Магнитофоссилий
| Часть серии, посвященной |
| Биоминерализация |
|---|
 |
Магнитофоссилии — это ископаемые остатки магнитных частиц, произведенных магнитотактическими бактериями (магнитобактериями) и сохранившиеся в геологической летописи. Самые старые окончательные магнитофоссилии, образовавшиеся из минерала магнетита, происходят из меловых пластов возрастом 1,9 миллиарда лет на юге Англии, в то время как сообщения о магнитофоссилиях, не считающиеся надежными, простираются на Земле до Ганфлинт Черта ; возрастом четыре миллиарда лет они могут включать марсианский метеорит ALH84001 .
Магнитотаксические организмы являются прокариотическими только об одном примере гигантских магнитофоссилий, вероятно, произведенных эукариотическими организмами. , и сообщалось [1] Магнитотактические бактерии, источник магнитофоссилий, представляют собой магнетит (Fe 3 O 4 ) или грейгит (Fe 3 S 4 ), продуцирующие бактерии, обнаруженные как в пресноводной, так и в морской среде. Эти магнитотатические бактерии, содержащие магнетит, встречаются в кислородно -бескислородной переходной зоне, где условия таковы, что уровень кислорода ниже, чем в атмосфере ( микроаэрофильные ). [2] По сравнению с магнитотактическими бактериями, продуцирующими магнетит, и последующими магнитофоссилиями, мало что известно об окружающей среде, в которой создаются магнитофоссилии грейгита, и о магнитных свойствах сохранившихся частиц грейгита.
Существование магнитотаксических бактерий было впервые предложено в 1960-х годах, когда Сальваторе Беллини из Университета Павии обнаружил в болоте бактерии, которые, казалось, выравнивались по линиям магнитного поля Земли . [3] После этого открытия исследователи начали задумываться о влиянии магнитотактических бактерий на летопись окаменелостей и намагниченность осадочных слоев .
Большая часть исследований сосредоточена на морской среде. [4] хотя было высказано предположение, что эти магнитофоссилии можно найти в земных отложениях (полученных из земных источников). [5] Эти магнитофоссилии можно найти во всей осадочной летописи, и, следовательно, на них влияет скорость отложения. Эпизоды высокой седиментации, не коррелирующие с увеличением количества магнитобактерий и, следовательно, производства магнитофоссилий, могут значительно снизить концентрацию магнитофоссилий, хотя это не всегда так. Увеличение седиментации обычно совпадает с усилением эрозии земель и, следовательно, с увеличением содержания железа и поступления питательных веществ.
Намагниченность
[ редактировать ]В магнитотактических бактериях кристаллы магнетита и грейгита биосинтезируются ( биоминерализуются ) в органеллах, называемых магнитосомами . Эти магнитосомы образуют цепочки внутри бактериальной клетки и тем самым обеспечивают организм постоянным магнитным диполем. Организм использует его для геомагнитной навигации, чтобы выравниваться с геомагнитным полем Земли ( магнитотаксис ) и достигать оптимального положения по вертикальным химическим градиентам.
Когда организм умирает, магнитосомы попадают в отложения. При правильных условиях, прежде всего, если окислительно-восстановительные условия правильные, магнетит может окаменеть и, следовательно, сохраниться в осадочной летописи. [5] Окаменение магнетита (магнитофоссилий) в осадках во многом способствует естественной остаточной намагниченности слоев осадочных пород. Естественная остаточная намагниченность — это постоянный магнетизм, сохраняющийся в породе или отложениях после их формирования.
