Magnetofósil - Magnetofossil
Los magnetofósiles son los restos fósiles de partículas magnéticas producidas por bacterias magnetotácticas (magnetobacterias) y conservadas en el registro geológico . Los magnetofósiles definitivos más antiguos formados del mineral magnetita provienen de los lechos de cretáceo del sur de Inglaterra, mientras que los informes de magnetofósiles, no considerados robustos, se extienden en la Tierra hasta el Gunflint Chert de 1.900 millones de años ; pueden incluir el meteorito marciano de cuatro mil millones de años ALH84001 .
Los organismos magnetotácticos son procariotas , y solo se ha informado de un ejemplo de magnetofósiles gigantes, probablemente producidos por organismos eucariotas. Las bacterias magnetotácticas, la fuente de los magnetofósiles, son bacterias productoras de magnetita (Fe 3 O 4 ) o greigita (Fe 3 S 4 ) que se encuentran tanto en agua dulce como en ambientes marinos. Estas bacterias magnetotáticas portadoras de magnetita se encuentran en la zona de transición óxico- anóxica donde las condiciones son tales que los niveles de oxígeno son menores que los que se encuentran en la atmósfera ( microaerófilos ). En comparación con las bacterias magnetotácticas que producen magnetita y los magnetofósiles posteriores, se sabe poco sobre los entornos en los que se crean los magnetofósiles de greigita y las propiedades magnéticas de las partículas de greigita conservadas.
La existencia de bacterias magnetotácticas se sugirió por primera vez en la década de 1960, cuando Salvatore Bellini de la Universidad de Pavía descubrió bacterias en un pantano que parecían alinearse con las líneas del campo magnético de la Tierra . Tras este descubrimiento, los investigadores empezaron a pensar en el efecto de las bacterias magnetotácticas en el registro fósil y la magnetización de las capas sedimentarias .
La mayor parte de la investigación se concentró en los ambientes marinos, aunque se ha sugerido que estos magnetofósiles se pueden encontrar en sedimentos terrestres (derivados de fuentes terrestres). Estos magnetofósiles se pueden encontrar en todo el registro sedimentario y, por lo tanto, están influenciados por la tasa de deposición. Los episodios de alta sedimentación, que no se correlacionan con un aumento en la producción de magnetobacterias y, por lo tanto, de magnetofósiles, pueden disminuir enormemente las concentraciones de magnetofósiles, aunque no siempre es así. Un aumento de la sedimentación normalmente coincide con un aumento de la erosión de la tierra y, por lo tanto, un aumento de la abundancia de hierro y el suministro de nutrientes.
Magnetización
Dentro de las bacterias magnetotácticas, los cristales de magnetita y greigita se biosintetizan ( biomineralizan ) dentro de orgánulos llamados magnetosomas . Estos magnetosomas forman cadenas dentro de la célula bacteriana y, al hacerlo, proporcionan al organismo un dipolo magnético permanente. El organismo lo utiliza para la navegación geomagnética, para alinearse con el campo geomagnético de la Tierra ( magnetotaxis ) y alcanzar la posición óptima a lo largo de gradientes químicos verticales.
Cuando un organismo muere, los magnetosomas quedan atrapados en sedimentos. En las condiciones adecuadas, principalmente si las condiciones redox son correctas, la magnetita puede fosilizarse y, por lo tanto, almacenarse en el registro sedimentario. La fosilización de la magnetita (magnetofósiles) dentro de los sedimentos contribuye en gran medida a la magnetización remanente natural de las capas de sedimentos. La magnetización remanente natural es el magnetismo permanente que queda en una roca o sedimento después de que se ha formado.
