Erozja źródłem życia

Począwszy od majestatycznego formowania się gór po ich powolną, ale ciągle trwającą erozję - procesu, który odgrywa kluczową rolę dla środowiska i podstaw naszego systemu biologicznego.

Aby zrozumieć wędrówkę tych minerałów, niezbędna jest znajomość procesów związanych z tworzeniem się gleby

Kiedy uwolnione cząstki skał pozostają na miejscu, ulegają wietrzeniu, które prowadzi do powstania nowych gleb tj. pedogenezy. Z drugiej strony, gdy takie cząstki są transportowane na odległość przez czynniki jak woda lub wiatr, mówimy o erozji. Minerały uwalniane w tym procesie przemierzają nasze krajobrazy, będąc transportowane drogami wodnymi, które następnie wpływają do rzek i strumieni. To rozproszenie cennych minerałów ustanawia istotne połączenie między bogatymi w minerały górami, a żyznymi terenami, pomagając w ten sposób odżywiać ekosystemy lądowe i wodne, zapewniając zrównoważone i niezbędne pożywienie dla wielu form życia. Zrozumienie tego niewidzialnego, ale niezbędnego procesu jest niezbędne, aby zmierzyć złożoność naszego środowiska i dosyć głębokie powiązania pomiędzy elementami, które je tworzą.

Formowanie gór

Punktem wyjścia tej podróży jest orogeneza, czyli formowanie się gór. Zjawisko to, tłumaczy się ruchami tektonicznymi. Kiedy fragmenty skorupy ziemskiej zderzają się, rozdzielają lub przesuwają na boki, do akcji wchodzą główne siły geologiczne. Ruchy płyt kontynentalnych powodują kompresję, fałdowanie i wypiętrzanie warstw skalnych, tworząc w ten sposób imponujące łańcuchy górskie. Takie Himalaje powstały w wyniku zderzenia płyty indyjskiej z płytą euroazjatycką, podczas gdy Alpy powstały w wyniku zbieżności tej samej płyty eurazjatyckiej z płytą afrykańską. Te formacje skalne ulegają z biegiem czasu zmianom pod wpływem kilku zjawisk chemicznych, fizycznych i biologicznych. Zmiany te powodują powstawanie cząstek przenoszonych przez wiatr, fale, lodowce, grawitację, a nawet istoty żywe. Następnie zostaną przetransportowane i zasymilowane lub kumulowane aż do powstania nowego osadu.

Główną przyczyną erozji chemicznej skał jest woda. Niektóre minerały, takie jak bazalt, mogą ulegać wietrzeniu, pochłaniając znajdujący się tam dwutlenek węgla. W wyniku tej reakcji powstaje roztwór ługujący, odpowiedni do transportu minerałów na duże odległości rzekami i strumieniami. Dobrym przykładem tego procesu są rzeki odprowadzające wodę z gór. Rozpuszczone minerały powstałe w wyniku erozji skał są następnie transportowane potokami na równiny i obszary przybrzeżne, gdzie wzbogacają glebę i przyczyniają się do żyzności ekosystemów położonych w dole rzeki. Erozja chemiczna przynosi również minerały tam, gdzie nie są one wykorzystywane, jak podczas tworzenia się wapiennych jaskiń. Wapień, składający się głównie z węglanu wapnia, jest rozpuszczalny w kwaśnej wodzie. Z biegiem czasu woda powoli rozpuszcza ten minerał, tworząc z upływem czasu podziemne zagłębienia. Stalaktyty i stalagmity wyraźnie ilustrują infiltrację wody z powierzchni.

Wreszcie czynniki biologiczne, takie jak rośliny i grzyby, odgrywają zasadniczą rolę w procesie erozji skał. Korzenie niektórych roślin potrafią penetrować pęknięcia w minerałach i przyczyniać się do ich fragmentacji. Wchodząc w te pęknięcia, korzenie wywierają siłę mechaniczną, która może spowodować rozbicie skał na mniejsze kawałki. Proces ten, zwany rozszczepieniem, wynikający z rozszczepienia minerału poprzez oddzielenie jego warstw lamelarnych, ułatwia erozję i rozkład minerału. Tropikalne drzewo Entandrophragma angolense dobrze ukazuje różne działania prowadzące do tej fragmentacji. Drzewo wykorzystuje siłę wiatru do wywierania nacisku na skałę za pośrednictwem poziomych korzeni. Pozwala to na rozluźnienie gleby, które może doprowadzić nawet do fragmentacji skały macierzystej.

Nie tylko rośliny

Udowodniono, że niektóre grzyby ektomikoryzowe mają zdolność rozpuszczania minerału. Sekret tkwi w jest produkcji niektórych kwasów organicznych. Syntetyzują kwas szczawiowy, bursztynowy lub cytrynowy, aby rozpuścić minerały i zapewnić ich przyswajalność przez otaczające rośliny. Grzyby te ułatwiają w ten sposób dostęp do niezbędnych składników odżywczych, takich jak fosfor, potas i inne pierwiastki. Dzięki tej wyjątkowej zdolności przyczyniają się do wzbogacania gleby i zdrowego wzrostu roślin, jednocześnie przyczyniając się do rozwój ekosystemów jako całości.

