Магнетофоссилий - Magnetofossil

Магнетофоссилии являются ископаемое остатки магнитных частиц, образованных магнитотактические бактерии (магнетобактерии) и сохранены в геологический записывать. Самые старые окончательные магнитоокаменелости, образованные из минерала магнетит пришли из Меловой меловые кровати южной Англии, в то время как отчеты о магнитных ископаемых, которые не считаются надежными, распространяются на Землю до 1,9 миллиарда лет назад Gunflint Chert; они включают марсианина, которому четыре миллиарда лет метеорит ALH84001.

Магнитотактические организмы прокариотический Сообщалось только об одном примере гигантских магнитоокаменелостей, вероятно, произведенных эукариотическими организмами.^[1] Магнитотактические бактерии, являющиеся источником магнитофоссилий, представляют собой магнетит (Fe₃О₄) или же Greigite (Fe₃S₄) продуцирующие бактерии, обнаруженные как в пресной, так и в морской среде. Эти магнетитсодержащие магнитотатические бактерии обнаружены в ядовитый -аноксическая переходная зона, в которой условия таковы, что уровень кислорода ниже, чем в атмосфере (микроаэрофильный ).^[2] По сравнению с магнетитом, продуцирующим магнитотактические бактерии и последующие магнитофоссилиалы, мало что известно об окружающей среде, в которой создаются магнитоископаемые грейгиты, и о магнитных свойствах сохранившихся частиц грейгита.

О существовании магнитотактических бактерий впервые предположили в 1960-х годах, когда Сальваторе Беллини из Университета Павии обнаружил бактерии в болоте, которые, казалось, соответствовали друг другу. силовые линии магнитного поля Земли.^[3] После этого открытия исследователи начали думать о влиянии магнитотактических бактерий на летопись окаменелостей и намагниченность осадочные слои.

Большинство исследований сосредоточено на морской среде,^[4] хотя было высказано предположение, что эти магнитоокаменелости могут быть найдены в земных отложениях (полученных из наземных источников).^[5] Эти магнитоокаменелости можно найти по всей записи осадочных пород, поэтому на них влияет скорость осаждения. Эпизоды высокой седиментации, не коррелирующие с увеличением магнитобактериальных и, следовательно, производства магнетофоссилий, могут значительно снизить концентрацию магнетофоссилий, хотя это не всегда так. Увеличение осадконакопления обычно совпадает с увеличением эрозии земель и, следовательно, увеличением содержания железа и поступления питательных веществ.

Намагничивание

Магнитоспириллы с цепочками магнитосом, слабо видимыми в виде черных линий внутри организма.

Внутри магнитотактических бактерий происходит биосинтез кристаллов магнетита и грейгита (биоминерализованный ) внутри органелл, называемых магнитосомы. Эти магнитосомы образуют цепочки внутри бактериальной клетки и при этом обеспечивают организм постоянным магнитным диполем. Организм использует его для геомагнитной навигации, чтобы согласовать себя с геомагнитным полем Земли (магнитотаксис ) и для достижения оптимального положения по вертикальным химическим градиентам.

Когда организм умирает, магнитосомы попадают в отложения. При правильных условиях, прежде всего, если редокс При правильных условиях магнетит может быть окаменелым и, следовательно, сохранен в осадочных записях.^[5] Окаменение магнетита (магнитоокаменелостей) в отложениях в значительной степени способствует естественной остаточной намагниченности слоев отложений. Естественная остаточная намагниченность - это постоянный магнетизм, остающийся в породе или осадке после их образования.

