Separare i segnali registrati sul fondale marino

“Abbiamo solo una buona documentazione delle profondità dell’oceano negli ultimi circa 180 milioni di anni”, ha affermato David Fike, professore universitario di scienze della terra, ambientali e planetarie in arti e scienze Glassberg/Greensfelder presso la Washington University di St. Louis. . “Tutto il resto sono solo depositi di acque poco profonde. Quindi è davvero importante comprendere la distorsione che potrebbe essere presente quando osserviamo i depositi di acque poco profonde.”

Uno dei modi in cui scienziati come Fike utilizzano i depositi del fondale marino è ricostruire le linee temporali dei cambiamenti ecologici e ambientali del passato. I ricercatori sono molto interessati a come e quando l’ossigeno ha iniziato ad accumularsi negli oceani e nell’atmosfera, rendendo la Terra più ospitale per la vita come la conosciamo.

Per decenni hanno fatto affidamento sulla pirite, il minerale solfuro di ferro noto come “l’oro degli sciocchi”, come sensibile registratore delle condizioni dell’ambiente marino in cui si forma. Misurando la composizione isotopica complessiva dello zolfo nei campioni di pirite – l’abbondanza relativa di atomi di zolfo con massa leggermente diversa – gli scienziati hanno cercato di comprendere meglio l’antica attività microbica e di interpretare i cicli chimici globali.

Ma le prospettive per la pirite non sono più così brillanti. In un paio di articoli pubblicati il ​​24 novembre sulla rivista ScienzaFike e i suoi collaboratori dimostrano che le variazioni negli isotopi della pirite zolfo potrebbero non rappresentare i processi globali che li hanno resi bersagli di analisi così popolari.

Invece, la ricerca di Fike dimostra che la pirite risponde prevalentemente a processi locali che non dovrebbero essere considerati rappresentativi dell’intero oceano. Un nuovo approccio di microanalisi sviluppato presso la Washington University ha aiutato i ricercatori a separare i segnali nella pirite che rivelano l’influenza relativa dei microbi e quella del clima locale.

Per il primo studio, Fike ha lavorato con Roger Bryant, che ha completato i suoi studi universitari alla Washington University, per esaminare la distribuzione a livello dei grani delle composizioni isotopiche di pirite zolfo in un campione di recenti sedimenti glaciali-interglaciali. Hanno sviluppato e utilizzato una tecnica analitica all’avanguardia con lo spettrometro di massa di ioni secondari (SIMS) nel laboratorio di Fike.

“Abbiamo analizzato ogni singolo cristallo di pirite che siamo riusciti a trovare e abbiamo ottenuto i valori isotopici per ciascuno”, ha detto Fike. Considerando la distribuzione dei risultati dei singoli grani, piuttosto che i risultati medi (o di massa), gli scienziati hanno dimostrato che è possibile distinguere il ruolo delle proprietà fisiche dell’ambiente deposizionale, come la velocità di sedimentazione e la porosità del terreno. sedimenti, dall’attività microbica nei fondali marini.

“Abbiamo scoperto che anche quando gli isotopi di zolfo della pirite cambiavano molto tra i ghiacciai e gli interglaciali, i minimi delle nostre distribuzioni di pirite a grano singolo rimanevano sostanzialmente costanti”, ha detto Bryant. “Questo ci ha detto che l’attività microbica non ha guidato i cambiamenti negli isotopi di pirite zolfo e ha confutato una delle nostre principali ipotesi”.

“Utilizzando questo quadro, siamo in grado di approfondire e osservare i ruoli separati dei microbi e dei sedimenti nel guidare i segnali”, ha detto Fike. “Questo per me rappresenta un enorme passo avanti nella capacità di interpretare ciò che viene registrato in questi segnali.”

Nel secondo articolo, guidato da Itay Halevy del Weizmann Institute of Science e coautore di Fike e Bryant, gli scienziati hanno sviluppato ed esplorato un modello computerizzato di sedimenti marini, completo di rappresentazioni matematiche dei microrganismi che degradano la materia organica e trasformano il solfato in in solfuro e i processi che intrappolano quel solfuro nella pirite.

“Abbiamo scoperto che le variazioni nella composizione isotopica della pirite sono principalmente una funzione dell’ambiente deposizionale in cui si è formata la pirite”, ha detto Halevy. Il nuovo modello mostra che una serie di parametri dell’ambiente sedimentario influenzano l’equilibrio tra consumo e rifornimento di solfati e solfuri, e che questo equilibrio è il principale determinante della composizione isotopica dello zolfo della pirite.

“La velocità di deposizione dei sedimenti sul fondale marino, la proporzione di materia organica in quel sedimento, la proporzione di particelle di ferro reattive, la densità di impaccamento del sedimento mentre si deposita sul fondale marino: tutte queste proprietà influenzano la composizione isotopica del fondale marino.” pirite in modi che ora possiamo comprendere”, ha detto.

È importante sottolineare che nessuna di queste proprietà dell’ambiente sedimentario è fortemente legata al ciclo globale dello zolfo, allo stato di ossidazione dell’oceano globale o essenzialmente a qualsiasi altra proprietà per ricostruire tradizionalmente i ricercatori hanno utilizzato gli isotopi della pirite solforosa, hanno detto gli scienziati.

“L’aspetto davvero interessante di questo nuovo lavoro è che ci fornisce un modello predittivo su come pensiamo che dovrebbero comportarsi altri reperti di pirite”, ha detto Fike. “Ad esempio, se riusciamo a interpretare altri dati – e a capire meglio che sono guidati da fattori come cambiamenti locali nella sedimentazione, piuttosto che da parametri globali sullo stato dell’ossigeno nell’oceano o sull’attività microbica – allora possiamo provare a utilizzare questi dati per perfezionare la nostra comprensione del cambiamento del livello del mare nel passato.”