Erde 100 Millionen Mal mehr Energie zu geben als der eigene Darm des Planeten (3400 W / m²).² gegen 0,00009 W/m²). Dank der Photosynthese kann das Leben diese Ressourcen nutzen und eine Kraft gewinnen, die die Fähigkeiten geologischer Prozesse übersteigt. Natürlich wird ein Großteil der Sonnenwärme einfach abgeführt. Trotzdem ist der Energiefluss, den lebende Organismen produzieren, 30-mal höher als der geologische. Das Leben kontrolliert den Planeten seit mindestens 4 Milliarden Jahren.

Natives Gold bildet manchmal bizarre Kristalle, die wertvoller sind als das Edelmetall selbst.

Kräfte des Lichts, Kräfte der Dunkelheit

Ohne lebende Organismen hätten sich viele Sedimentgesteine überhaupt nicht gebildet. Der Mineraloge Robert Hazen, der die Vielfalt der Mineralien auf dem Mond (150 Arten), dem Mars (500) und unserem Planeten (mehr als 5000) verglich, kam zu dem Schluss, dass das Auftreten Tausender terrestrischer Mineralien direkt oder indirekt mit der Aktivität seiner Biosphäre. Sedimentgesteine haben sich am Grund von Gewässern angesammelt.

Die Überreste von Organismen, die über Millionen und Abermillionen von Jahren in die Tiefe absanken, bildeten mächtige Ablagerungen, die in Form von Gebirgszügen an die Oberfläche gepresst werden mussten. Dies ist auf die Bewegung und Kollision riesiger tektonischer Platten zurückzuführen. Aber die Tektonik selbst wäre nicht möglich gewesen, ohne Gesteine in eine Art "dunkle" und "helle Materie" zu unterteilen.

Die erste wird zum Beispiel durch Basalte repräsentiert, bei denen Mineralien mit dunklen Tönen vorherrschen - Pyroxene, Olivine, basische Plagioklasen und unter den Elementen - Magnesium und Eisen. Letztere, wie Granite, bestehen aus hellen Mineralien - Quarz, Kaliumfeldspäten, Albit-Plagioklasen, die reich an Eisen, Aluminium und Silizium sind.

Dunkles Gestein ist dichter als helles Gestein (im Durchschnitt 2,9 g / cm³ gegen 2,5-2,7 g / cm²³) und bilden ozeanische Platten. Wenn sie mit weniger dichten, "leichten" Kontinentalplatten kollidieren, sinken ozeanische darunter und schmelzen im Inneren des Planeten.

Die helle Streifenbildung der Eisenerze spiegelt den jahreszeitlichen Wechsel von dunklen kieselhaltigen und roten eisenhaltigen Schichten wider.

Die ältesten Mineralien weisen darauf hin, dass zuerst "dunkle Materie" auftauchte. Diese dichten Gesteine konnten jedoch nicht in sich selbst versinken, um die Platten in Bewegung zu setzen. Dies erforderte die "helle Seite" - Mineralien, die in der unbeweglichen Kruste von Mars und Mond knapp sind.

Nicht ohne Grund glaubt Robert Hazen, dass es die lebenden Organismen der Erde waren, die einige Gesteine in andere verwandelten, die letztendlich zur Ansammlung der "leichten Materie" der Platten führten. Natürlich haben sich diese Lebewesen – meist einzellige Actinomyceten und andere Bakterien – keine so große Aufgabe gestellt. Ihr Ziel war es wie immer, Nahrung zu finden.

Eisenmetallurgie der Ozeane

Tatsächlich besteht das vom Vulkan ausgebrochene Basaltglas zu 17 % aus Eisen, und jeder Kubikmeter davon kann 25 Billiarden Eisenbakterien ernähren. Sie sind mindestens 1,9 Milliarden Jahre alt und verwandeln Basalt gekonnt in ein mit neuen Tonmineralien gefülltes „Nanoshet“(in den letzten Jahren wurde ein solcher Mechanismus als biogene Fabrik von Tonmineralen erkannt). Wenn ein solches Gestein zum Schmelzen in den Darm geschickt wird, werden daraus neue, "leichte" Mineralien gebildet.

Wahrscheinlich das Produkt von Bakterien und Eisenerzen. Mehr als die Hälfte davon wurde vor 2, 6 und 1,85 Milliarden Jahren gebildet, und allein die magnetische Kursk-Anomalie enthält etwa 55 Milliarden Tonnen Eisen. Ohne Leben könnten sie sich kaum ansammeln: Für die Oxidation und Ausfällung von im Ozean gelöstem Eisen wird freier Sauerstoff benötigt, dessen Auftreten in den erforderlichen Mengen nur durch Photosynthese möglich ist.

