Маленькие окаменелости на дне океана расскажут о нехватке кислорода
Более 200 образцов современных донных осадков со всего Мирового океана и свыше 4,5 тысячи микроскопических кристаллов магнетита позволили учёным вывести уравнение для расчёта абсолютного содержания кислорода в древних морях. Исследователи изучили так называемые магнитофоссилии — наноразмерные магнитные минералы, оставленные бактериями, — и предложили новый способ заглянуть в историю океанской деоксигенации. Работа опубликована в журнале Geophysical Research Letters.
Почему океан теряет кислород и при чём тут древние бактерии
Антропогенное повышение концентрации углекислого газа в атмосфере меняет глобальные циклы питательных веществ и температуру воды. Следствие — растущий дефицит кислорода в морских глубинах. Современные инструменты позволяют фиксировать изменения циркуляции и реакции морских обитателей, но прогнозировать долгосрочные последствия сложно: учёным не хватает данных о том, как океан в целом отвечал на тёплые эпизоды в прошлом.
Здесь на помощь приходят микроорганизмы. Бактерии, обитающие в верхних сантиметрах морского дна, растят крошечные кристаллы магнетита — фактически природные компасы, помогающие им ориентироваться по магнитному полю Земли. После гибели бактерий эти кристаллы остаются в осадке как магнитофоссилии. По их форме и свойствам можно судить об условиях среды, в которой они сформировались.
Как выглядят бактериальные кристаллы и что они рассказывают
Чтобы расшифровать этот сигнал, команда под руководством Ронга Хуана собрала образцы из разных океанических бассейнов. С помощью просвечивающего электронного микроскопа исследователи скрупулёзно описали формы более чем 4500 зёрен магнетита. Размер каждой частицы — лишь около одной тысячной толщины человеческого волоса, поэтому работа требовала высокой точности.
Выяснилась характерная закономерность. В районах с низким содержанием кислорода в воде преобладали вытянутые пулевидные кристаллы. Там, где кислорода было больше, бактерии чаще выращивали крошечные кубические зёрна. Это различие видно не только под микроскопом, но и по магнитным свойствам образцов — их можно измерять без сложной визуализации.
Пропорция кубических кристаллов растёт по мере увеличения кислорода, и эта зависимость сохраняется в разных температурных и химических условиях океана.
От относительных оценок к абсолютным значениям
Раньше большинство ископаемых маркеров давало лишь относительные сигналы: например, «здесь кислорода было меньше, чем в соседнем слое». Но для понимания климатических перестроек этого недостаточно. Новое уравнение, построенное на калибровке по современным данным, позволяет переводить соотношение форм магнитофоссилий в абсолютную концентрацию кислорода в придонной воде.
Теперь палеоокеанографы могут применять этот метод к древним осадочным породам. В частности, открывается возможность оценить, сколько кислорода достигало глубин океана в периоды более тёплого климата в истории Земли. Это важно для проверки климатических моделей и прогнозирования будущего состояния морей.
Почему метод работает в разных условиях
Ключевой вопрос: не искажают ли зависимость посторонние факторы? Авторы проверили устойчивость закономерности при различных температурах, солёности и уровнях органического углерода. Во всех случаях связь между формой кристаллов и кислородом сохранялась. Это означает, что метод применим к широкому кругу морских обстановок, а не только к современным океанам.
Однако остаются и ограничения. Магнитофоссилии лучше сохраняются в определённых типах осадков, а в зонах сильного перемешивания или интенсивного бактериального разложения они могут видоизменяться. Поэтому метод требует аккуратного применения и контроля за сохранностью образцов.
Открытая дверь в прошлое океана
Новая калибровка — один из немногих количественных инструментов, позволяющих «измерить» кислород в древних морях по естественным магнитным записям. Исследователи надеются, что методика поможет уточнить, насколько сильно океан терял кислород при высокой концентрации CO₂ и какие экосистемы оказывались под угрозой. Полный текст работы доступен в статье Eos.
А что, если подобные биоминералы способны хранить информацию не только о кислороде, но и о других химических параметрах древних морей? Тогда один крошечный кристалл может переписать наши представления о климатической истории планеты.
