Aussonderung der am Meeresboden aufgezeichneten Signale

Schuld daran ist die Plattentektonik. Die Tiefsee bleibt niemals erhalten, sondern geht mit der Zeit verloren, wenn der Meeresboden abgezogen wird. Den Geologen stehen für ihre Studien zur Erdgeschichte meist flachere Gesteine ​​aus der Nähe der Küste zur Verfügung.

„Wir haben nur gute Aufzeichnungen über die Tiefsee aus den letzten etwa 180 Millionen Jahren“, sagte David Fike, Professor für Erd-, Umwelt- und Planetenwissenschaften an der Washington University in St. Louis an der Glassberg/Greensfelder Distinguished University . „Alles andere sind nur Flachwasserablagerungen. Daher ist es wirklich wichtig, die Verzerrung zu verstehen, die auftreten könnte, wenn wir Flachwasserablagerungen betrachten.“

Wissenschaftler wie Fike nutzen unter anderem Ablagerungen vom Meeresboden, um Zeitpläne vergangener ökologischer und umweltbedingter Veränderungen zu rekonstruieren. Forscher sind sehr daran interessiert, wie und wann sich in den Ozeanen und in der Atmosphäre Sauerstoff ansammelte und die Erde dadurch gastfreundlicher für das Leben, wie wir es kennen, machte.

Seit Jahrzehnten verlassen sie sich auf Pyrit, das als „Narrengold“ bekannte Eisensulfidmineral, als empfindliches Aufzeichnungsgerät für die Bedingungen in der Meeresumwelt, in der es entsteht. Durch die Messung der Massenisotopenzusammensetzung von Schwefel in Pyritproben – der relativen Häufigkeit von Schwefelatomen mit leicht unterschiedlicher Masse – haben Wissenschaftler versucht, die frühere mikrobielle Aktivität besser zu verstehen und globale chemische Kreisläufe zu interpretieren.

Aber die Aussichten für Pyrit sind nicht mehr so ​​rosig. In zwei Begleitpapieren, die am 24. November veröffentlicht wurden Wissenschaftzeigen Fike und seine Mitarbeiter, dass Variationen in Pyrit-Schwefel-Isotopen möglicherweise nicht die globalen Prozesse widerspiegeln, die sie zu so beliebten Analysezielen gemacht haben.

Stattdessen zeigt Fikes Forschung, dass Pyrit überwiegend auf lokale Prozesse reagiert, die nicht als repräsentativ für den gesamten Ozean angesehen werden sollten. Ein neuer Mikroanalyseansatz, der an der Washington University entwickelt wurde, half den Forschern, Signale in Pyrit herauszufiltern, die den relativen Einfluss von Mikroben und dem lokalen Klima aufzeigen.

Für die erste Studie arbeitete Fike mit Roger Bryant zusammen, der sein Studium an der Washington University abgeschlossen hatte, um die Verteilung der Pyrit-Schwefel-Isotopenzusammensetzungen auf Kornebene in einer Probe neuerer glazial-interglazialer Sedimente zu untersuchen. Sie entwickelten und nutzten eine hochmoderne Analysetechnik mit dem Sekundärionen-Massenspektrometer (SIMS) in Fikes Labor.

„Wir haben jeden einzelnen Pyritkristall analysiert, den wir finden konnten, und für jeden einzelne Isotopenwerte ermittelt“, sagte Fike. Durch die Betrachtung der Verteilung der Ergebnisse einzelner Körner und nicht der durchschnittlichen (oder Massen-)Ergebnisse zeigten die Wissenschaftler, dass es möglich ist, die Rolle der physikalischen Eigenschaften der Ablagerungsumgebung, wie der Sedimentationsrate und der Porosität, auseinanderzuhalten Sedimente, aus der mikrobiellen Aktivität im Meeresboden.

„Wir fanden heraus, dass die Minima unserer Einzelkorn-Pyritverteilungen weitgehend konstant blieben, selbst wenn sich die Pyrit-Schwefel-Isotope in großen Mengen zwischen Glazialen und Interglazialen stark veränderten“, sagte Bryant. „Dies zeigte uns, dass die mikrobielle Aktivität nicht die Veränderungen in den Pyrit-Schwefel-Isotopen verursachte, und widerlegte eine unserer Haupthypothesen.“

„Mit diesem Rahmen sind wir in der Lage, die unterschiedlichen Rollen von Mikroben und Sedimenten bei der Steuerung der Signale zu untersuchen“, sagte Fike. „Das stellt für mich einen großen Fortschritt dar, wenn es darum geht, zu interpretieren, was in diesen Signalen aufgezeichnet wird.“

In der zweiten Arbeit, die von Itay Halevy vom Weizmann Institute of Science geleitet und von Fike und Bryant gemeinsam verfasst wurde, entwickelten und erforschten die Wissenschaftler ein Computermodell mariner Sedimente, komplett mit mathematischen Darstellungen der Mikroorganismen, die organisches Material abbauen und in Sulfat umwandeln in Sulfid und die Prozesse, die dieses Sulfid in Pyrit einschließen.

„Wir haben herausgefunden, dass Schwankungen in der Isotopenzusammensetzung von Pyrit größtenteils eine Funktion der Ablagerungsumgebung sind, in der sich der Pyrit gebildet hat“, sagte Halevy. Das neue Modell zeigt, dass eine Reihe von Parametern der Sedimentumgebung das Gleichgewicht zwischen Sulfat- und Sulfidverbrauch und -nachschub beeinflussen und dass dieses Gleichgewicht der wichtigste Faktor für die Schwefelisotopenzusammensetzung von Pyrit ist.

„Die Geschwindigkeit der Sedimentablagerung auf dem Meeresboden, der Anteil an organischem Material in diesem Sediment, der Anteil an reaktiven Eisenpartikeln, die Packungsdichte des Sediments, wenn es sich am Meeresboden absetzt – all diese Eigenschaften beeinflussen die Isotopenzusammensetzung von Pyrit auf eine Weise, die wir jetzt verstehen können“, sagte er.

Wichtig ist, dass keine dieser Eigenschaften der Sedimentumgebung eng mit dem globalen Schwefelkreislauf, dem Oxidationszustand des globalen Ozeans oder im Wesentlichen einer anderen Eigenschaft verknüpft ist, die Forscher traditionell mithilfe von Pyrit-Schwefel-Isotopen rekonstruiert haben, sagten die Wissenschaftler.

„Der wirklich aufregende Aspekt dieser neuen Arbeit ist, dass sie uns ein Vorhersagemodell dafür liefert, wie sich unserer Meinung nach andere Pyritaufzeichnungen verhalten sollten“, sagte Fike. „Wenn wir zum Beispiel andere Aufzeichnungen interpretieren können – und besser verstehen, dass sie durch Dinge wie lokale Veränderungen in der Sedimentation und nicht durch globale Parameter über den Sauerstoffgehalt des Ozeans oder die mikrobielle Aktivität bestimmt werden – dann können wir versuchen, diese Daten zu nutzen, um unser Verständnis zu verfeinern.“ der Meeresspiegelveränderung in der Vergangenheit.