Палеоиндикаторы

Магнитотактические бактерии используют железо для создания магнетита в магнитосомах. В результате этого процесса повышенный уровень железа коррелирует с увеличением производства магнитотактических бактерий. Повышение уровня железа долгое время ассоциировалось с гипертермией.^[6] (период потепления, обычно между 4-8 градусами Цельсия) периоды в истории Земли. Эти гипертермические явления, такие как Палеоцен-эоценовый термальный максимум или Теплый период голоцена (HWP), стимулировал повышение продуктивности планктонных и бентосных фораминифер,^[6] что, в свою очередь, привело к более высокому уровню седиментации. Более того, повышение температуры (как в HWP) также может быть связано с влажным периодом. Эти теплые и влажные условия были благоприятными для производства ископаемых из-за увеличения поступления питательных веществ в период постледникового потепления во время ЗПМ. В результате в этот период наблюдается увеличение концентрации ископаемых магнетиков. Используя это увеличение концентрации, исследователи могут использовать ископаемые ископаемые в качестве индикатора периода относительно высоких (или низких) температур в истории Земли. Датирование этих горных пород может предоставить информацию о временном периоде этого изменения климата и может быть сопоставлено с другими горными образованиями или осадочные среды в котором климат Земли в то время мог быть не таким ясным. Старение осадка и растворение или изменение магнетита создают проблемы с получением полезных измерений, поскольку структурная целостность кристаллов может не сохраняться.^[2]

Магнитные ископаемые изучаются не только на предмет их палеоэкологических или палеоклиматических показателей. Как упоминалось выше, при образовании магнитоокаменелости сохраняют остаточную намагниченность. То есть магнетит (или грейгит) ориентируется в направлении геомагнитного поля. Кристаллы магнетита можно рассматривать как простой магнит с северным и южным полюсами, эта ориентация север-юг совпадает с магнитными полюсами север-юг Земли. Эти окаменелости затем закапываются в летописи горных пород. Исследователи могут исследовать эти образцы горных пород в остаточном магнитометр где устранены эффекты текущего магнитного поля Земли, чтобы определить остаточную или начальную намагниченность образца породы, когда он был сформирован. Зная ориентацию породы на месте и остаточную намагниченность, исследователи могут определить геомагнитное поле Земли в момент образования породы. Это может использоваться как индикатор направления магнитного поля, или инверсии магнитного поля Земли, где происходит переключение северного и южного магнитных полюсов Земли (что происходит в среднем каждые 450 000 лет).

Исследование

Существует множество методов обнаружения и измерения магнитных ископаемых, хотя есть некоторые проблемы с идентификацией. Текущие исследования показывают, что микроэлементы, обнаруженные в кристаллах магнетита^[2] образующиеся в магнитотактических бактериях отличаются от кристаллов, образованных другими методами. Также было высказано предположение, что включение кальция и стронция можно использовать для идентификации магнетита, полученного из магнитотактических бактерий. Другие методы, такие как просвечивающая электронная микроскопия (ТЕА)^[7] проб из глубоких скважин и ферромагнитный резонанс (FMR)^[8] спектроскопия. ФМР-спектроскопия цепочек культивируемых магнитотактических бактерий по сравнению с образцами донных отложений используется для вывода о сохранности ископаемых в течение геологического времени. Исследования показывают, что магнитоокаменелости сохраняют свою остаточную намагниченность на более глубоких глубинах захоронения, хотя это не полностью подтверждено. ФМР измерения изотермического насыщения остаточная намагниченность (SIRM) в некоторых образцах, по сравнению с измерениями FMR и осадков, сделанными за последние 70 лет, показали, что магнитоокаменелости могут сохранять запись изменений палеорападения.^[9] в более коротком масштабе времени (сотни лет), что делает его очень полезным индикатором палеоклимата новейшей истории.^[5]

Резюме

Процесс образования магнетита и грейгита из магнитотактических бактерий и образования магнитоископаемых хорошо изучен, хотя более конкретные взаимосвязи, такие как между морфологией этих окаменелостей и влиянием на климат, доступность питательных веществ и доступность окружающей среды, потребуют дополнительных исследований. Однако это не отменяет обещаний о лучшем понимании микробной экологии Земли.^[9] и геомагнитные вариации в большом временном масштабе, представленные магнитными ископаемыми. В отличие от некоторых других методов, используемых для получения информации об истории Земли, магнитные ископаемые, как правило, приходится видеть в большом количестве, чтобы получить полезную информацию о древней истории Земли. Хотя более низкие концентрации могут рассказать свою собственную историю о более позднем палеоклимате, палеоэкологической и палеоэкологической истории Земли.

