Магнитофоссилий - Magnetofossil
Magnetofossils являются ископаемые остатки магнитных частиц , полученных чувствительный к магнитному полю бактерий (magnetobacteria) и сохранились в геологической записи. Древнейшие однозначные magnetofossils , образованные из минерального магнетита поступают из меловых меловых мест южной Англии, в то время как отчеты magnetofossil, не считаются надежными, распространяется на Земле до 1,9 миллиарда-летнего Gunflint Chert ; они могут включать марсианский метеорит ALH84001 возрастом четыре миллиарда лет .
Магнитотактические организмы являются прокариотами , и сообщалось только об одном примере гигантских магнитофоссилий, вероятно производимых эукариотическими организмами. Магнитотактические бактерии, являющиеся источником магнитофоссилий, представляют собой бактерии-продуценты магнетита (Fe 3 O 4 ) или грейгита (Fe 3 S 4 ), которые встречаются как в пресноводной, так и в морской среде. Эти магнетитосодержащие магнитотатические бактерии встречаются в переходной зоне от кислорода к отравлению, где условия таковы, что уровни кислорода ниже, чем в атмосфере ( микроаэрофильные ). По сравнению с магнетитом, продуцирующим магнитотактические бактерии и последующие магнитоископаемые, 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, совпадали с линиями магнитного поля Земли . После этого открытия исследователи начали думать о влиянии магнитотактических бактерий на летопись окаменелостей и намагниченность осадочных слоев .
Большая часть исследований была сосредоточена на морской среде, хотя было высказано предположение, что эти магнитоокаменелости могут быть найдены в земных отложениях (полученных из наземных источников). Эти ископаемые магнитные ископаемые можно найти по всей записи осадочных пород, и поэтому на них влияет скорость осаждения. Эпизоды высокой седиментации, не коррелирующей 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, с увеличением содержания железа и поступления питательных веществ.
Намагничивание
Внутри магнитотактических бактерий кристаллы магнетита и грейгита биосинтезируются ( биоминерализуются ) в органеллах, называемых магнитосомами . Эти магнитосомы образуют цепочки внутри бактериальной клетки и при этом обеспечивают организм постоянным магнитным диполем. Организм использует его для геомагнитной навигации, чтобы выровняться с геомагнитным полем Земли ( магнитотаксис ) и достичь оптимального положения вдоль вертикальных химических градиентов.
Когда организм умирает, магнитосомы попадают в отложения. При правильных условиях, в первую очередь, при правильных окислительно-восстановительных условиях, магнетит может затем окаменеть и, следовательно, сохраниться в осадочных записях. 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 гипертермическими (периодом потепления, обычно между 4-8 градусами Цельсия) периодами в истории Земли. Эти гипертермические явления, такие как палеоцен-эоценовый термальный максимум или теплый период голоцена (ЗГП), стимулировали повышение продуктивности планктонных и бентосных фораминифер, что, в свою очередь, привело к более высоким уровням седиментации. Кроме 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 послеледникового 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 средами осадконакопления, в которых 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.
Магнитные ископаемые изучаются не только по их палеоэкологическим или палеоклиматическим показателям. Как упоминалось выше, при образовании магнитоокаменелости сохраняют остаточную намагниченность. То есть магнетит (или грейгит) ориентируется в направлении геомагнитного поля. Кристаллы магнетита можно представить как простой магнит с северным и южным полюсами, ориентация север-юг совпадает с северно-южными магнитными полюсами Земли. Эти окаменелости затем закапываются в летописи горных пород. Исследователи могут исследовать эти образцы горных пород в остаточном магнитометре, где устранено влияние 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 то время, когда горная порода образовалась. Это можно использовать как индикатор направления магнитного поля или инверсии магнитного поля Земли, когда северный и южный магнитные полюса Земли меняются (что происходит в среднем каждые 450 000 лет).
Исследовать
Существует множество методов обнаружения и измерения магнитных ископаемых, хотя есть некоторые проблемы с идентификацией. Текущие исследования предполагают, что микроэлементы, обнаруженные в кристаллах магнетита, образованных 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. Используются и другие методы, такие как просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ) образцов из глубоких скважин и спектроскопия ферромагнитного резонанса (ФМР). ФМР-спектроскопия цепочек культивируемых магнитотактических бактерий по сравнению с образцами донных отложений используется для вывода о сохранности магнитных ископаемых в течение геологических периодов времени. Исследования показывают, что магнитоокаменелости сохраняют свою остаточную намагниченность на более глубоких глубинах захоронения, хотя это не полностью подтверждено. Измерения FMR изотермической остаточной намагниченности насыщения (SIRM) в некоторых образцах по сравнению с измерениями FMR и дождевых осадков, выполненными за последние 70 лет, показали, что магнитные ископаемые могут сохранять запись изменений палеорападения в более коротком временном масштабе (сотни лет), создание очень полезного индикатора палеоклимата недавней истории.
Резюме
Процесс образования магнетита и грейгита из магнитотактических бактерий и образования магнето-окаменелостей хорошо изучен, хотя более конкретные взаимосвязи, например, между морфологией этих окаменелостей и влиянием на климат, доступность питательных веществ и доступность окружающей среды, потребуют дополнительных исследований. Однако это не отменяет обещания лучшего понимания микробной экологии Земли и геомагнитных вариаций в большом временном масштабе, представленных магнитными ископаемыми. В отличие от некоторых других методов, используемых для получения информации об истории Земли, магнитоокаменелости обычно необходимо 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.