Magnetofossil - Magnetofossil
Magnetofossiler er de fossile restene av magnetiske partikler produsert av magnetotaktiske bakterier (magnetobakterier) og bevart i den geologiske opptegnelsen. De eldste definitive magnetofossils dannet av mineralet magnetitt kommer fra kritt kritt senger i det sørlige England, mens magnetofossil rapporter, ikke anses å være robust, utvide på jorden til 1,9 milliarder år gamle Gunflint Chert ; de kan inkludere den fire milliarder år gamle Mars- meteoritten ALH84001 .
Magnetotaktiske organismer er prokaryote , med bare ett eksempel på gigantiske magnetofossiler, sannsynligvis produsert av eukaryote organismer, etter å ha blitt rapportert. Magnetotaktiske bakterier, kilden til magnetofossilene, er magnetitt (Fe 3 O 4 ) eller greigitt (Fe 3 S 4 ) som produserer bakterier som finnes i både ferskvann og marine miljøer. Disse magnetittbærende magnetotatiske bakteriene finnes i den oksisk -anoksiske overgangssonen der forholdene er slik at oksygennivået er lavere enn det som finnes i atmosfæren ( mikroaerofilt ). Sammenlignet med magnetittproduserende magnetotaktiske bakterier og påfølgende magnetofossiler, er lite kjent om miljøene der greigittmagnetofossiler opprettes og de magnetiske egenskapene til de bevarte greigittpartiklene.
Eksistensen av magnetotaktiske bakterier ble først antydet på 1960 -tallet, da Salvatore Bellini ved University of Pavia oppdaget bakterier i en myr som så ut til å samkjøre seg med jordens magnetfeltlinjer . Etter denne oppdagelsen begynte forskerne å tenke på effekten av magnetotaktiske bakterier på fossilregistrering og magnetisering av sedimentære lag .
Mesteparten av forskningen konsentrerte seg om marine miljøer, selv om det har blitt antydet at disse magnetofossilene kan finnes i terrestriske sedimenter (avledet fra terrestriske kilder). Disse magnetofossilene kan bli funnet gjennom sedimentærregisteret, og påvirkes derfor av avsetningshastigheten. Episoder med høy sedimentering, som ikke korrelerer med en økning i magnetobakteriell og dermed magnetofossilproduksjon, kan redusere magnetofossilkonsentrasjonene enormt, selv om dette ikke alltid er tilfelle. En økning i sedimentering sammenfaller normalt med en økning i jorderosjon, og derfor en økning i jernmengde og næringstilførsel.
Magnetisering
Innen de magnetotaktiske bakteriene blir magnetitt og greigittkrystaller biosyntetisert ( biomineralisert ) i organeller som kalles magnetosomer . Disse magnetosomene danner kjeder i bakteriecellen, og gir organismen en permanent magnetisk dipol. Organismen bruker den til geomagnetisk navigasjon, for å justere seg med jordens geomagnetiske felt ( magnetotaxis ) og for å nå den optimale posisjonen langs vertikale kjemiske gradienter.
Når en organisme dør, blir magnetosomene fanget i sedimenter. Under de riktige forholdene, først og fremst hvis redoksforholdene er riktige, kan magnetitten deretter fossiliseres og derfor lagres i sedimentregisteret. Fossiliseringen av magnetitten (magnetofossiler) i sedimenter bidrar i stor grad til den naturlige remanente magnetiseringen av sedimentlagene. Den naturlige remanente magnetiseringen er den permanente magnetismen som er igjen i en stein eller et sediment etter at den har dannet seg.
