Comment les micro-organismes ont formé la croûte terrestre

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

Les montagnes sont particulièrement impressionnantes sur fond de steppe mongole sans fin. Debout au pied, on est tenté de réfléchir à la puissance colossale des entrailles de la terre qui ont entassé ces crêtes. Mais déjà sur le chemin du sommet, un fin motif recouvrant les corniches rocheuses attire le regard. Cette eau de pluie a légèrement corrodé les squelettes poreux des anciennes éponges archéocytaires qui constituaient la montagne, véritables bâtisseurs de la chaîne de montagnes.

Petits géants de grande construction

Une fois, il y a plus d'un demi-milliard d'années, ils sont sortis du fond d'une mer chaude comme le récif brillant d'une île volcanique. Il est mort, recouvert d'une épaisse couche de cendres chaudes - certains archéocyates ont même été brûlés, et des cavités ont été conservées dans le tuf gelé.

Cependant, de nombreux squelettes, qui avaient grandi ensemble au cours de leur vie et "gelés" dans la roche par des couches sinueuses de ciment marin, restent à leur place habituelle même aujourd'hui, alors que la mer a disparu depuis longtemps. Chacun de ces squelettes est plus petit qu'un petit doigt. Combien y en a-t-il?

Les squelettes de minuscules radiolaires forment les roches siliceuses des chaînes de montagnes.

Après avoir estimé le volume d'une montagne basse (environ un kilomètre de diamètre au pied et environ 300 m de hauteur), on peut calculer qu'environ 30 milliards d'éponges ont participé à sa construction. C'est un chiffre grossièrement sous-estimé: de nombreux squelettes ont longtemps été réduits en poudre, d'autres se sont complètement dissous, sans avoir le temps d'être recouverts de couches protectrices de sédiments. Et ce n'est qu'une montagne, et à l'ouest de la Mongolie il y a des chaînes entières.

Combien de temps a-t-il fallu aux petites éponges pour mener à bien un « projet » aussi grandiose ?

Et voici une autre falaise à proximité, plus petite, et non pas blanche, calcaire, mais gris rougeâtre. Il est formé de fines couches de schiste siliceux, rouillés du fait de l'oxydation des inclusions de fer. À une certaine époque, ces montagnes étaient le fond marin, et si vous vous séparez correctement le long des couches (frappez fort, mais avec précaution), alors sur la surface qui s'ouvre, vous pouvez voir des myriades d'aiguilles et de croix de 3 à 5 mm.

Ce sont des restes d'éponges marines, mais, contrairement à l'ensemble du squelette calcaire des archéocyates, leur base est formée d'éléments de silicium séparés (spicules). Par conséquent, étant morts, ils se sont effondrés, ont jonché le fond de leurs "détails".

Le squelette de chaque éponge était composé d'au moins mille "aiguilles", environ 100 mille d'entre elles sont dispersées sur chaque mètre carré. Une simple arithmétique nous permet d'estimer combien d'animaux il a fallu pour former une couche de 20 mètres sur une surface de au moins 200 x 200 m: 800 milliards. Et ce n'est qu'une des hauteurs qui nous entourent - et seulement quelques calculs approximatifs. Mais déjà à partir d'eux, il est clair que plus les organismes sont petits, plus leur pouvoir créateur est grand: les principaux constructeurs de la Terre sont unicellulaires.

Des plaques calcaires ajourées d'algues planctoniques unicellulaires - les coccolithes - sont combinées en de grandes coccosphères, et lorsqu'elles s'effritent, elles se transforment en dépôts de craie.

Sur terre, dans l'eau et dans les airs

On sait que tous les 1 cm³La craie d'écriture contient environ 10 milliards d'écailles calcaires fines d'algues planctoniques coccolithophoridés. Beaucoup plus tard que l'époque des mers mongoles, au Mésozoïque et à l'ère Cénozoïque actuelle, ils ont érigé les falaises de craie d'Angleterre, la Volga Zhiguli et d'autres massifs, recouvrant le fond de tous les océans modernes.

L'ampleur de leurs activités de construction est étonnante. Mais ils pâlissent en comparaison des autres transformations que sa propre vie a apportées sur la planète.

Le goût salé des mers et des océans est déterminé par la présence de chlore et de sodium. Aucun de ces éléments n'est requis par les créatures marines en grande quantité, et ils s'accumulent dans une solution aqueuse. Mais presque tout le reste - tout ce qui est effectué par les rivières et provient des entrailles par les sources chaudes du fond - est absorbé en un instant. Le silicium est pris pour leurs coquilles ornées par les diatomées unicellulaires et les radiolaires.

