麻省理工“造出”远古矿物白云石!

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当谈到在地质历史上留下持久的印象时,媒介起着至关重要的作用,特别是在古代的海洋中。在太古代(4000-2,500万年前)和元古代(250-514百万年前),大气和海洋中的氧含量远低于今天,沉积岩矿物保留了生物活动的特征。微生物群落创造的精细结构形式。

这件作品决定了晶体结构的形成。越有序,晶粒越细,保存越好。了解并更好地复制这些古老矿物的生长可以提供有关地球过去环境以及生物体如何发育和表现的信息。

到目前为止,已证明其中一种含化石的岩石难以在实验室中复制。麻省理工学院(MIT)和普林斯顿大学的研究人员发现了一种模拟实验室中古代地球的一部分的方法,它复制了这些耐候的信息携带矿物白云石。白云石的形成长期困扰着科学家。白云石是一种与石灰石密切相关的矿物,可以用石灰石生产,石灰石在过去无处不在;然而,研究人员很少在现代环境中找到它。虽然它是由海水中常见的成分产生的,但是存在物理和动力学障碍,阻止碳酸钙(CO3-2)离子形成具有交替的钙和镁中心原子的白云石层。

在厌氧微生物下,形成微粒白云石。照片:Lauren Hinkel

此外,该研究报告说,原始白云石(一种只有在非常咸的现代环境中出现的具有无序晶体结构的岩石)不能保持与其更有序的兄弟相同的精细微生物结构。为了找到古代生活和古代过程的证据,必须研究微生物结构。这是信息的所在。麻省理工学院地球,大气和行星科学系副教授Tanja Bosak表示,一些信息以细粒白云石的形式保存,几乎随着微生物的生长而沉淀。该团队利用实验地球生物学探索微生物系统中的现代生物地球化学和沉积过程,并解释早期地球的生命记录。

形成白云石没有明确的方法。该研究结果发表在《地质学报告》上,这是有序白云岩的第一次形成。已经发现捕获这些纹理的钌可以是厌氧,硫代谢的生物膜,锰离子中的光合微生物,海水,光和厌氧环境。该研究的共同作者是前EAPS博士后Mirna Daye和普林斯顿大学副教授John Higgins。

自18世纪意大利北部白云岩首次发现白云岩以来,科学家一直在形成白云岩,为什么现代有如此多的古白云岩,这种矿物质如此混乱和迷茫。这个问题被称为“白云岩问题”。科学家发现,形成现代白云石有两种主要方式:当浅层和高盐海水被加热时,当石灰石遇到富含镁的水时,它会像海水侵入的礁石一样沉淀。然而,这两种方法都产生大量晶体,掩盖了许多生物信息。然而,在现代海水中,文石和方解石(碳酸钙的不同晶体结构)比白云石更容易沉淀。

如果烧杯中的海水被加热到很高的温度,制造白云石并不困难,但在地球表面的温度和压力下,你永远不会得到白云石。镁很难进入矿物质,不希望进入晶格。这只是整体情况的一部分。此外,这些机制并没有解释在保存这些结构的太古代和元古代时期看到的矿物变化(锰或富含铁的白云石)。可以看出,海水相对于白云石是饱和的,但是(但)没有形成,因此存在一些动力学障碍。直到20世纪初,一位俄罗斯微生物学家才证明,厌氧细菌可以从海水中的矿物质中形成白云石,这一过程被称为生物矿化。

从那时起,研究人员发现,在现代环境中,含有光合作用微生物的生物膜和它们为家庭(外聚合物)排放的粘性有机基质(外聚合物)可以在高度蒸发的盐水池中找到。为白云石成核和生长提供表面。然而,这些生物膜不是光合作用。相反,许多在氧气上升之前保存的微生物结构在含盐量低的海洋环境中生长,并且被认为是由光合微生物群落产生的。此外,过去认为参与该过程的离子和微生物位置可能不同。过去的微生物依靠硫化物,氢或铁离子进行光合作用。

件。然而,缺乏阳光意味着微生物垫不能在这里生长,而白云石则不能生长。尽管微生物参与的提议是解决白云岩问题的有力步骤,但是在阳光下海洋中的微生物沉积的晶体排列和沉积物形成的问题仍然没有得到解决。件。他们将现代生物膜,明暗环境与工程海水相结合,以模拟锰和锰的早期全球环境。锰是矿物质中的常见金属,据信有助于细菌生长。研究人员使用的微生物来自纽约北部的一个湖泊,来自缺氧深处。在实验中,研究人员注意到了一些意想不到的事情(生物膜中最丰富的矿物是高度有序的白云石,以及最多的光合作用微生物和锰)。此结果与实时报告一致。件。在这种情况下,各种生化石化,看他们是否可以生产白云石。在这些实验中,他们将监测白云石记录的温度以及周围溶液的化学和同位素组成,以更好地了解该过程。