Magnetofosilní - Magnetofossil

Magnetofosílie jsou fosilní zbytky magnetických částic produkovaných magnetotaktické bakterie (magnetobakterie) a konzervované v geologické záznam. Nejstarší definitivní magnetofosílie vytvořené z minerálu magnetit pocházejí z Křídový křídové postele jižní Anglie, zatímco magnetofosilní zprávy, které nejsou považovány za robustní, se na Zemi rozšířily na 1,9 miliardy let staré Gunflint Chert; patří mezi ně čtyři miliardy let starý Marťan meteorit ALH84001.

Magnetotaktické organismy jsou prokaryotický, s pouze jedním příkladem obřích magnetofosil, pravděpodobně produkovaných eukaryotickými organismy, který byl popsán.[1] Magnetotaktické bakterie, zdroj magnetofosilií, jsou magnetit (Fe3Ó4) nebo greigit (Fe3S4) produkující bakterie nacházející se ve sladkovodním i mořském prostředí. Tyto magnetitatické bakterie nesoucí magnetit se nacházejí v oxic -anoxická přechodová zóna, kde jsou takové podmínky, že hladiny kyslíku jsou nižší než ty, které se nacházejí v atmosféře (mikroaerofilní ).[2] Ve srovnání s magnetitem produkujícími magnetotaktické bakterie a následnými magnetofosiliemi je známo málo o prostředích, ve kterých se vytvářejí greigitové magnetofosílie, a magnetických vlastnostech zachovaných částic greigitu.

Existence magnetotaktických bakterií byla poprvé navržena v šedesátých letech minulého století, kdy Salvatore Bellini z University of Pavia objevil bakterie v bažině, která se zdála sladit s čáry magnetického pole Země.[3] V návaznosti na tento objev začali vědci uvažovat o vlivu magnetotaktických bakterií na fosilní záznam a magnetizaci sedimentární vrstvy.

Většina výzkumu se soustředila na mořské prostředí,[4] ačkoli to bylo navrhl, že tyto magnetofosílie lze nalézt v suchozemských sedimentech (odvozených z pozemských zdrojů).[5] Tyto magnetofosílie lze nalézt v celém sedimentárním záznamu, a proto jsou ovlivňovány rychlostí depozice. Epizody vysoké sedimentace, které nekorelují se zvýšením magnetobakterií a tím i produkce magnetofosilií, mohou výrazně snížit koncentrace magnetofosílií, i když tomu tak není vždy. Zvýšení sedimentace se obvykle shoduje se zvýšením eroze půdy, a tedy se zvýšením množství železa a přísunu živin.

Magnetizace

Magnetospirilli s řetězci magnetosomu slabě viditelnými jako černé čáry v organismu.

V magnetotaktických bakteriích jsou biosyntetizovány krystaly magnetitu a greigitu (biomineralizováno ) v rámci organel zvaných magnetosomy. Tyto magnetosomy tvoří řetězce v bakteriální buňce a poskytují tak organismu permanentní magnetický dipól. Organismus jej používá pro geomagnetickou navigaci, aby se přizpůsobil geomagnetickému poli Země (magnetotaxe ) a k dosažení optimální polohy podél vertikálních chemických gradientů.

Když organismus zemře, magnetosomy se zachytí v sedimentech. Za správných podmínek, zejména pokud redox podmínky jsou správné, magnetit může být poté zkameněn, a proto uložen v sedimentárním záznamu.[5] Fosilizace magnetitu (magnetofosílie) v sedimentech do značné míry přispívá k přirozené remanentní magnetizaci vrstev sedimentu. Přirozená remanentní magnetizace je permanentní magnetismus, který zůstává ve skále nebo sedimentu poté, co se vytvořil.

