Земля и жизнь - Александр Вологдин

Бактерии ржавчины при увеличении в 3000 раз. Фото автора

Изучение немногих образцов плотных разновидностей каратауских фосфоритов показало, что они или сплошь состоят из клеток "фосфатных" бактерий и бесструктурной массы карбоната кальция, или же к минерализованным клеткам "фосфатных бактерий" примешиваются тельца клеток железобактерий. Последние в таких случаях местами группируются в виде тонких пленок, линзочек.

Раскрытие природы каратауских фосфоритов позволяет нам думать, что и другие известные месторождения фосфоритов имеют, возможно, такое же органическое, бактериальное происхождение.

Интересно, что при изучении разреза фосфоритовой свиты мы наблюдали смену фосфоритовых слоев марганцево-железистой породой с прослоем карбонатных синезеленых водорослей. Разрез показывает на близость экологических условий для автотрофных бактерий, усваивавших фосфор, железо и марганец, и для синезеленых автотрофов. Известна местная засоренность каратауских фосфоритов терригенным материалом.

О современных бактериях - накопителях фосфатов почти ничего неизвестно. Известны лишь почвенные бактерии, растворяющие фосфаты, фосфатредуцирующие, способные образовывать растворимые соли фосфорной кислоты. Между тем концентрирующие фосфор бактерии в кембрии, по-видимому, существовали. Может быть, подобные организмы формируют и редкие в наше время скопления фосфоритов на дне моря, как, например, в районе южной оконечности Африки.

Остаточные бактериальные микроструктуры боксита. Увеличение в 3600 раз. Фото автора

В круговороте серы, одного из важнейших биогенных элементов биосферы, принимают участие почти все организмы; в недрах земной коры переработкой серных соединений заняты также многие группы бактерий. Наиболее известная группа - сульфатредуцирующие (разрушители сульфатов, в частности гипса) или гнилостные (разрушители органических веществ) бактерии - анаэробы, которые часто обитают в застойных водах и под землей. Следы процессов преобразования серы мы находим уже в горных породах протерозойского и раннепалеозойского возраста, в виде пиритизированных песчаников и сланцев древних толщ Сибирской платформы. Накопление сероводорода происходит микробиологическим путем за счет сернокислых солей моря, с последующим образованием в осадке скоплений сернистого железа (пирит, марказит) в восстановительной обстановке. Существуют различные аэробы, которые с успехом окисляют сульфиды как в зоне земной поверхности - "выветривания" горных пород, так и в зоне окисления земной коры. Часто бактериальная сероводородная зона развивается на разлагающихся органических веществах, при разрушении белковых и иных соединений.

"Обохривание" пиритовых залежей, по нашим наблюдениям, как и окисление магнетитовых, происходит и в недрах (зона окисления) и в субаэральной зоне (в воздушной среде) благодаря жизнедеятельности одновременно железных и тионовых бактерий, с выносом сернокислых солей и с преобразованием вещества пирита и магнетита в лимонит, что хорошо видно в препаратах под мироскопом. Поэтому массовое гипсообразование в ряде случаев мы можем считать связанным с продуктами жизнедеятельности тионовых бактерий.

Естественно, мы здесь не смогли перечислить еще многих других процессов связи между живым веществом природы и минеральным субстратом, играющим косвенно роль источника энергии.

Таким образом, органическая жизнь в природе в ее наиболее примитивных бактериальных формах оказывается теснейшим образом связанной с веществом земной коры. Поэтому было бы совершенно правильно трактовать все подобные материалы, как относящиеся к новой науке - геологической микробиологии. Советские ученые, начиная с В. С. Буткевича, А. И. Самойлова, В. И. Вернадского и Б. Л. Исаченко, уже внесли большой вклад в создание основ этой науки. Интересные и практически важные работы по геологической деятельности микроорганизмов ведутся в Институте микробиологии АН СССР С. И. Кузнецовым и группой его сотрудников, которым удалось значительно продвинуть решение многих вопросов геологической микробиологии.

