magnetofosylia
| Część serii związanej z |
| Biomineralizacją |
|---|
 |
Magnetoskamieniałości to kopalne pozostałości cząstek magnetycznych wytwarzanych przez bakterie magnetotaktyczne (magnetobakterie) i zachowane w zapisie geologicznym . Najstarsze ostateczne magnetofosyły utworzone z magnetytu mineralnego pochodzą z pokładów kredy kredowej w południowej Anglii, podczas gdy raporty magnetofosylne, nie uważane za solidne, rozciągają się na Ziemi do 1,9 miliarda lat Gunflint Chert ; mogą one obejmować liczący cztery miliardy lat marsjański meteoryt ALH84001 .
Organizmy magnetotaktyczne są prokariotyczne , zgłoszono tylko jeden przykład olbrzymich magnetoskamieniałości, prawdopodobnie wytwarzanych przez organizmy eukariotyczne. Bakteriami magnetotaktycznymi, będącymi źródłem magnetofosyli, są bakterie produkujące magnetyt (Fe 3 O 4 ) lub greigit (Fe 3 S 4 ), występujące zarówno w środowisku słodkowodnym, jak i morskim. Te bakterie magnetytowe zawierające magnetyt znajdują się w strefie przejściowej tlenowo -beztlenowej, gdzie warunki są takie, że poziom tlenu jest niższy niż w atmosferze ( mikroaerofilne ). W porównaniu z bakteriami magnetotaktycznymi wytwarzającymi magnetyt i późniejszymi magnetofoskamieniami niewiele wiadomo o środowiskach, w których powstają magnetofosyle greigitu, oraz o właściwościach magnetycznych zachowanych cząstek greigitu.
Istnienie bakterii magnetotaktycznych zostało po raz pierwszy zasugerowane w latach 60. XX wieku, kiedy Salvatore Bellini z Uniwersytetu w Pawii odkrył bakterie w bagnie, które zdawały się ustawiać w jednej linii z liniami pola magnetycznego Ziemi . Po tym odkryciu badacze zaczęli zastanawiać się nad wpływem bakterii magnetotaktycznych na zapis kopalny i namagnesowanie warstw osadowych .
Większość badań koncentrowała się na środowiskach morskich, chociaż zasugerowano, że te magnetofosyliny można znaleźć w osadach lądowych (pochodzących ze źródeł lądowych). Te magnetofosyle można znaleźć w całym zapisie osadowym, a zatem ma na nie wpływ szybkość osadzania. Epizody wysokiej sedymentacji, które nie korelują ze wzrostem produkcji magnetobakterii, a tym samym magnetofosylu, mogą znacznie zmniejszyć stężenie magnetofosylu, chociaż nie zawsze tak jest. Wzrost sedymentacji zwykle zbiega się ze wzrostem erozji gruntów, a zatem wzrostem obfitości żelaza i podaży składników odżywczych.
Namagnesowanie
W bakteriach magnetotaktycznych kryształy magnetytu i greigitu są biosyntetyzowane ( biomineralizowane ) w organellach zwanych magnetosomami . Te magnetosomy tworzą łańcuchy w komórce bakteryjnej iw ten sposób zapewniają organizmowi stały dipol magnetyczny. Organizm wykorzystuje go do nawigacji geomagnetycznej, do wyrównania się z polem geomagnetycznym Ziemi ( magnetotaksja ) i do osiągnięcia optymalnej pozycji wzdłuż pionowych gradientów chemicznych.
Kiedy organizm umiera, magnetosomy zostają uwięzione w osadach. W odpowiednich warunkach, przede wszystkim jeśli redoks są prawidłowe, magnetyt może następnie ulec skamieniałości, a tym samym być przechowywany w zapisie sedymentacyjnym. Fosylizacja magnetytu (magnetofossils) w osadach w dużej mierze przyczynia się do naturalnego namagnesowania szczątkowego warstw osadów. Naturalne namagnesowanie remanentne to magnetyzm trwały pozostający w skale lub osadzie po ich uformowaniu.