Paleoindikatorer
Magnetotaktiske bakterier bruker jern for å lage magnetitt i magnetosomer. Som et resultat av denne prosessen korrelerer økte jernnivåer med økt produksjon av magnetotaktiske bakterier. Økninger i jernnivåer har lenge vært forbundet med hypertermale (oppvarmingsperioder, vanligvis mellom 4-8 grader Celsius) i jordens historie. Disse hypertermale hendelsene, for eksempel Palaeocene-Eocene Thermal Maximum eller Holocene Warm Period (HWP), stimulerte til økt produktivitet i planktoniske og bentiske foraminifera, noe som igjen resulterte i høyere sedimenteringsnivåer. Videre kan en økning i temperaturen (som den i HWP) også være forbundet med en våt periode. Disse varme og våte forholdene var gunstige for magnetofossilproduksjon på grunn av økt tilførsel av næringsstoffer i en periode med oppvarming etter istiden under HWP. Som et resultat viser denne perioden en økning i magnetofossilkonsentrasjonen. Ved å bruke denne økningen i konsentrasjon kan forskere bruke magnetofossiler som en indikator på en periode med relativt høye (eller lave) temperaturer i Jordens historie. Datering av disse bergartene kan gi informasjon om tidsperioden for disse klimaendringene og kan være korrelert til andre fjellformasjoner eller avsetningsmiljøer der jordens klima på den tiden kanskje ikke var like klart. Sedimentaldring og oppløsning eller endring av magnetitt gir problemer med å tilveiebringe nyttige målinger ettersom krystallers strukturelle integritet ikke kan bevares.
Magnetofossiler blir ikke bare studert for sine paleomiljø- eller paleoklimatiske indikatorer. Som nevnt ovenfor holder magnetofossiler en remanent magnetisering når de dannes. Det vil si at magnetitten (eller greigitten) justeres i retning av det geomagnetiske feltet. Magnetittkrystallene kan tenkes som en enkel magnet med en nord- og sørpol, denne nord -sør -orienteringen er i tråd med de nord -sør -magnetiske polene på jorden. Disse fossilene blir deretter begravet i steinrekorden. Forskere kan undersøke disse steinprøvene i et remanent magnetometer hvor virkningene av Jordens nåværende magnetfelt fjernes, for å bestemme remanent eller innledende magnetisering av steinprøven da den ble dannet. Ved å kjenne orienteringen til bergarten in-situ og remanent magnetisering, kan forskere bestemme jordens geomagnetiske felt på det tidspunkt bergarten ble dannet. Dette kan brukes som en indikator på magnetfeltretning, eller reverseringer i jordens magnetfelt , der jordens nordlige og sørlige magnetiske poler bytter (som skjer i gjennomsnitt hvert 450 000 år).
Forskning
Det er mange metoder for å oppdage og måle magnetofossiler, selv om det er noen problemer med identifiseringen. Gjeldende forskning tyder på at sporelementene som finnes i magnetittkrystallene dannet i magnetotaktiske bakterier, skiller seg fra krystaller dannet ved andre metoder. Det har også blitt foreslått at inkorporering av kalsium og strontium kan brukes til å identifisere magnetitt utledet fra magnetotaktiske bakterier. Andre metoder som transmisjonselektronmikroskopi (TEM) av prøver fra dype borehull og ferromagnetisk resonans (FMR) spektroskopi blir brukt. FMR -spektroskopi av kjeder av dyrkede magnetotaktiske bakterier sammenlignet med sedimentprøver blir brukt til å utlede magnetofossilkonservering over geologiske tidsrammer. Forskning tyder på at magnetofossiler beholder sin restmagnetisering på dypere gravdyp, selv om dette ikke er helt bekreftet. FMR-målinger av metning isoterm remanent magnetisering (SIRM) i noen prøver, sammenlignet med FMR og nedbørsmålinger tatt de siste 70 årene, har vist at magnetofossiler kan beholde en rekord med paleorainfall-variasjoner på en kortere tidsskala (hundrevis av år), å lage en veldig nyttig nyere paleoklimaindikator.
Sammendrag
Prosessen med magnetitt- og greigittdannelse fra magnetotaktiske bakterier og dannelse av magnetofossiler er godt forstått, selv om de mer spesifikke forholdene, som dem mellom morfologien til disse fossilene og virkningen på klimaet, tilgjengelighet av næringsstoffer og tilgjengelighet på miljøet vil kreve mer forskning. Dette endrer imidlertid ikke løftet om bedre innsikt i jordens mikrobielle økologi og geomagnetiske variasjoner over en stor tidsskala presentert av magnetofossiler. I motsetning til noen andre metoder som brukes til å gi informasjon om Jordens historie, må magnetofossiler normalt sees i store mengder for å gi nyttig informasjon om Jordens eldgamle historie. Selv om lavere konsentrasjoner kan fortelle sin egen historie om Jordens nyere paleoklima, paleomiljømessige og paleoøkologiske historie.