Paleoindikátory

Magnetotaktické bakterie používají železo k vytvoření magnetitu v magnetosomech. Výsledkem tohoto procesu je, že zvýšené hladiny železa korelují se zvýšenou produkcí magnetotaktických bakterií. Zvýšení hladiny železa bylo dlouho spojováno s hypertermií[6] (období oteplování, obvykle mezi 4–8 stupni Celsia) období v historii Země. Tyto hypertermické události, jako je Palaeocen-Eocene Thermal Maximum nebo Teplé období holocénu (HWP), stimulovalo zvýšení produktivity v planktonických a bentických foraminiferech,[6] což mělo za následek vyšší úroveň sedimentace. Kromě toho může být zvýšení teploty (jako u HWP) také spojeno s obdobím mokra. Tyto teplé a mokré podmínky byly příznivé pro produkci magnetofosilních materiálů díky zvýšenému přísunu živin v období po glaciálním oteplování během HWP. Výsledkem je, že toto období ukazuje zvýšení koncentrace magnetofosilií. Pomocí tohoto zvýšení koncentrace mohou vědci použít magnetofosílie jako indikátor období relativně vysokých (nebo nízkých) teplot v historii Země. Datování těchto hornin může poskytnout informace o časovém období této změny klimatu a může být korelováno s jinými skalními útvary nebo depoziční prostředí ve kterém zemské klima v té době možná nebylo tak jasné. Stárnutí sedimentu a rozpouštění nebo změna magnetitu představují problémy s poskytováním užitečných měření, protože strukturální integrita krystalů nemusí být zachována.[2]

Magnetofosílie nejsou studovány pouze pro jejich paleoenvironmentální nebo paleoklimatické ukazatele. Jak již bylo zmíněno výše, magnetofosílie udržují remanentní magnetizaci, když jsou vytvořeny. To znamená, že magnetit (nebo greigit) se vyrovná ve směru geomagnetického pole. O magnetitových krystalech lze uvažovat jako o jednoduchém magnetu se severním a jižním pólem, tato severojižní orientace je v souladu se severojižními magnetickými póly Země. Tyto fosilie jsou poté pohřbeny ve skalním záznamu. Vědci mohou tyto vzorky hornin zkoumat remanentně magnetometr kde jsou odstraněny účinky současného magnetického pole Země, aby se určila remanentní nebo počáteční magnetizace vzorku horniny, když byl vytvořen. Při znalosti orientace horniny in-situ a remanentní magnetizace mohou vědci určit geomagnetické pole Země v době vzniku horniny. To lze použít jako indikátor směru magnetického pole, nebo zvraty v magnetickém poli Země, kde se mění severní a jižní magnetický pól Země (k čemuž dochází v průměru každých 450 000 let).

Výzkum

Existuje mnoho metod pro detekci a měření magnetofosilií, i když s identifikací existují určité problémy. Současný výzkum naznačuje, že stopové prvky nacházející se v krystalech magnetitu[2] vytvořené v magnetotaktických bakteriích se liší od krystalů vytvořených jinými metodami. Rovněž bylo navrženo, že k identifikaci magnetitu odvozeného z magnetotaktických bakterií lze použít začlenění vápníku a stroncia. Jiné metody jako např transmisní elektronová mikroskopie (TEM)[7] vzorků z hlubokých vrtů a feromagnetická rezonance (FMR)[8] používá se spektroskopie. FMR spektroskopie řetězců kultivovaných magnetotaktických bakterií ve srovnání se vzorky sedimentu se používá k odvození konzervace magnetofosilií v geologických časových rámcích. Výzkum naznačuje, že magnetofosílie si zachovávají svou remanentní magnetizaci v hlubších hloubkách pohřbu, i když to není zcela potvrzeno. FMR měření saturace izotermické remanentní magnetizace (SIRM) v některých vzorcích, ve srovnání s FMR a měřením srážek provedeným za posledních 70 let, ukázaly, že magnetofosílie si mohou uchovat záznam variace paleorainfall[9] v kratším časovém měřítku (stovky let), což je velmi užitečný paleoklimatický indikátor nedávné historie.[5]

souhrn

Proces tvorby magnetitu a greigitu z magnetotaktických bakterií a tvorba magnetofosilií jsou dobře známy, ačkoli konkrétnější vztahy, jako jsou vztahy mezi morfologií těchto fosilií a účinkem na klima, dostupnost živin a dostupnost životního prostředí, by vyžadovaly další výzkum. To však nic nemění na příslibu lepšího vhledu do mikrobiální ekologie Země[9] a geomagnetické variace ve velkém časovém měřítku prezentované magnetofosiliemi. Na rozdíl od některých jiných metod používaných k poskytování informací o historii Země musí být magnetofosílie běžně vidět ve velkém množství, aby poskytly užitečné informace o dávné historii Země. I když nižší koncentrace mohou vyprávět svůj vlastní příběh o novějších paleoklimatických, paleoenvironmentálních a paleoekologických dějinách Země.

