Im Zeichentrickfilm "Ice Age" sehen wir die lustigen Abenteuer einer Gruppe bunter Tiere während der globalen Vereisung. In Wirklichkeit waren die Bedingungen viel strenger und lebende Organismen taten ihr Bestes, um ihre Existenz zu verlängern. Wenn wir uns an die Kryogenese erinnern, die schwerste Eiszeit in der Geschichte unseres Planeten, stellt sich die naheliegende Frage: Wie haben lebende Organismen diese überlebt? Eine Gruppe von Wissenschaftlern der McGill University (Montreal, Kanada) beschloss, alle verfügbaren Informationen zur Kryotechnik zusammenzustellen und stellte fest, dass Eukaryoten durch „Sauerstoffoasen“ überlebten. Welche physikochemischen Prozesse trugen zum Fortbestand des Lebens auf der Erde bei und welche Rolle spielte geschmolzenes Gletscherwasser dabei? Dies und nicht nur wir lernen aus dem Bericht der Forschungsgruppe. Lass uns gehen.
Studienbasis
Um die Kryogenität als Zeitraum zu bestimmen, muss eine geochronologische Nistpuppe zerlegt werden: Präkambrium - Proterozoikum - Neoproterozoikum - Kryogenität. Es begann vor ungefähr 720 Millionen Jahren und endete vor 635 Millionen Jahren, d.h. dauerte 85 Millionen Jahre.
Die Eiszeit ist ein Sammelbegriff, denn in der Geschichte des Planeten gab es mehrere, die in verschiedenen Epochen vorkamen: Känozoikum (vor 20-30 Millionen Jahren); Paläozoikum (vor 380-240 Millionen Jahren); Neoproterozoikum (vor 900-590 Millionen Jahren); Paläoproterozoikum (vor 2,5-2,2 Milliarden Jahren).
Die Kryogenese, die im Neoproterozoikum die zweite Periode ist (vorher gab es Tonium und danach - Ediacaria), kann nicht als die längste oder kälteste Eiszeit bezeichnet werden. Dies war die Huroneneiszeit, die während des Paläoproterozoikums etwa 300 Millionen Jahre dauerte. Die Kryogenese wird jedoch häufig als schwerste Vereisung bezeichnet. Dies ist darauf zurückzuführen, dass in dieser Zeit fast die gesamte Erdoberfläche mit Eis und Schnee bedeckt war, woraus der Name der Theorie „
Schneeball Erde “ entstand, die dieses Phänomen erklärt.
Die Kryogenie wurde vor relativ kurzer Zeit offiziell anerkannt und 1990 von der internationalen Kommission für Stratigraphie ratifiziert, die sich weltweit mit Fragen der
Stratigraphie * , Geologie und Geochronologie befasst.
Die Stratigraphie * ist ein Zweig der Geologie, der auf die Bestimmung des geologischen Alters von geschichteten Sediment- und Vulkangesteinen abzielt.
Fossile Amöben (
Arcellinida ), von denen angenommen wird, dass sie sich in dieser Zeit entwickelt haben, haben von der Kryogenese bis heute überlebt. Auch die ältesten Schwammfossilien stammen aus der Kryo-Zeit. Trotz der damaligen Klimakrise entstanden Rotalgen, Grünalgen, Stramenopili, Ciliaten, Dinoflagellaten und Muschelamöben. Am Ende der Kryogenese bildete sich ein heterotrophes Plankton, das sich von einzelligen Algen und Prokaryoten ernährte.
Es ist anzumerken, dass sich weniger die Temperatur als die tatsächliche Vereisung negativ auf das Leben während der Kryogenese auswirkte. Mit Eis bedeckte Ozeane waren aufgrund des Sauerstoffmangels für das Leben ungeeignet. Seit wir hier sind, bedeutet dies jedoch, dass den Eukaryoten geholfen wurde, alle Schwierigkeiten der Eiszeit zu überwinden und ihre Entwicklung fortzusetzen und sich auf dem Planeten zu verbreiten. In der Studie, die wir heute betrachten, schlugen Wissenschaftler vor, dass Eukaryoten durch „Sauerstoffoasen“ geholfen werden, die sich in den Ozeanen durch geschmolzenes Eiswasser gebildet haben. Sie führten eine Analyse der geologischen Daten durch und kamen zu dem Schluss, dass diese Theorie absolut wahr ist.