Paleoindykatory
Bakterie magnetotaktyczne wykorzystują żelazo do tworzenia magnetytu w magnetosomach. W wyniku tego procesu podwyższony poziom żelaza koreluje ze zwiększoną produkcją bakterii magnetotaktycznych. Wzrost poziomu żelaza był od dawna związany z okresami hipertermii (okres ocieplenia, zwykle między 4-8 stopniami Celsjusza) w historii Ziemi. Te zjawiska hipertermiczne, takie jak paleoceńsko-eoceńskie maksimum termiczne lub holoceński okres ciepły (HWP), stymulowały zwiększoną produktywność otwornic planktonowych i bentosowych, co z kolei skutkowało wyższymi poziomami sedymentacji. Ponadto wzrost temperatury (jak ten w HWP) może być również związany z okresem mokrym. Te ciepłe i wilgotne warunki sprzyjały produkcji magnetofosylu ze względu na zwiększoną podaż składników odżywczych w okresie polodowcowego ocieplenia podczas HWP. W rezultacie okres ten wykazuje wzrost stężenia magnetofosylu. Wykorzystując ten wzrost koncentracji, naukowcy mogą wykorzystać magnetofosyle jako wskaźnik okresu stosunkowo wysokich (lub niskich) temperatur w historii Ziemi. Datowanie tych skał może dostarczyć informacji o okresie tej zmiany klimatu i może być skorelowane z innymi formacjami skalnymi lub środowiska depozycyjne , w których klimat Ziemi w tamtym czasie mógł nie być tak wyraźny. Starzenie się osadów i rozpuszczanie lub zmiana magnetytu stwarzają problemy z dostarczeniem użytecznych pomiarów, ponieważ integralność strukturalna kryształów może nie zostać zachowana.
Magnetofosyle są badane nie tylko pod kątem ich wskaźników paleośrodowiskowych lub paleoklimatycznych. Jak wspomniano powyżej, magnetofosyle utrzymują szczątkowe namagnesowanie, gdy się formują. Oznacza to, że magnetyt (lub greigit) ustawia się zgodnie z kierunkiem pola geomagnetycznego. Kryształy magnetytu można traktować jako prosty magnes z biegunem północnym i południowym, ta orientacja północ-południe jest zgodna z biegunami magnetycznymi Ziemi północ-południe. Te skamieliny są następnie zakopywane w zapisie skalnym. Naukowcy mogą zbadać te próbki skał w magnetometrze pozostałościowym gdzie usuwa się wpływ obecnego ziemskiego pola magnetycznego, w celu określenia pozostałości lub początkowego namagnesowania próbki skały podczas jej formowania. Znając orientację skały in situ i pozostałe namagnesowanie, naukowcy mogą określić pole geomagnetyczne Ziemi w czasie, gdy skała się formowała. Można to wykorzystać jako wskaźnik kierunku pola magnetycznego lub odwrócenia pola magnetycznego Ziemi , w którym bieguny magnetyczne Ziemi zamieniają się (co zdarza się średnio co 450 000 lat).
Badania
Istnieje wiele metod wykrywania i pomiaru magnetofosmieniałości, chociaż istnieją pewne problemy z ich identyfikacją. Obecne badania sugerują, że pierwiastki śladowe znalezione w kryształach magnetytu utworzonych w bakteriach magnetotaktycznych różnią się od kryształów utworzonych innymi metodami. Sugerowano również, że włączenie wapnia i strontu można wykorzystać do identyfikacji magnetytu wywnioskowanego z bakterii magnetotaktycznych. Inne metody, takie jak transmisyjna mikroskopia elektronowa (TEM) próbek z głębokich odwiertów i rezonans ferromagnetyczny (FMR) spektroskopia są wykorzystywane. Spektroskopia FMR łańcuchów hodowanych bakterii magnetotaktycznych w porównaniu z próbkami osadów jest wykorzystywana do wnioskowania o zachowaniu magnetofosylu w geologicznych ramach czasowych. Badania sugerują, że magnetofosyle zachowują swoje szczątkowe namagnesowanie na głębszych głębokościach pochówku, chociaż nie jest to do końca potwierdzone. Pomiary FMR izotermicznego namagnesowania szczątkowego nasycenia (SIRM) w niektórych próbkach, w porównaniu z pomiarami FMR i opadów deszczu wykonanymi w ciągu ostatnich 70 lat, wykazało, że magnetofosylia mogą zachować zapis zmian paleoklimatu w krótszej skali czasowej (setki lat), co czyni bardzo użytecznym paleoklimatem z najnowszej historii wskaźnik.
Streszczenie
Proces powstawania magnetytu i greigitu z bakterii magnetotaktycznych oraz powstawanie magnetofosyli jest dobrze poznany, chociaż bardziej szczegółowe zależności, takie jak te między morfologią tych skamieniałości a wpływem na klimat, dostępność składników odżywczych i dostępność środowiska, wymagałyby dalszych badań. Nie zmienia to jednak obietnicy lepszego wglądu w ekologię mikrobiologiczną Ziemi i zmiany geomagnetyczne w dużej skali czasowej, jakie dają magnetofosyle. W przeciwieństwie do niektórych innych metod wykorzystywanych do dostarczania informacji o historii Ziemi, magnetofosamienie normalnie muszą być widoczne w dużych ilościach, aby dostarczyć użytecznych informacji o starożytnej historii Ziemi. Chociaż niższe stężenia mogą opowiedzieć własną historię o nowszej historii paleoklimatycznej, paleośrodowiskowej i paleoekologicznej Ziemi.