Jak gleby zmieniły życie na Ziemi / Sandy Hetherington

Przez pierwsze 4 miliardy lat istnienia Ziemi jej kontynenty były zakurzonymi, jałowymi i skalistymi krajobrazami podobnymi do powierzchni Marsa.

Ale około 500 milionów lat temu wszystko się zmieniło.

Rośliny lądowe zaczęły ewoluować od swoich przodków – glonów słodkowodnych i stopniowo pokrywały skalistą powierzchnię planety. Pierwotnie mierzące zaledwie kilka centymetrów wysokości, pierwsze rośliny lądowe szybko przekształciły się w bardziej złożone formy. 385 milionów lat temu powierzchnię planety pokrywały rozległe lasy.

Podstawą tej nowej różnorodności roślin było przejście, które miało miejsce pod ziemią – tworzenie się korzeni i gleby. Gleby są dziś tak obfite, że często traktujemy je jako coś oczywistego lub zakładamy, że są stałą cechą naszej planety. Ale tak nie jest. Głębokie gleby, jakie znamy, istniały przez mniej niż 10% historii naszej planety.

Powstawanie tych gleb radykalnie zmieniło życie na Ziemi. Gleby zmieniły krajobraz lądowy, cieki wodne, obieg składników odżywczych i minerałów, a nawet skład atmosfery. Rola, jaką gleba odegrała w uczynieniu Ziemi nadającą się do zamieszkania, podkreśla znaczenie dzisiejszej ochrony naszych gleb.

Pierwsze gleby

Najwcześniejsze dowody na ewolucję gleby pochodzą ze starożytnych skamieniałości roślin lądowych. Formacja skalna w północno-wschodniej Szkocji, zwana Rhynie Chert, zawiera wyjątkowo dobrze zachowane skamieniałości roślin sprzed 407 milionów lat. Dzięki temu naukowcy mogą badać różnorodność życia, które tu kwitło.

Większości roślin zachowanych w Rhynie Chert brakuje dużych, złożonych korzeni typowych dla roślin, które być może znasz dzisiaj. Zamiast tego ich systemy korzeniowe składały się z cienkich łodyg pokrytych włoskami zwanymi ryzoidami. Włosy te pomogły zakotwiczyć rośliny w skalistej powierzchni planety oraz wchłonąć wodę i składniki odżywcze.

Wyrosły nowe owłosione pędy i przeplatały się z masą gnijących starszych pędów, stopniowo tworząc cienką torfową glebę o grubości zaledwie kilku centymetrów. Pomimo swojej cienkiej gleby ta gleba była odporna na zdmuchnięcie lub wypłukanie, więc zapewniła oparcie dla wzrostu większej liczby roślin.

Wczesne gleby, takie jak te zachowane w Rhynie chert, były siedliskiem różnorodnych grzybów. Niektóre nawiązały korzystne relacje z roślinami, pomagając im wydobywać składniki odżywcze w zamian za węgiel dostarczany przez rośliny – inne żywią się rozkładającą się tkanką roślinną.

Gleby te stanowiły także tereny łowieckie dla roztoczy, nicieni (glejów) i wczesnych pajęczaków. Rośliny, zwierzęta i grzyby utworzyły razem złożoną sieć pokarmową.

W tej cienkiej glebie tętniło już życie.

Różnorodność roślin

Przeskocz do przodu o 20 milionów lat, a kontynenty Ziemi pokryją lasy z glebą głęboką na ponad metr. Ten niezwykły wzrost głębokości gleby w tak krótkim czasie geologicznym był napędzany ewolucją korzeni roślin. Korzenie zwiększają głębokość gleby, rosnąc w dół i dodając materię organiczną głębiej do osadu.

Korzenie to wyspecjalizowane narządy, które umożliwiają roślinom zakotwiczenie się i wydobywanie wody i składników odżywczych. Są specjalnie przystosowane do życia pod ziemią i do wbijania się w skaliste podłoże pod powierzchnią Ziemi.

Przejście od owłosionych łodyg przylegających do szczytu skalistego podłoża do korzeni wwiercających się w głębokość ponad metra, przekształciło glebę i umożliwiło roślinom dostęp do głębokich zasobów wody i składników odżywczych. Ta podziemna rewolucja zapewniła zupełnie nowy ekosystem, w którym życie mogło się różnicować.

Gleba zmieniła się bardziej niż to, co jest pod naszymi stopami

Gleby stanowią kluczowy element łączący geologię, atmosferę oraz obieg wody i składników odżywczych. Pojawienie się głębokich gleb zmieniło interakcję między tymi częściami Ziemi i spowodowało szereg zaskakujących zmian.

Jedna zmiana dotyczyła obiegu wody. To, co kiedyś było krajobrazem pokrytym dużą liczbą małych, krzyżujących się strumieni, zostało przekształcone w tereny zalewowe z dużymi, meandrującymi korytami rzecznymi. Jednocześnie gleby magazynowały wodę, która mogła podtrzymać życie roślin i szybko wrócić do atmosfery.

Okresowi, w którym gleby rozszerzały się na głębokość i zasięg, towarzyszył także ogromny spadek poziomu CO2 w atmosferze i ochłodzenie globalnych temperatur. Ta zmiana składu atmosfery była częściowo spowodowana dwiema cechami korzeni i gleby.

Korzenie roślin pomogły w przyspieszeniu wietrzenia skał poprzez fizyczny i chemiczny rozkład skał macierzystych – proces, który skutkuje pobraniem CO2 netto z atmosfery.

Gleby, zwłaszcza bogate w substancje organiczne gleby torfowe, są również ogromnymi rezerwuarami węgla. Rośliny potrzebują CO₂ do wzrostu, a gdy rośliny obumierają, CO₂ jest uwalniany z powrotem do atmosfery. Jednak w wielu glebach ten materiał roślinny nie ulega całkowitemu rozkładowi i duża jego część jest stopniowo zasypywana.

Blokuje to węgiel w glebach torfowych, które po zakopaniu mogą tworzyć węgiel. Pochodzenie głębokich gleb i lasów znacznie zwiększyło tempo zakopywania węgla na Ziemi.

Gleba stanowi podstawę ogromnej ilości życia na Ziemi. Jego rola w obiegu wody, cyklu składników odżywczych i przede wszystkim jako rezerwa węgla pozostaje kluczowa dziś i w przyszłości. Zapis kopalny przypomina, że ​​musimy chronić nasze gleby.

Scenariusz

Ten artykuł został po raz pierwszy opublikowany The Conversation 17 kwietnia 2023 r. Przeczytaj oryginał .

Tu za stroną: https://impact.ed.ac.uk/research/climate-environmental-crisis/how-soils-changed-life-on-earth/

Powyższy artykuł jest objęty licencją  Creative Commons Uznanie autorstwa-Bez utworów zależnych 4.0 Międzynarodowe.

_{Obrazy; Gleba. Źródło: obrazy Getty; Artystyczna rekonstrukcja systemów korzeniowych opartych na ryzoidach z Rhynie chert w Aberdeenshire. Źródło: Rosemary Wise/Royal Society Publishing, CC BY-NC-ND; Odsłonięte korzenie drzew, Sutherland, Szkocja i gleba torfowa, Isle of Skye, Szkocja. Źródło: dr Sandy Hetherington.}