Wissenschaftler stellen fest, dass in vielen
Folgen * der Kryo-Periode auf dem Planeten Eisenablagerungen (IF aus
Eisenbildung ) entdeckt wurden.
Nachfolge * - eine chronologische Abfolge von Schichten (Schichten oder Schichten) von Boden oder Sedimentgestein. Das Gesetz der Nachfolge der Fauna besagt, dass sich die Überreste eines Neanderthalers nicht in derselben Bodenschicht befinden wie die Überreste eines Megalosaurus, da diese beiden Arten in verschiedenen geologischen Perioden lebten, die durch Jahrmillionen voneinander getrennt sind.
Diese Befunde sind wichtige geochemische Daten zu den Prozessen in den Ozeanen während der Eiszeit. Um ein allgemeines Bild der Redoxprozesse in den Ozeanen während der extremen Vereisung zu erhalten, sammelten die Wissenschaftler Daten von neun Folgen, die IF enthielten, von drei Paläokontinenten (alten Kontinenten), die solchen modernen Orten entsprachen: Namibia, Australien und den USA.
Bild Nr. 1: Orte, die für die Forschung ausgewählt wurden, sowie deren Sedimentologie (Untersuchung von Sedimentgesteinen und deren Entstehungsprozessen).Alle 9 untersuchten IF-haltigen Sequenzen wiesen sedimentologische Beweise für eine Sedimentation in einer eisigen Meeresumgebung auf, einschließlich einer stratigraphischen Beziehung zu mit Meereis bedeckten Sedimenten und
Diamictiten *, die
gletscherschattierte Fragmente
* enthielten.
Diamiktit * - Sedimentgestein mit Gesteinsbruchstücken unterschiedlicher Größe.
Eiszeitliche Schraffur * - eine Reihe paralleler Kratzer auf der Oberfläche des Gesteins, die durch Kontakt mit Sand oder Kies auf der Unterseite des Gletschers entstanden sind. Mit der Eisschraffur wird die Bewegung von Gletschern während der Vereisung bestimmt.
In den Proben gefundene Ablagerungen können abhängig vom Mechanismus und der Zone ihrer Bildung in mehrere Gruppen unterteilt werden.
Die Gletscherkontaktzone ist ein enger Raum innerhalb von ~ 2 km von der Basislinie, in dem grobkörnige, massive Diamiktite aufgrund des Schmelzens des
Basiseises * und des Niederschlags auf dem Eisschelf zahlreich sind.
Basiseis * - Eis am Fuße des Gletschers.
Die glazial-distale Zone (mehr als 10 km von der Basislinie entfernt) ist hauptsächlich durch feinkörnige Schichtsedimente gekennzeichnet, die durch Sedimentation suspendierter Sedimente aus Schmelzwasserströmen und
Trübungsablagerungen * gewonnen werden .
Turbidit * - eine Ansammlung von Sedimentgesteinen, die sich im tiefen Wasser aufgrund der von trüben Strömungen getragenen Substanz gebildet haben.
Die glazial-proximale Zone liegt zwischen dem Kontakt (wo der Stein mit Eis in Kontakt steht) und dem distalen. Es gibt auch Diamictitis, jedoch in geringerer Anzahl als im Medium, das mit Eis in Berührung kommt.
Die Sedimentationszone der untersuchten Formationen variiert je nach Region und Stratigraphie, daher wurde jeder IF-haltigen Probe eine vergletscherte Ozeanumgebung (Kontaktmedium, proximales Eis oder distales Eis) zugewiesen, basierend auf den vorherrschenden äußeren Merkmalen einer bestimmten
lithologischen Gruppe.
Lithologie * - Untersuchung der Zusammensetzung, Struktur, Herkunft und Veränderungen von Sedimentgesteinen.