Królestwo roślin zależy od minerałów, a w szczególności od zapewnienia metabolizmu i wzrostu roślin oraz glonów. Rzeczywiście zasoby te odgrywają kluczową rolę w wielu botanicznych procesach biologicznych, takich jak tworzenie struktur komórkowych, regulacja reakcji enzymatycznych i transport składników odżywczych. Właśnie dlatego rośliny i glony rozwinęły złożone mechanizmy zbierania minerałów niezbędnych do ich wzrostu i rozwoju. Ich wchłanianie odbywa się głównie przez korzenie i obejmuje takie procesy, jak osmoza i wchłanianie selektywne. Korzenie roślin wyposażone są w specjalne struktury zwane włośnikami, które zwiększają powierzchnię absorpcyjną i ułatwiają wnikanie minerałów do komórek roślinnych. W ten sposób korzenie na drodze osmozy wchłaniają wodę i rozpuszczone minerały obecne w glebie.

Tak adaptacja jest niezbędna, aby ewoluować w ekstremalnych środowiskach. Za przykład niech posłużą rośliny namorzynowe, które rozwinęły unikalne mechanizmy, pozwalające im wchłaniać niezbędne minerały, tolerując jednocześnie duże dawki soli. Zwykle, gdy gleba zawiera wyższe stężenie soli niż roślina, woda opuszcza komórki roślinne w celu rozcieńczenia soli obecnej w glebie, proces ten nazywany jest plazmolizą. Rośliny takie jak Korzeniara czerwona z powodzeniem przystosowały się do tych niegościnnych środowisk. Rośliny posiadają mechanizmy wykluczania i wydalania, aby utrzymać odpowiedni poziom soli w swoich komórkach. Mają zdolność blokowania lub ograniczania przedostawania się soli do wrażliwych tkanek, jednocześnie aktywnie wydalając nadmiar soli. W ten sposób udaje im się utrzymać odpowiednią równowagę soli, aby zapewnić im przetrwanie i rozwój w ekstremalnie zasolonych środowiskach.

Minerały po wchłonięciu przez rośliny są następnie transportowane tam, gdzie są potrzebne. Taka jest rola tkanek przewodzących rośliny, ksylemu i łyka. Ksylem odpowiada za transport wody i minerałów z korzeni do części nadziemnych, natomiast łyko transportuje składniki odżywcze i produkty fotosyntezy po całej roślinie. Dzięki tym sieciom minerały rozprzestrzeniają się w roślinie, docierając do różnych części, takich jak łodygi, liście, kwiaty i owoce. Transportowane są do komórek, gdzie są potrzebne w każdym procesie metabolicznym.

Azot i Potas

Przykładowo azot jest wchłaniany przez korzenie w postaci jonów azotanowych (NO3-) lub amonowych (NH4+). Pod wpływem enzymów przekształca się następnie w związki organiczne w procesie asymilacji. Pierwiastek ten zostanie następnie włączony do cząsteczek organicznych, takich jak aminokwasy, białka i nukleotydy, gdzie będzie aktywnie uczestniczył w budowie rośliny. Azot jest szczególnie niezbędny do tworzenia chlorofilu, dlatego jest niezbędny do fotosyntezy roślin. Jednakże część azotu jest również uwalniana przez wydalanie lub śmierć niektórych części roślin. Uwalnianie to umożliwia recykling azotu w glebie, gdzie może on zostać ponownie wchłonięty przez inne rośliny lub mikroorganizmy. Z kolei mikroorganizmy odgrywają kluczową rolę w cyklu tego minerału (wiązanie, nitryfikacja i denitryfikacja), przyczyniając się w ten sposób do jego przemiany i dostępności dla wszystkich rodzajów życia. Kolejnym pierwiastkiem niezbędnym do powstania rośliny jest potas, pobierany z gleby w postaci jonów K+. Pierwiastek występujący powszechnie na Ziemi, stanowi blisko 2,5% skorupy ziemskiej. W roślinach potas jest niezbędny do aktywacji wielu enzymów, syntezy białek, transportu węglowodanów i regulacji bilansu wodnego. Jego obecność jest szczególnie istotna dla produkcji skrobi, która ma magazynować cukier powstający w procesie fotosyntezy. Jeśli występuje jego nadmiar, roślina może go nawet wydalić lub zgromadzić w określonych tkankach do późniejszego wykorzystania. Dzięki wielu technikom rośliny dostosowują się tak, że ich mechanizmy integrują minerał z układami narządów.

Jak się okazuje, rozpuszczanie skał jest początkowym źródłem całego pożywienia na naszej planecie, niezbędnego dla żywych istot. Od gór po rzeki przecinające krajobraz, przechodzące przez złożone procesy absorpcji i recyklingu – każdy etap tej podróży jest niezbędny do przetrwania bardzo wielu organizmów. Zrozumienie tego cyklu pozwala nam zrozumieć subtelne relacje między skałami, wodą, roślinami, grzybami i wszystkimi innymi elementami w tym złożonym ekosystemie. Nie rozumiemy jeszcze wszystkich wpływów, jakie ludzkość może mieć na ten cykl. Intensywne praktyki rolnicze, górnictwo, nadmierne stosowanie nawozów i pestycydów oraz zanieczyszczenie wody mogą mieć niekorzystny wpływ na rozpuszczanie skał i powiązane z tym procesy. Może wypadałoby zminimalizować zakłócenia i zachować równowagę  tego złożonego ekosystemu.

Przeczytaj na Soft Secrets także o:

Różnorodność roślin ma znaczenie. Jak powstrzymać erozję genetyczną?

Trichomy fabrykami biopestycydów

Degeneracja klonalna