Чтение древнего климата по раковинам планктона

Климатические изменения, происходившие миллионы лет назад, записаны с дневной точностью в древних морских раковинах, как показало новое исследование. Мощный рентгеновский микроскоп выявил в раковинах планктона полосы роста, демонстрирующие, как химический состав раковины фиксирует температуру моря. Эти результаты позволят ученым отслеживать кратковременные изменения температуры океана сотни миллионов лет назад.

Понимание нынешних климатических изменений требует контекста геологического прошлого. Для последних тысяч лет одним из методов является анализ полярного льда, где в пузырьках древнего воздуха сохранились данные о температуре и составе атмосферы. Старейшие записи антарктических ледяных кернов датируются примерно 800 000 лет назад. Новое исследование, опубликованное в журнале Earth and Planetary Sciences Letters, раскрывает, как климатические изменения глубокого прошлого, уходящие на сотни миллионов лет назад, записаны в раковинах морского планктона.

По мере роста микробного планктона в океанских водах его раковины из минерала кальцита захватывают следовые количества химических примесей. Ученые заметили, что планктон, выросший в более теплых водах, содержит больше примесей, но механизм работы этого температурного «прокси» оставался неясным. Осаждаясь на дно после гибели организма, раковины сохраняются в морских осадках. Измерение количества примесей в ископаемых раковинах позволяет восстановить температуру океана более чем 100-миллионолетней давности.

Исследователи из Отдела наук о Земле Кембриджского университета измерили следы магния в раковинах планктона с помощью рентгеновского микроскопа на синхротроне «Advanced Light Source» в Беркли, Калифорния. Мощный микроскоп выявил узкие нанометровые полосы в раковине, где содержание магния немного выше — в масштабах до одной сотой толщины человеческого волоса. Это полосы роста, аналогичные годичным кольцам деревьев, но у планктона они формируются примерно ежедневно.

«Эти полосы роста в планктоне показывают ежедневные вариации содержания магния в раковине в масштабе 30 нанометров. Для медленно растущего планктона это открывает путь к изучению сезонных изменений температуры океана или роста планктона в образцах возрастом от десятков до сотен миллионов лет», — говорит профессор Саймон Редферн, участник проекта.

Рентгеновские данные показывают, что следовый магний находится внутри кристаллической минеральной структуры раковины планктона. Это важно, поскольку подтверждает предыдущие предположения об использовании содержания магния в качестве меры температуры древнего океана. Новые измерения показывают, что магний замещает кальций в кристалле кальцита, а не находится в микробных мембранах или иных примесях. Это помогает объяснить, почему температура влияет на химический состав раковин: более теплые воды способствуют увеличению содержания магния в кальците.

Сейчас группа использует британский синхротронный рентгеновский центр «Diamond» для изучения того, как растут раковины планктона и изменяются ли они в донных осадках. Эти результаты позволят ученым установить изменчивость климата в далеком прошлом Земли, а также предоставят новые методы измерения кислотности и солености древних океанов.