Presque tous les organismes ont besoin de phosphore, de calcium et, bien sûr, de carbone. Fait intéressant, la création d'un squelette calcaire (comme celui des coraux ou des archéocyates anciens) se produit avec la libération de dioxyde de carbone, de sorte que l'effet de serre est un sous-produit de la construction de récifs.

Les coccolithophorides absorbent non seulement le calcium de l'eau, mais aussi le soufre dissous. Il est nécessaire à la synthèse de composés organiques qui augmentent la flottabilité des algues et leur permettent de rester près d'une surface éclairée.

Lorsque ces cellules meurent, les matières organiques se désintègrent et les composés soufrés volatils s'évaporent avec l'eau, servant de germe à la formation de nuages. Un litre d'eau de mer peut contenir jusqu'à 200 millions de coccolithophoridés, et chaque année, ces organismes unicellulaires fournissent jusqu'à 15,5 millions de tonnes de soufre dans l'atmosphère, soit presque deux fois plus que les volcans terrestres.

Le soleil est capable de donner à la Terre 100 millions de fois plus d'énergie que les propres entrailles de la planète (3400 W/m² contre 0,00009 W/m²). Grâce à la photosynthèse, la vie peut utiliser ces ressources, acquérant une puissance qui dépasse les capacités des processus géologiques. Bien sûr, une grande partie de la chaleur du soleil est simplement dissipée. Mais tout de même, le flux d'énergie produit par les organismes vivants est 30 fois supérieur à celui de la géologie. La vie contrôle la planète depuis au moins 4 milliards d'années.

L'or natif forme parfois des cristaux bizarres qui ont plus de valeur que le métal précieux lui-même.

Forces de la lumière, forces des ténèbres

Sans les organismes vivants, de nombreuses roches sédimentaires ne se seraient pas formées du tout. Le minéralogiste Robert Hazen, qui a comparé la variété des minéraux sur la Lune (150 espèces), Mars (500) et notre planète (plus de 5000), a conclu que l'apparition de milliers de minéraux terrestres est directement ou indirectement liée à l'activité de ses biosphère. Roches sédimentaires accumulées au fond des plans d'eau.

S'enfonçant en profondeur, au cours de millions et de centaines de millions d'années, les restes d'organismes ont formé de puissants dépôts, qui restaient à faire remonter à la surface sous forme de chaînes de montagnes. Cela est dû au mouvement et à la collision d'énormes plaques tectoniques. Mais la tectonique elle-même n'aurait pas été possible sans diviser les roches en une sorte de "matière sombre" et "matière légère".

Le premier est représenté, par exemple, par les basaltes, où prédominent les minéraux de tons sombres - pyroxènes, olivines, plagioclases basiques, et parmi les éléments - magnésium et fer. Ces derniers, comme les granites, sont composés de minéraux de couleur claire - quartz, feldspaths potassiques, plagioclases d'albite, riches en fer, aluminium et silicium.

Les roches sombres sont plus denses que les roches légères (en moyenne 2,9 g/cm³ contre 2,5-2,7 g/cm³) et forment des plaques océaniques. En entrant en collision avec des plaques continentales moins denses et "légères", les océaniques s'enfoncent sous elles et fondent dans les entrailles de la planète.

Les bandes brillantes des minerais de fer reflètent l'alternance saisonnière de couches siliceuses foncées et ferrugineuses rouges.

Les minéraux les plus anciens indiquent que c'est la « matière noire » qui est apparue en premier. Cependant, ces roches denses ne pouvaient pas s'enfoncer en elles-mêmes pour mettre les plaques en mouvement. Cela nécessitait le "côté lumineux" - des minéraux, qui sont rares dans la croûte immobile de Mars et de la Lune.

Ce n'est pas sans raison que Robert Hazen pense que ce sont les organismes vivants de la Terre, transformant certaines roches en d'autres, qui ont finalement conduit à l'accumulation de la "matière légère" des plaques. Bien sûr, ces créatures - pour la plupart des actinomycètes unicellulaires et d'autres bactéries - ne se sont pas fixées une telle tâche super. Leur objectif, comme toujours, était de trouver de la nourriture.

