Magnétofossile - Magnetofossil
Les magnétofossiles sont les restes fossiles de particules magnétiques produites par des bactéries magnétotactiques (magnétobactéries) et conservées dans les archives géologiques . Les plus anciens magnétofossiles définitifs formés de la magnétite minérale proviennent des lits de craie du Crétacé du sud de l'Angleterre, tandis que les rapports de magnétofossiles, considérés comme non robustes, s'étendent sur Terre jusqu'au Gunflint Chert vieux de 1,9 milliard d'années ; ils peuvent inclure la météorite martienne ALH84001, vieille de quatre milliards d'années .
Les organismes magnétotactiques sont procaryotes , avec un seul exemple de magnétofossiles géants, probablement produits par des organismes eucaryotes, ayant été signalé. Les bactéries magnétotactiques, à l'origine des magnétofossiles, sont des bactéries productrices de magnétite (Fe 3 O 4 ) ou de greigite (Fe 3 S 4 ) que l'on trouve à la fois dans les environnements d'eau douce et marins. Ces bactéries magnétostatiques porteuses de magnétite se trouvent dans la zone de transition oxique- anoxique où les conditions sont telles que les niveaux d'oxygène sont inférieurs à ceux trouvés dans l'atmosphère ( microaérophile ). Par rapport aux bactéries magnétotactiques productrices de magnétite et aux magnétofossiles qui en découlent, on sait peu de choses sur les environnements dans lesquels les magnétofossiles de greigite sont créés et sur les propriétés magnétiques des particules de greigite conservées.
L'existence de bactéries magnétotactiques a été suggérée pour la première fois dans les années 1960, lorsque Salvatore Bellini de l'Université de Pavie a découvert des bactéries dans une tourbière qui semblait s'aligner sur les lignes de champ magnétique de la Terre . Suite à cette découverte, les chercheurs ont commencé à réfléchir à l'effet des bactéries magnétotactiques sur les archives fossiles et la magnétisation des couches sédimentaires .
La plupart des recherches se sont concentrées sur les environnements marins, bien qu'il ait été suggéré que ces magnétofossiles puissent être trouvés dans les sédiments terrestres (dérivés de sources terrestres). Ces magnétofossiles peuvent être trouvés dans tout l'enregistrement sédimentaire et sont donc influencés par le taux de dépôt. Des épisodes de forte sédimentation, non corrélés à une augmentation de la production de magnétobactéries et donc de magnétofossile, peuvent diminuer considérablement les concentrations de magnétofossile, bien que ce ne soit pas toujours le cas. Une augmentation de la sédimentation coïncide normalement avec une augmentation de l'érosion des terres, et donc une augmentation de l'abondance du fer et de l'apport de nutriments.
Magnétisation
Au sein des bactéries magnétotactiques, les cristaux de magnétite et de greigite sont biosynthétisés ( biominéralisés ) au sein d'organites appelées magnétosomes . Ces magnétosomes forment des chaînes au sein de la cellule bactérienne et, ce faisant, fournissent à l'organisme un dipôle magnétique permanent. L'organisme l'utilise pour la navigation géomagnétique, pour s'aligner sur le champ géomagnétique de la Terre ( magnétotaxie ) et pour atteindre la position optimale le long des gradients chimiques verticaux.
Lorsqu'un organisme meurt, les magnétosomes sont piégés dans les sédiments. Dans les bonnes conditions, principalement si les conditions redox sont correctes, la magnétite peut alors être fossilisée et donc stockée dans le dossier sédimentaire. La fossilisation de la magnétite (magnétofossiles) au sein des sédiments contribue largement à la magnétisation rémanente naturelle des couches sédimentaires. L'aimantation rémanente naturelle est le magnétisme permanent restant dans une roche ou un sédiment après sa formation.