Acidovorax-Bakterien stimulieren die Bildung von Grünrost - Eisenhydroxid.

Das Leben ist in der Lage, die "Verarbeitung" von Eisen und in den dunklen, sauerstoffarmen Tiefen durchzuführen. Die Atome dieses Metalls, die von Unterwasserquellen weggetragen werden, werden von Bakterien eingefangen, die in der Lage sind, Eisen(III) zu oxidieren, um Eisen(III) zu bilden, das sich mit grünem Rost am Boden absetzt.

Vor ein paar Milliarden Jahren, als es noch sehr wenig Sauerstoff auf dem Planeten gab, geschah dies überall, und heute kann man die Aktivität dieser Bakterien in einigen sauerstoffarmen Gewässern beobachten.

Kostbare Mikroben

Es ist möglich, dass ohne die Beteiligung anaerober Bakterien, die keinen Sauerstoff benötigen, große Goldvorkommen nicht entstanden wären. Die Hauptvorkommen des Edelmetalls (einschließlich im Witwatersrand im südlichen Afrika, wo die erkundeten Reserven etwa 81 Tausend Tonnen betragen) wurden vor 3, 8-2,5 Milliarden Jahren gebildet.

Traditionell glaubte man, dass die lokalen Golderze durch den Transfer und das Waschen von Goldpartikeln durch Flüsse entstanden sind. Die Untersuchung des Witwatersrand-Goldes zeigt jedoch ein ganz anderes Bild: Das Metall wurde von uralten Bakterien „abgebaut“.

Dieter Halbauer beschrieb bereits 1978 seltsame Kohlenstoffsäulen, die von Partikeln aus reinem Gold eingerahmt sind. Seine Entdeckung erregte lange Zeit nicht viel Aufmerksamkeit, bis mikroskopische und isotopische Analysen von Erzproben, Modellierungen der Erzbildung durch Kolonien moderner Mikroben und andere Berechnungen die Richtigkeit des Geologen bestätigten.

Anscheinend vor etwa 2,6 Milliarden Jahren, als Vulkane die Atmosphäre mit Schwefelwasserstoff, Schwefelsäure und Schwefeldioxid mit Wasserdampf sättigten, spülte saurer Regen das Gestein mit verstreutem Gold weg und trug Lösungen ins Flachwasser. Das Edelmetall selbst kam jedoch in Form der für alle Lebewesen gefährlichsten Verbindungen wie Zyanid dorthin.

Um die Bedrohung abzuwenden, „desinfizierten“Mikroben das Wasser und reduzierten giftige Goldsalze zu metallorganischen Komplexen oder sogar zu reinem Metall. Die glitzernden Partikel setzten sich auf den Bakterienkolonien ab und bildeten Abgüsse aus vielzelligen Ketten, die nun mit einem Rasterelektronenmikroskop betrachtet werden können. Auch heute noch fällen Mikroben Gold aus – dieser Prozess wird beispielsweise in heißen Quellen in Neuseeland beobachtet, wenn auch in sehr bescheidenem Umfang.

Sowohl der Witwatersrand als auch wahrscheinlich andere gleichaltrige Ablagerungen waren das Ergebnis der lebenswichtigen Aktivität von Bakteriengemeinschaften in einer sauerstofffreien Atmosphäre. Die magnetische Kursk-Anomalie und damit verbundene Eisenerzlagerstätten wurden zu Beginn der Sauerstoff-Epoche gebildet. Weitere Ablagerungen dieser Größenordnung sind jedoch ausgeblieben und werden wahrscheinlich nie wieder Gestalt annehmen: Die Zusammensetzung von Atmosphäre, Gestein und Meerwasser hat sich seither vielfach verändert.

Aber auch unzählige Generationen lebender Organismen haben sich in dieser Zeit verändert, und jeder von ihnen hat es geschafft, an der globalen Evolution der Erde teilzunehmen. Das Dickicht aus Meeresschwämmen und baumartigen Schachtelhalmen des Landes ist verschwunden, selbst Mammutherden gehören der Vergangenheit an und hinterlassen Spuren in der Geologie. Die Zeit ist gekommen für andere Wesen und neue Veränderungen in allen Hüllen unseres Planeten – Wasser, Luft und Stein.