Reference

  1. ^ Chang, L., A. Roberts, W. Williams, J. D. Fitz Gerald, J. C. Larrasoana, L. Jovane a A.R. Muxworthy (2012). „Obří magnetofosílie a hypertermální události“. Dopisy o Zemi a planetách. 351–352: 258–269. Bibcode:2012E & PSL.351..258C. doi:10.1016 / j.epsl.2012.07.031.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  2. ^ A b C Amor, M., V. Busigny, M. Durand-Dublef, M. Tharaud, G. Ona-Nguema, A. Gelabert, E. Alphandery, N. Menguy, M.F. Benedetti, I. Chebbi a F. Guyot (2014). "Chemický podpis magnetotaktických bakterií". Sborník Národní akademie věd. 112 (6): 1699–1703. Bibcode:2015PNAS..112.1699A. doi:10.1073 / pnas.1414112112. PMC  4330721. PMID  25624469.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  3. ^ Bellini, Salvatore (1963). „Su di un particolare comportamento di batteri d'acqua dolce“ (PDF). Instituto di Microbiologia dell'Universita di Pavia. Citovat deník vyžaduje | deník = (Pomoc)
  4. ^ Heslop, D., A. P. Roberts, L. Chang, M. Davies, A. Abrajevitch a P. De Decker (2013). „Kvantifikace magnetitových magnetofosilních příspěvků k sedimentární magnetizaci“. Dopisy o Zemi a planetách. 382: 58–65. Bibcode:2013E & PSL.382 ... 58H. doi:10.1016 / j.epsl.2013.09.011.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  5. ^ A b C Reinholdsson, M., I. Snowball, L. Zillen, C. Lenz a D.J. Conley (2013). „Magnetické vylepšení sapropelů v Baltském moři pomocí greigitových magnetofosilií“. Dopisy o Zemi a planetách. 366: 137–150. Bibcode:2013E & PSL.366..137R. doi:10.1016 / j.epsl.2013.01.029.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  6. ^ A b Savian, J.F., L. Jovane, F. Fabrizio, R.I.F. Trindade, R. Coccioni, S.M. Bohaty, P.A. Wilson, F. Florindo, A. P. Roberts, R. Catanzariti a F. Iacoviello (2013). „Zvýšená primární produktivita a produkce magnetotaktických bakterií v reakci na střední oteplování eocénu v oceánu Neo-Tethys“. Paleogeografie, paleoklimatologie, paleoekologie. 414: 32–45. doi:10.1016 / j.palaeo.2014.08.009.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  7. ^ Liu, S., C. Deng, J. Xiao, J. Li, G.A. Paterson, L. Chang, L. Yi, H. Qin, Y. Pan a R. Zhu (2015). „Biomagnetická odezva řízená slunečním zářením na holocénové teplé období v polosuché východní Asii“. Vědecké zprávy. 5 (8001): 8001. Bibcode:2015NatSR ... 5E8001L. doi:10.1038 / srep08001. PMC  4303925. PMID  25614046.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  8. ^ Gehring, A.U., J. Kind, M. Charilaou a I. Garcia-Rubio (2012). „Spektroskopie feromagnetické rezonance v pásmu S a detekce magnetofosilií“. Journal of the Royal Society Interface. 10 (20120790): GP41A – 1101. Bibcode:2012AGUFMGP41A1101G. doi:10.1098 / rsif.2012.0790. PMC  3565730. PMID  23269847.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)
  9. ^ A b Gehring, A.U., J. Kind, M. Charilaou a I. Garcia-Rubio (2011). „Detekce magnetotaktických bakterií a magnetofosilií pomocí magnetické anizotropie“. Dopisy o Zemi a planetách. 309 (1–2): 113–117. Bibcode:2011E & PSL.309..113G. doi:10.1016 / j.epsl.2011.06.024.CS1 maint: používá parametr autoři (odkaz)