Métallurgie ferreuse des océans

En fait, le verre de basalte qui a éclaté par le volcan contient 17 % de fer, et chaque mètre cube est capable de nourrir 25 quadrillions de bactéries de fer. Existant depuis au moins 1,9 milliard d'années, ils transforment habilement le basalte en un « nanoshet » rempli de nouveaux minéraux argileux (ces dernières années, un tel mécanisme a été reconnu comme une usine biogénique de minéraux argileux). Lorsqu'une telle roche est envoyée dans les intestins pour y être fondue, de nouveaux minéraux "légers" se forment à partir de celle-ci.

Probablement le produit de bactéries et de minerais de fer. Plus de la moitié d'entre eux se sont formés il y a entre 2, 6 et 1,85 milliard d'années, et l'anomalie magnétique de Koursk contient à elle seule environ 55 milliards de tonnes de fer. Sans vie, ils pourraient difficilement s'accumuler: pour l'oxydation et la précipitation du fer dissous dans l'océan, il faut de l'oxygène libre, dont l'apparition dans les volumes requis n'est possible que grâce à la photosynthèse.

Les bactéries acidovorax stimulent la formation de rouille verte - hydroxyde de fer.

La vie est capable d'effectuer le "traitement" du fer et dans les profondeurs sombres et privées d'oxygène. Les atomes de ce métal, emportés par des sources sous-marines, sont capturés par des bactéries capables d'oxyder le fer ferreux pour former du fer ferrique, qui se dépose au fond avec la rouille verte.

Il y a quelques milliards d'années, alors qu'il y avait encore très peu d'oxygène sur la planète, cela se produisait partout, et aujourd'hui, l'activité de ces bactéries peut être observée dans certains plans d'eau pauvres en oxygène.

Précieux microbes

Il est possible que d'importants gisements d'or ne soient pas apparus sans la participation de bactéries anaérobies qui n'ont pas besoin d'oxygène. Les principaux gisements de métal précieux (y compris dans le Witwatersrand en Afrique australe, où les réserves explorées sont d'environ 81 000 tonnes) se sont formés il y a 3, 8-2, 5 milliards d'années.

Traditionnellement, on croyait que les minerais d'or locaux étaient formés par le transfert et le lavage de particules d'or par les rivières. Cependant, l'étude de l'or du Witwatersrand révèle une image complètement différente: le métal a été « extrait » par d'anciennes bactéries.

Dieter Halbauer a décrit d'étranges piliers de carbone encadrés de particules d'or pur en 1978. Pendant longtemps, sa découverte n'a pas attiré beaucoup d'attention jusqu'à ce que l'analyse microscopique et isotopique d'échantillons de minerai, la modélisation de la formation du minerai par des colonies de microbes modernes et d'autres calculs aient confirmé l'exactitude du géologue.

Apparemment, il y a environ 2,6 milliards d'années, lorsque les volcans ont saturé l'atmosphère de sulfure d'hydrogène, d'acide sulfurique et de dioxyde de soufre de vapeur d'eau, les pluies acides ont emporté les roches contenant de l'or dispersé et transporté des solutions vers des eaux peu profondes. Cependant, le métal précieux lui-même y est venu sous la forme des composés les plus dangereux pour tous les êtres vivants, comme le cyanure.

Pour écarter la menace, les microbes ont «désinfecté» l'eau, réduisant les sels d'or toxiques en complexes organométalliques ou même en métal pur. Les particules scintillantes se sont déposées sur les colonies bactériennes, formant des moulages de chaînes multicellulaires, qui peuvent maintenant être visualisées au microscope électronique à balayage. Les microbes continuent à précipiter l'or même maintenant - ce processus est observé, par exemple, dans les sources chaudes de Nouvelle-Zélande, bien qu'à une échelle très modeste.

Le Witwatersrand et, probablement, d'autres gisements du même âge étaient le résultat de l'activité vitale de communautés bactériennes dans une atmosphère sans oxygène. L'anomalie magnétique de Koursk et les gisements de minerai de fer associés se sont formés au début de l'ère de l'oxygène. Cependant, d'autres dépôts de cette échelle ne sont pas apparus et il est peu probable qu'ils recommencent à prendre forme: la composition de l'atmosphère, des roches et des eaux océaniques a changé à plusieurs reprises depuis lors.

Mais pendant ce temps, d'innombrables générations d'organismes vivants ont également changé, et chacun d'eux a réussi à participer à l'évolution globale de la Terre. Les fourrés d'éponges de mer et les prêles arborescentes de la terre ont disparu, même les troupeaux de mammouths appartiennent au passé, laissant une trace dans la géologie. Le temps est venu pour d'autres êtres et de nouveaux changements dans toutes les coquilles de notre planète - eau, air et pierre.