Рекомендации

1. Чанг, Л., А.П. Робертс, У. Уильямс, Дж. Д. Фитц Джеральд, Дж. К. Ларрасоана, Л. Джовейн и А.Р. Muxworthy (2012). «Гигантские магнетофоссилии и гипертермические явления». Письма по науке о Земле и планетах. 351–352: 258–269. Bibcode:2012E и PSL.351..258C. Дои:10.1016 / j.epsl.2012.07.031.
2. Амор М., В. Бусиньи, М. Дюран-Дублеф, М. Тарауд, Г. Она-Нгема, А. Гелаберт, Э. Альфандери, Н. Менгуи, М.Ф. Бенедетти, И. Чебби и Ф. Гайо (2014). «Химическая подпись магнитотактических бактерий». Труды Национальной академии наук. 112 (6): 1699–1703. Bibcode:2015ПНАС..112.1699А. Дои:10.1073 / pnas.1414112112. ЧВК  4330721. PMID  25624469.
3. Беллини, Сальваторе (1963). "Su di un specialolare comportamento di batteri d'acqua dolce" (PDF). Instituto di Microbiologia dell'Universita di Pavia.
4. Хеслоп, Д., А.П. Робертс, Л. Чанг, М. Дэвис, А. Абражевич и П. Де Деккер (2013). «Количественная оценка вклада магнетита и ископаемых ископаемых в осадочную намагниченность». Письма по науке о Земле и планетах. 382: 58–65. Bibcode:2013E и PSL.382 ... 58H. Дои:10.1016 / j.epsl.2013.09.011.
5. Райнхольдссон, М., И. Сноуболл, Л. Зиллен, К. Ленц и Д.Дж. Конли (2013). «Магнитное усиление сапропелей Балтийского моря грейгитовыми ископаемыми останками». Письма по науке о Земле и планетах. 366: 137–150. Bibcode:2013E и PSL.366..137R. Дои:10.1016 / j.epsl.2013.01.029.
6. Савиан, Дж. Ф., Л. Йоване, Ф. Фабрицио, Р. И. Ф. Триндади, Р. Коччони, С.М. Богаты, П.А. Уилсон, Ф. Флориндо, А. П. Робертс, Р. Катанзарити и Ф. Яковьелло (2013). «Повышение первичной продуктивности и продукции магнитотактических бактерий в ответ на потепление среднего эоцена в океане Нео-Тетис». Палеогеография, палеоклиматология, палеоэкология. 414: 32–45. Дои:10.1016 / j.palaeo.2014.08.009.
7. Лю С., Ч. Дэн, Дж. Сяо, Дж. Ли, Г.А. Патерсон, Л. Чанг, Л. И, Х. Цинь, Ю. Пан и Р. Чжу (2015). «Биомагнитный отклик, вызванный инсоляцией, на теплый период голоцена в полузасушливой Восточной Азии». Научные отчеты. 5 (8001): 8001. Bibcode:2015НатСР ... 5Э8001Л. Дои:10.1038 / srep08001. ЧВК  4303925. PMID  25614046.
8. Геринг, А.У., Дж. Кинд, М. Харилау и И. Гарсия-Рубио (2012). «Спектроскопия ферромагнитного резонанса в S-диапазоне и обнаружение магнитных ископаемых». Журнал интерфейса Королевского общества. 10 (20120790): GP41A – 1101. Bibcode:2012AGUFMGP41A1101G. Дои:10.1098 / rsif.2012.0790. ЧВК  3565730. PMID  23269847.
9. Геринг, А.У., Дж. Кинд, М. Харилау и И. Гарсия-Рубио (2011). «Обнаружение магнитотактических бактерий и магнитофоссилий с помощью магнитной анизотропии». Письма по науке о Земле и планетах. 309 (1–2): 113–117. Bibcode:2011E и PSL.309..113G. Дои:10.1016 / j.epsl.2011.06.024.