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. [1] 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 ). [2] 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 . [3] 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 [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 отложений, и поэтому на них влияет скорость осаждения. Эпизоды высокой седиментации, не коррелирующие с увеличением магнитобактерий и, следовательно, производства магнетоископаемых, 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
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. [5] Окаменевание 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 [6] (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 [6], что, в свою очередь, привело к более высоким уровням седиментации. Кроме того, повышение температуры (например, 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 представляют проблемы с обеспечением полезных измерений, поскольку структурная целостность кристаллов может не сохраняться. [2]
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, 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 магнитометре, 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 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 [2], 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) [7] образцов из глубоких скважин и спектроскопия ферромагнитного резонанса (ФМР) [8] . 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 осадков, выполненными за последние 70 лет, показали, что магнитные ископаемые могут сохранять запись изменений палеорападения [9] в более коротком временном масштабе (сотни лет), что делает его очень полезным индикатором палеоклимата новейшей истории. [5]
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 обещаний лучшего понимания микробной экологии Земли [9] 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 поздней палеоклиматической, палеоэкологической и палеоэкологической истории Земли.
Рекомендации
- ↑ Chang, L., AP Roberts, W. Williams, JD Fitz Gerald, JC Larrasoana, L. Jovane и AR Muxworthy (2012). «Гигантские магнето-ископаемые и гипертермические явления» . Письма о Земле и планетологии . 351–352: 258–269. Bibcode : 2012E и PSL.351..258C . DOI : 10.1016 / j.epsl.2012.07.031 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ а б в 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 : 2015PNAS..112.1699A . DOI : 10.1073 / pnas.1414112112 . PMC 4330721 . PMID 25624469 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Беллини, Сальваторе (1963). "Su di un special comportamento di batteri d'acqua dolce" (PDF) . Instituto di Microbiologia dell'Universita di Pavia. Цитировать журнал требует
|journal=
( помощь ) - ^ Д. Хеслоп, А. П. Робертс, Л. Чанг, М. Дэвис, А. Абражевич и П. Де Декер (2013). «Количественная оценка вкладов магнетита в магнетитовые ископаемые в осадочные намагниченности» . Письма о Земле и планетологии . 382 : 58–65. Bibcode : 2013E и PSL.382 ... 58H . DOI : 10.1016 / j.epsl.2013.09.011 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ а б в Райнхольдссон, М., И. Сноуболл, Л. Зиллен, К. Ленц и Д. Конли (2013). «Магнитное усиление сапропелей Балтийского моря грейгитовыми ископаемыми ископаемыми» . Письма о Земле и планетологии . 366 : 137–150. Bibcode : 2013E и PSL.366..137R . DOI : 10.1016 / j.epsl.2013.01.029 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ а б Савиан, Дж. Ф., Л. Джован, Ф. Фабрицио, РИФ Триндади, Р. Коччони, С. М. Бохати, 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. DOI : 10.1016 / j.palaeo.2014.08.009 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Лю С., Ч. Дэн, Дж. Сяо, Дж. Ли, Г. А. Патерсон, Л. Чанг, Л. И, Х. Цинь, Ю. Пань и Р. Чжу (2015). «Инсоляционный биомагнитный ответ на теплый период голоцена в полузасушливой Восточной Азии» . Научные отчеты . 5 (8001): 8001. Bibcode : 2015NatSR ... 5E8001L . DOI : 10.1038 / srep08001 . PMC 4303925 . PMID 25614046 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ Геринг, Австралия, 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 . DOI : 10,1098 / rsif.2012.0790 . PMC 3565730 . PMID 23269847 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
- ^ а б Геринг, Австралия, Дж. Кинд, М. Харилау и И. Гарсия-Рубио (2011). «Обнаружение магнитотактических бактерий и ископаемых с помощью магнитной анизотропии» . Письма о Земле и планетологии . 309 (1–2): 113–117. Bibcode : 2011E и PSL.309..113G . DOI : 10.1016 / j.epsl.2011.06.024 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )