Земля и жизнь - [36]
Постоянное присутствие органических веществ, часто в виде углистой массы, в фосфоритовых слоях Каратау давно уже привлекало к себе внимание, но выяснить его природу и происхождение самих фосфоритов мы смогли тоже лишь в последние годы.
Накопление фосфатов в осадках до сих пор объяснялось учеными с помощью двух теорий. Первая, так называемая "биолитная", теория рассматривала образование фосфоритов как следствие массовой гибели организмов и перехода их фосфора в фосфатную горную породу. Согласно второй теории, происходило непосредственное осаждение фосфорных солей из морской воды под влиянием изменения их растворимости. По первой теории, причиной гибели организмов считались изменения уровня моря, направления течений, степени солености в эпохи "перерыва", крупных тектонических движений. Химическая теория родилась в свете представлений о повышенном содержании фосфора в водах морских глубин (до 300 мг/м3). Поднимаясь с гипотетическими восходящими течениями до глубин в 50-150 м, эти воды должны переносить содержащийся в них фосфор и отлагать его вслед за несколько ранее выпадающим в осадок карбонатом кальция. Но ведь здесь фосфор снова становится объектом использования его фитопланктоном, т. е. субстратом для морских водорослей. Верхние слои морских вод всегда поэтому бедны фосфором. Слабое место этой теории - отсутствие в морях массовых "восходящих течений" и отсутствие в нормально морских условиях возможности химического осаждения карбоната кальция, о чем выше мы уже говорили.
Каратауские фосфориты развиты в слоях среднего кембрия на обширной площади. Они представлены здесь плотными массивными ("плита") и оолитовыми разновидностями. Последние очень напоминают внешне бокситы, за которые первоначально они и были приняты. Сначала мы исследовали оолитовые фосфориты, состоящие из серых зерен, сцементированных желтовато-бурым веществом. В этом цементе мы обнаружили железо. Тончайшие шлифы, изготовленные из таких фосфоритов, при увеличениях свыше 2000 раз показали, что оолитовые зерна являются местом массовых скоплений микротелец бактериального облика, имеющих в поперечнике 1,1 μ при длине в 1,3 μ, то соединенных в изгибающиеся нити, то одиночных. Бактериальная природа этих образований несомненна. Ясно, что это прекрасно сохранившие свои очертания окаменевшие клетки каких-то бактерий кембрийского возраста. Интересно, что в центрах оолитовых зерен расположение бактериальных клеток беспорядочное, но по мере приближения к периферии в концентрических наслоениях зерен они начинают принимать более или менее радиальное расположение, указывающее на формирование колоний "фосфатных бактерий" в условиях сезонно изменчивой среды. В составе концентрических наслоений, часто перемежаясь с ними, наблюдаются тонкие пленки, сложенные тельцами железистого состава в виде обогащенных железом отмерших клеток железобактерий. Цемент природы, скрепляющий оолитовые зерна, целиком состоит из ожелезненных клеток отмерших железобактерий знакомого уже для нас облика. Последние развивались позже, в условиях несколько измененного температурного режима.
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.
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.