Paléoindicateurs
Les bactéries magnétotactiques utilisent le fer pour créer de la magnétite dans les magnétosomes. À la suite de ce processus, des niveaux accrus de fer sont en corrélation avec une production accrue de bactéries magnétotactiques. Les augmentations des niveaux de fer ont longtemps été associées à des périodes hyperthermiques (période de réchauffement, généralement entre 4 et 8 degrés Celsius) dans l'histoire de la Terre. Ces événements hyperthermiques, tels que le maximum thermique paléocène-éocène ou la période chaude holocène (HWP), ont stimulé une productivité accrue dans les foraminifères planctoniques et benthiques, ce qui a entraîné des niveaux de sédimentation plus élevés. De plus, une augmentation de la température (comme celle du PLR) peut également être associée à une période humide. Ces conditions chaudes et humides étaient favorables à la production de magnétofossiles en raison d'un apport accru de nutriments dans une période de réchauffement post-glaciaire pendant le PLR. En conséquence, cette période montre une augmentation de la concentration de magnétofossiles. En utilisant cette augmentation de concentration, les chercheurs peuvent utiliser les magnétofossiles comme indicateur d'une période de températures relativement élevées (ou basses) dans l'histoire de la Terre. La datation de ces roches peut fournir des informations sur la période de temps de ce changement climatique et peut être corrélée à d'autres formations rocheuses ou environnements de dépôt dans lesquels le climat de la Terre à cette époque n'était peut-être pas aussi clair. Le vieillissement des sédiments et la dissolution ou l'altération de la magnétite posent des problèmes pour fournir des mesures utiles car l'intégrité structurelle des cristaux peut ne pas être préservée.
Les magnétofossiles ne sont pas seulement étudiés pour leurs indicateurs paléoenvironnementaux ou paléoclimatiques. Comme mentionné ci-dessus, les magnétofossiles conservent une aimantation rémanente lorsqu'ils se forment. C'est-à-dire que la magnétite (ou greigite) s'aligne dans la direction du champ géomagnétique. Les cristaux de magnétite peuvent être considérés comme un simple aimant avec un pôle nord et sud, cette orientation nord-sud s'aligne avec les pôles magnétiques nord-sud de la Terre. Ces fossiles sont ensuite enterrés dans les archives rocheuses. Les chercheurs peuvent examiner ces échantillons de roche dans un magnétomètre rémanent où les effets du champ magnétique actuel de la Terre sont supprimés, afin de déterminer la magnétisation rémanente ou initiale de l'échantillon de roche lors de sa formation. En connaissant l'orientation de la roche in-situ et l'aimantation rémanente, les chercheurs peuvent déterminer le champ géomagnétique terrestre au moment de la formation de la roche. Cela peut être utilisé comme indicateur de la direction du champ magnétique, ou des inversions du champ magnétique terrestre , où les pôles magnétiques nord et sud de la Terre basculent (ce qui se produit en moyenne tous les 450 000 ans).
Recherche
Il existe de nombreuses méthodes pour détecter et mesurer les magnétofossiles, bien qu'il y ait quelques problèmes avec l'identification. Les recherches actuelles suggèrent que les oligo-éléments trouvés dans les cristaux de magnétite formés dans les bactéries magnétotactiques diffèrent des cristaux formés par d'autres méthodes. Il a également été suggéré que l'incorporation de calcium et de strontium peut être utilisée pour identifier la magnétite déduite des bactéries magnétotactiques. D'autres méthodes telles que la microscopie électronique à transmission (MET) d'échantillons provenant de forages profonds et la spectroscopie par résonance ferromagnétique (FMR) sont utilisées. La spectroscopie FMR de chaînes de bactéries magnétotactiques cultivées comparées à des échantillons de sédiments est utilisée pour déduire la préservation des magnétofossils sur des périodes géologiques. La recherche suggère que les magnétofossiles conservent leur magnétisation rémanente à des profondeurs d'enfouissement plus profondes, bien que cela ne soit pas entièrement confirmé. Les mesures FMR de l' aimantation rémanente isotherme à saturation (SIRM) dans certains échantillons, comparées aux mesures FMR et des précipitations prises au cours des 70 dernières années, ont montré que les magnétofossiles peuvent conserver un enregistrement des variations des paléopluies sur une échelle de temps plus courte (des centaines d'années), ce qui en fait un indicateur paléoclimatique de l'histoire récente très utile.
Sommaire
Le processus de formation de magnétite et de greigite à partir de bactéries magnétotactiques et la formation de magnétofossiles sont bien compris, bien que les relations plus spécifiques, comme celles entre la morphologie de ces fossiles et l'effet sur le climat, la disponibilité des nutriments et la disponibilité de l'environnement, nécessiteraient plus de recherches. Cependant, cela ne modifie pas la promesse d'une meilleure compréhension de l'écologie microbienne de la Terre et des variations géomagnétiques sur une grande échelle de temps présentée par les magnétofossiles. Contrairement à d'autres méthodes utilisées pour fournir des informations sur l'histoire de la Terre, les magnétofossiles doivent normalement être vus en grande abondance pour fournir des informations utiles sur l'histoire ancienne de la Terre. Bien que des concentrations plus faibles puissent raconter leur propre histoire sur l'histoire paléoclimatique, paléoenvironnementale et paléoécologique plus récente de la Terre.