Палеоиндикаторы
[ редактировать ]Магнитотактические бактерии используют железо для создания магнетита в магнитосомах. В результате этого процесса повышение уровня железа коррелирует с увеличением производства магнитотактических бактерий. Повышение уровня железа уже давно связано с гипертермическими явлениями. [6] (период потепления, обычно между 4-8 градусами Цельсия) периоды в истории Земли. Эти гипертермальные явления, такие как палеоцен-эоценовый термический максимум или теплый период голоцена (HWP), стимулировали повышение продуктивности планктонных и бентосных фораминифер. [6] что, в свою очередь, привело к повышению уровня седиментации. Кроме того, повышение температуры (как в ЗЛП) также может быть связано с влажным периодом. Эти теплые и влажные условия были благоприятны для производства магнитофоссилий из-за увеличения поступления питательных веществ в период послеледникового потепления во время HWP. В результате в этот период наблюдается увеличение концентрации магнитофоссилий. Используя это увеличение концентрации, исследователи могут использовать магнитофоссилии как индикатор периода относительно высоких (или низких) температур в истории Земли. Датирование этих пород может предоставить информацию о временном периоде этого изменения климата и может быть сопоставлено с другими скальными образованиями или средами осадконакопления, в которых климат Земли в то время, возможно, не был таким ясным. Старение отложений, растворение или изменение магнетита создают проблемы с проведением полезных измерений, поскольку структурная целостность кристаллов может не сохраниться. [2]
Магнитофоссилии изучаются не только из-за их палеоэкологических или палеоклиматических показателей. Как упоминалось выше, магнитофоссилии сохраняют остаточную намагниченность при формировании. То есть магнетит (или грейгит) выравнивается по направлению геомагнитного поля. Кристаллы магнетита можно рассматривать как простой магнит с северным и южным полюсом, эта ориентация север-юг совпадает с магнитными полюсами Земли север-юг. Эти окаменелости затем погребены в горных породах. Исследователи могут исследовать эти образцы горных пород с помощью остаточного магнитометра , в котором устраняется влияние текущего магнитного поля Земли, чтобы определить остаточную или начальную намагниченность образца горной породы в момент его формирования. Зная ориентацию породы на месте и остаточную намагниченность, исследователи могут определить геомагнитное поле Земли в момент формирования породы. Это можно использовать как индикатор направления магнитного поля или изменения направления магнитного поля Земли. , где северный и южный магнитные полюса Земли меняются (что происходит в среднем каждые 450 000 лет).
Исследовать
[ редактировать ]Существует множество методов обнаружения и измерения магнитофоссилий, хотя есть некоторые проблемы с их идентификацией. Текущие исследования показывают, что микроэлементы, обнаруженные в кристаллах магнетита. [2] Образующиеся у магнитотактических бактерий 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 (ПЭМ). [7] проб из глубоких скважин и ферромагнитного резонанса (ФМР) [8] используют спектроскопию. ФМР-спектроскопия цепочек культивируемых магнитотактических бактерий по сравнению с образцами отложений используется для вывода о сохранении магнитофоссилий в геологических временных рамках. Исследования показывают, что магнитофоссилии сохраняют свою остаточную намагниченность на более глубоких глубинах захоронения, хотя это не полностью подтверждено. Измерения изотермической остаточной намагниченности насыщения (SIRM) методом ФМР в некоторых образцах по сравнению с измерениями ФМР и осадков, проведенными за последние 70 лет, показали, что магнитофоссилии могут сохранять данные о вариациях палеодождей. [9] в более коротком временном масштабе (сотни лет), что делает его очень полезным индикатором палеоклимата новейшей истории. [5]
Краткое содержание
[ редактировать ]Процесс образования магнетита и грейгита из магнитотактических бактерий и образование магнитофоссилий хорошо изучен, хотя более конкретные взаимосвязи, например, между морфологией этих окаменелостей и влиянием на климат, наличием питательных веществ и доступностью окружающей среды, потребуют дополнительных исследований. Однако это не меняет обещаний лучшего понимания микробной экологии Земли. [9] и геомагнитные вариации в большом временном масштабе, представленные магнитофоссилиями. В отличие от некоторых других методов, используемых для получения информации об истории Земли, магнитофоссилии обычно приходится наблюдать в больших количествах, чтобы предоставить полезную информацию о древней истории Земли. Хотя более низкие концентрации могут рассказать свою собственную историю недавней палеоклиматической, палеоэкологической и палеоэкологической истории Земли.
