Når du bruger pyrit til at forstå jordens hav og atmosfære:Tænk lokalt, ikke globalt

Havbunden er stor og varieret, udgør mere end 70 % af jordens overflade. Forskere har længe brugt information fra sedimenter på bunden af ​​havet - lag af sten og mikrobielt møg - til at rekonstruere forholdene i fortidens oceaner.

Disse rekonstruktioner er vigtige for at forstå, hvordan og hvornår ilt blev tilgængeligt i Jordens atmosfære og i sidste ende steg til de niveauer, der understøtter livet, som vi kender det i dag.

Alligevel gør rekonstruktioner, der er afhængige af signaler fra sedimentære bjergarter, men ignorerer virkningen af ​​lokale sedimentære processer, det på egen risiko, ifølge geovidenskabsmænd, herunder David Fike i Arts &Sciences ved Washington University i St. Louis.

Deres nye undersøgelse offentliggjort 26. februar i Videnskabens fremskridt er baseret på analyser af et mineral kaldet pyrit (FeS ₂ ), der dannes i nærvær af bakterier. Med dets kemisk reducerede jern (Fe) og svovl (S), nedgravning af pyrit i marine sedimenter er en af ​​de vigtigste kontroller af iltniveauer i jordens atmosfære og oceaner.

Forskerne sammenlignede pyrit i sedimenter indsamlet i et borehul boret i sokkelen lige ud for New Zealands østkyst med sedimenter boret fra det samme havbassin, men hundredvis af kilometer ud i Stillehavet.

"Vi var i stand til at få en gradient af lav til dybe sedimenter og sammenligne forskellene mellem de isotopiske sammensætninger i pyrit mellem disse sektioner, "sagde Fike, professor i jord- og planetvidenskab og leder af miljøstudier ved Washington University.

"Vi demonstrerer, at for dette ene bassin i det åbne hav, du får meget forskellige signaler mellem lavt og dybt vand, hvilket er umiddelbar bevis for, at disse signaler ikke er det globale fingeraftryk af ilt i atmosfæren, "sagde Fike, der også fungerer som direktør for Washington University's International Center for Energy, Miljø og bæredygtighed (InCEES).

I stedet for at pege direkte på ilt, de samme signaler fra pyrit kunne genfortolkes, da de vedrører andre vigtige faktorer, Fike sagde, såsom havniveauændringer og pladetektonik.

Fike og første forfatter Virgil Pasquier, en postdoktor ved Weizmann Institute of Sciences i Israel, satte først spørgsmålstegn ved den måde, hvorpå pyrit er blevet brugt som proxy i en undersøgelse, der blev offentliggjort i PNAS i 2017 ved hjælp af sedimenter fra Middelhavet. For sin postdoktorale forskning, Pasquier har arbejdet sammen med professor Itay Halevy ved Weizmann Instituttet for at forstå de forskellige kontroller af den isotopiske sammensætning af pyrit. Deres resultater vækker bekymring over den almindelige brug af svovlkisotoper til at rekonstruere Jordens udviklende oxidationstilstand.

"Strengt taget, vi undersøger de koblede cyklusser af kulstof, ilt og svovl, og kontrol af atmosfærens oxidationstilstand, " sagde Pasquier.

"Det er meget mere sexet for et papir at rekonstruere tidligere ændringer i havkemi end at fokusere på begravelse af sten eller hvad der skete under begravelsen, "sagde han." Men jeg synes, at denne del er endnu mere interessant. Fordi det meste mikrobielt liv - især dengang ilten oprindeligt akkumuleredes i atmosfæren - fandt sted i sedimenter. Og hvis vores endelige mål er at forstå iltning af havene, så må vi forstå det her«.

Til denne undersøgelse, teamet gennemførte 185 svovlisotopanalyser af pyrit langs de to boringer. De fastslog, at ændringer i signalerne i pyrit fra det nærliggende borehul var mere kontrolleret af havniveaudrevne ændringer i lokal sedimentation, snarere end nogen anden faktor.

I modsætning, sedimenter i det dybere boring var immune over for havniveauændringerne. I stedet, de registrerede et signal forbundet med den langsigtede reorganisering af havstrømme.

"Der er en vanddybde tærskel, " sagde Roger Bryant, en medforfatter og ph.d. uddannet fra Fikes laboratorium ved Washington University, nu postdoc ved University of Chicago. "Når du kommer under den vanddybde, svovlisotoper er tilsyneladende ikke følsomme over for ting som klima og miljøforhold i overflademiljøet. "

Fike tilføjede:"Jorden er et kompliceret sted, og vi skal huske det, når vi forsøger at rekonstruere, hvordan det har ændret sig i fortiden. Der er en række forskellige processer, der påvirker den slags signaler, der bliver bevaret. Når vi forsøger at bedre forstå Jordens langsigtede udvikling, vi skal have et mere nuanceret syn på, hvordan vi kan udtrække information fra disse signaler. "