Paleoindicadores
Las bacterias magnetotácticas utilizan el hierro para crear magnetita en los magnetosomas. Como resultado de este proceso, el aumento de los niveles de hierro se correlaciona con una mayor producción de bacterias magnetotácticas. Los aumentos en los niveles de hierro se han asociado durante mucho tiempo con períodos hipertérmicos (período de calentamiento, generalmente entre 4 y 8 grados Celsius) en la historia de la Tierra. Estos eventos hipertermales, como el Máximo Térmico del Paleoceno-Eoceno o el Período Cálido del Holoceno (HWP), estimularon una mayor productividad en los foraminíferos planctónicos y bentónicos, lo que a su vez resultó en niveles más altos de sedimentación. Además, un aumento de temperatura (como el del HWP) también puede estar asociado con un período húmedo. Estas condiciones cálidas y húmedas fueron favorables para la producción de magnetofósiles debido a un mayor suministro de nutrientes en un período de calentamiento posglacial durante el HWP. Como resultado, este período muestra un aumento en la concentración de magnetofósiles. Usando este aumento en la concentración, los investigadores pueden usar los magnetofósiles como indicador de un período de temperaturas relativamente altas (o bajas) en la historia de la Tierra. La datación de estas rocas puede proporcionar información sobre el período de tiempo de este cambio climático y puede correlacionarse con otras formaciones rocosas o entornos de depósito en los que el clima de la Tierra en ese momento puede no haber sido tan claro. El envejecimiento de los sedimentos y la disolución o alteración de la magnetita presentan problemas a la hora de proporcionar mediciones útiles, ya que es posible que no se conserve la integridad estructural de los cristales.
Los magnetofósiles no solo se están estudiando por sus indicadores paleoambientales o paleoclimáticos. Como se mencionó anteriormente, los magnetofósiles mantienen una magnetización remanente cuando se forman. Es decir, la magnetita (o greigita) se alinea en la dirección del campo geomagnético. Se puede pensar que los cristales de magnetita son un simple imán con un polo norte y sur, esta orientación norte-sur se alinea con los polos magnéticos norte-sur de la Tierra. Estos fósiles luego se entierran dentro del registro de rocas. Los investigadores pueden examinar estas muestras de roca en un magnetómetro remanente donde se eliminan los efectos del campo magnético actual de la Tierra, para determinar la magnetización remanente o inicial de la muestra de roca cuando se formó. Al conocer la orientación de la roca in situ y la magnetización remanente, los investigadores pueden determinar el campo geomagnético de la Tierra en el momento en que se formó la roca. Esto puede usarse como un indicador de la dirección del campo magnético, o inversiones en el campo magnético de la Tierra, donde los polos magnéticos norte y sur de la Tierra cambian (lo que ocurre en promedio cada 450.000 años).
Investigar
Existen muchos métodos para detectar y medir magnetofósiles, aunque existen algunos problemas con la identificación. La investigación actual sugiere que los oligoelementos que se encuentran en los cristales de magnetita formados en bacterias magnetotácticas difieren de los cristales formados por otros métodos. También se ha sugerido que la incorporación de calcio y estroncio se puede utilizar para identificar magnetita inferida de bacterias magnetotácticas. Se están utilizando otros métodos, como la microscopía electrónica de transmisión (TEM) de muestras de pozos profundos y la espectroscopía de resonancia ferromagnética (FMR). La espectroscopia FMR de cadenas de bacterias magnetotácticas cultivadas en comparación con muestras de sedimentos se está utilizando para inferir la preservación de magnetofósiles en marcos de tiempo geológicos. La investigación sugiere que los magnetofósiles retienen su magnetización remanente en profundidades de enterramiento más profundas, aunque esto no está completamente confirmado. Las mediciones de FMR de magnetización remanente isotérmica de saturación (SIRM) en algunas muestras, en comparación con las mediciones de FMR y de lluvia tomadas durante los últimos 70 años, han demostrado que los magnetofósiles pueden retener un registro de las variaciones de la caída del lluvia en una escala de tiempo más corta (cientos de años), haciendo un indicador paleoclimático de la historia reciente muy útil.
Resumen
El proceso de formación de magnetita y greigita a partir de bacterias magnetotácticas y la formación de magnetofósiles se comprenden bien, aunque las relaciones más específicas, como las que existen entre la morfología de estos fósiles y el efecto sobre el clima, la disponibilidad de nutrientes y la disponibilidad ambiental requerirían más investigación. Sin embargo, esto no altera la promesa de una mejor comprensión de la ecología microbiana de la Tierra y las variaciones geomagnéticas en una gran escala de tiempo que presentan los magnetofósiles. A diferencia de otros métodos utilizados para proporcionar información sobre la historia de la Tierra, los magnetofósiles normalmente deben verse en grandes cantidades para proporcionar información útil sobre la historia antigua de la Tierra. Aunque concentraciones más bajas pueden contar su propia historia de la historia paleoclima, paleoambiental y paleoecológica más reciente de la Tierra.