Множество интересных вопросов, связанных с древней природой, уже разрешено. В данном случае мы могли бы обратить внимание на роль древних организмов как создателей тех или других веществ, в водных средах прошлого, захороненных в горных породах или же принявших характер горных пород. Так, мы знаем, что из вещества наземных и водных растений в геологическом прошлом Земли образовывались различные типы каменных и бурых углей, минерального топлива. Простейшие формы жизни - бактерии и простейшие животные - фораминиферы создавали на дне водных бассейнов отложения извести, из которых потом получались твердые горные породы известняки и мраморы.

Долго казалось загадочным происхождение нефти и горючих газов в недрах. Одни ученые считали, что эти вещества первично в виде простого газа метана (углеводородный газ СН4) являются остаточным компонентом древнейшей атмосферы Земли, еще космической атмосферы, как остаток той атмосферы, которая создалась вокруг нашей планеты во время ее образования, другие - что нефть и газ есть продукты преобразования органического вещества, остатков организмов, в основном различных групп водорослей, в результате его разложения и преобразования при участии соответствующих групп бактерий.

Выяснено, что в древнейших водных бассейнах нашей планеты жизнь на ранних этапах ее развития особенно обильно и разнообразно была представлена бактериями и водорослями. Первые перерабатывали местами и временами огромные массы железа, марганца, серы, азотных соединений, образовывали "осадочные" железные и марганцевые руды, серные руды, свободный азот и т. д. Вторые благодаря энергии солнечных лучей накапливали огромные массы органического вещества за счет углекислоты и воды. При этом за счет воды выделялся в водную среду и атмосферу кислород. Так и возникла современная атмосфера Земли, как известно состоящая на четыре пятых из азота и на одну пятую из кислорода.

Отмиравшее водорослевое вещество в водной среде или уже в осадках разрушалось бактериями. В условиях отсутствия кислорода это разрушение не было полным. При этом образовывались углеводородные газы (соединения углерода с водородом в разных пропорциях). Эти газы частично могли уходить в древнюю атмосферу, растворяться в древних водах. Остатки водорослей в толщах рыхлых осадков на дне бассейнов и углеводородные вещества захоронялись то скученно, то рассеянно и, таким образом, оказывались при погружениях участков земной коры на разной глубине. Будучи более легкими, чем вода, эти вещества всегда были склонными к стремлению перемещения вверх, к земной поверхности в сторону меньших давлений. Местами они встречали препятствия в виде более плотных пород и потому там накапливались. При этом происходило часто их преобразование в более тяжелые углеводородные соединения, в тот сложный комплекс веществ, который мы знаем под названием "нефть" - "кровь" Земли.

Ранее считалось, что чем древнее какая-нибудь нефтеобразующая, нефтеносная толща осадочных пород, тем благоприятнее ее скопления (месторождения) в отношении количества. Так, более ста лет назад разрабатывались на территории Европы нефтяные месторождения Карпат и Кавказа, имеющие возраст в несколько десятков миллионов лет (меловые и третичные отложения). Потом с конца 20-х годов на территории СССР были открыты месторождения нефти и газа, гораздо более древние,- Волго-Уральская нефтяная провинция - "Второе Баку" с возрастом нефтематеринских отложений около трехсот и более миллионов лет (девонские отложения). Несколько лет назад были открыты в Восточной Сибири месторождения нефти и газа в осадочных породах морского происхождения возраста около пятисот пятидесяти миллионов лет (нижнекембрийские отложения). При этом последние оказались не связанными единством происхождения с вмещающими породами (песчаниками и доломитами).

Выяснено, что в наиболее древние геологические времена на территории Восточной Сибири располагались обширные моря, в которых особенно обильно развивались морские водоросли. Остатки этих водорослей часто облекались корками извести и сильно известковистой воды бассейнов. Органическое вещество такого происхождения за сотни миллионов лет суммарно накапливалось (условно подсчитывая) в толщи в сотни метров. Последующее погружение древних (докембрийских) толщ в недра Земли, где господствуют высокие давления и повышенная температура, способствовали движению углеводородов вверх. Так, в ряде районов так называемой Сибирской платформы, между Енисеем и Леной, к северу от Восточного Саяна и Байкальского нагорья в кембрийских отложениях сформировались месторождения нефти и горючего газа.