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Чанг, Л.; А. П. Робертс; В. Уильямс; Джей Ди Фитц Джеральд; Х. К. Ларрасоана; Л. Йоване; А. Р. Максуорси (2012). «Гигантские магнитофоссилии и гипертермальные явления» . Письма о Земле и планетологии . 351–352: 258–269. Бибкод : 2012E&PSL.351..258C . дои : 10.1016/j.epsl.2012.07.031 . hdl : 20.500.12468/673 .
- ^ Jump up to: а б с Амор, М.; В. Бузиньи; М. Дюран-Дюблеф; М. Таро; Г. Она-Нгема; А. Гелаберт; Э. Альфандери; Н. Менги; М.Ф. Бенедетти; И. Шебби; Ф. Гайо (2014). «Химическая подпись магнитотактических бактерий» . Труды Национальной академии наук . 112 (6): 1699–1703. Бибкод : 2015PNAS..112.1699A . дои : 10.1073/pnas.1414112112 . ПМЦ 4330721 . ПМИД 25624469 .
- ^ Беллини, Сальваторе (1963). «Об особенностях поведения пресноводных бактерий» (PDF) . Калифорнийский политехнический государственный университет . Архивировано из оригинала (PDF) 27 мая 2010 г.
- ^ Хеслоп, Д.; А. П. Робертс; Л. Чанг; М. Дэвис; А. Абраевич; П. Де Декер (2013). «Количественная оценка вклада магнетита и магнитофоссилий в намагниченность осадочных пород» . Письма о Земле и планетологии . 382 : 58–65. Бибкод : 2013E&PSL.382...58H . дои : 10.1016/j.epsl.2013.09.011 .
- ^ Jump up to: а б с Рейнхольдссон, М.; И. Снежок; Л. Зиллен; К. Ленц; Диджей Конли (2013). «Магнитное усиление сапропелей Балтийского моря грейгитовыми магнитофоссилиями» . Письма о Земле и планетологии . 366 : 137–150. Бибкод : 2013E&PSL.366..137R . дои : 10.1016/j.epsl.2013.01.029 .
- ^ Jump up to: а б Савиан, Дж. Ф.; Л. Йоване; Ф. Фабрицио; РИФ Триндаде; Р. Коччони; С.М. Богатый; П.А. Уилсон; Ф. Флориндо; А. П. Робертс; Р. Катанзарити; Ф. Яковьелло (2013). «Повышение первичной продуктивности и продукции магнитотаксических бактерий в ответ на среднеэоценовое потепление в океане Нео-Тетис» . Палеогеография, Палеоклиматология, Палеоэкология . 414 : 32–45. дои : 10.1016/j.palaeo.2014.08.009 .
- ^ Лю, С.; К. Дэн; Дж. Сяо; Дж. Ли; Г. А. Патерсон; Л. Чанг; Л. Йи; Х. Цинь; Ю. Пан; Р. Чжу (2015). «Биомагнитная реакция, вызванная инсоляцией, на теплый период голоцена в полузасушливой Восточной Азии» . Научные отчеты . 5 (8001): 8001. Бибкод : 2015NatSR...5E8001L . дои : 10.1038/srep08001 . ПМК 4303925 . ПМИД 25614046 .
- ^ Геринг, Австралия; Дж. Вид; М. Шарилау; И. Гарсия-Рубио (2012). «Спектроскопия ферромагнитного резонанса S-диапазона и обнаружение магнитофоссилий» . Журнал интерфейса Королевского общества . 10 (20120790): GP41A–1101. Бибкод : 2012AGUFMGP41A1101G . дои : 10.1098/rsif.2012.0790 . ПМЦ 3565730 . ПМИД 23269847 .
- ^ Jump up to: а б Геринг, Австралия; Дж. Вид; М. Шарилау; И. Гарсия-Рубио (2011). «Обнаружение магнитотактических бактерий и магнитофоссилий методом магнитной анизотропии» . Письма о Земле и планетологии . 309 (1–2): 113–117. Бибкод : 2011E&PSL.309..113G . дои : 10.1016/j.epsl.2011.06.024 .