Die Proben aus Namibia wurden von massiven Diamiktiten dominiert, die reichlich facettenreiche und schraffierte Fragmente enthielten. An einigen Stellen wurden Hinweise auf eine subglaziale Verformung in einem Eiskontaktmedium gefunden. Mit diesen Diamictiten vermischte IF-haltige Proben (
1C ) sind in der Tat reich an Eisen (Fe). Einige von ihnen enthielten jedoch weniger Diamictite, aber mehr Meeresbodensedimente, was auf eine Reihe von Sedimentationsbedingungen vom Gletscherkontakt bis zur Gletscher-Distalzone hinweist.
Proben aus Südaustralien (
1D ) sind durch Diamictite mit übergroßen Trümmern,
Schlicksteinen * und
Schiefern * gekennzeichnet, die
Dropstone * enthalten .
Schluffstein * ist ein festes Sedimentgestein, das während der Lithifizierung (Umwandlung von losem Sediment in hartes Gestein) aus losem, feindetritalem Sedimentgestein (d. H. Aus Schluffstein) gebildet wird.
Schiefer * ist ein Gestein mit einer Schichtstruktur aus verschiedenen Mineralien.
Dropstone * - ein Stein, der vom schmelzenden Treibeis gefallen ist ( Drop - Drop und Stein - Stein).
Proben aus Kalifornien (USA) bestehen hauptsächlich aus Trübsandsteinen und Schlicksteinen sowie kleinen Diamanten. IF-haltige Gesteine in Proben aus den USA sind relativ dünn (weniger als 5 m) und mit Schlicksteinen, Sandsteinen und Massenflusssedimenten vermischt, was auf einen glazial-distalen Ursprung hindeutet. Seltene IF-haltige Ablagerungen in Verbindung mit massiven Diamictiten sind jedoch mit der glazialdistalen Zone verbunden (
1E ).
Aus den obigen Beobachtungen folgt, dass in allen Proben IF-haltige Ablagerungen in der einen oder anderen Menge vorhanden sind.
Bild 2: Redox-Diagramme von Eisenvorkommen (IF).Um ein allgemeines Bild der Redoxprozesse während der Eiszeit zu erhalten, wurden elementare und isotopengeochemische Daten von Eisenvorkommen durch petrografisches Scannen gesammelt.
Eisenablagerungen (IF) sind feinkörniger Hämatit (Fe2O3) mit Verunreinigungen in Form von siliciumhaltigem Zement und Detritus. Die Ausfällung dieser Ablagerungen erfolgt durch die Oxidation von gelöstem Eisen im Meerwasser.
Die geochemischen Daten von IF weisen eine klare Sequenz auf, die durch die relative Nähe zur Berührungslinie von Eis und Gestein erklärt werden kann. Dies kann auf das Vorhandensein eines bestimmten Gradienten von Redoxreaktionen (OVR) hinweisen.
Bei Kontakt mit Eis ist Eisen am stärksten angereichert (
2A ). Die Tatsache, dass Eisen in den Ablagerungen vorhanden ist, weist trotz der hohen Ablagerungsrate von Ablagerungen in den Kontaktzonen von Eis und Gestein auf einen raschen Oxidationsprozess von Eisen unter diesen Bedingungen hin.
Mangan (Mn) ist wie Eisen ein OVR-empfindliches Metall, das unter sauerstofffreien Bedingungen löslich ist und in Gegenwart von O
2 Oxide bildet. Manganoxide lösen sich in Gegenwart von Eisen in Meerwasser schnell reduktiv auf. Daher kann eine Anreicherung mit Manganoxid mit einem Strom von sauerstoffhaltigem Wasser verbunden sein.
Die OVR-Variabilität von Meerwasser wird auch durch die Geochemie der in IF vorhandenen Seltenerdelemente wie Cer (Ce) bestätigt. Cer wird im Meerwasser unter Sauerstoffbedingungen im Vergleich zu OVR-unempfindlichen Seltenen Erden durch oxidative Reinigung abgereichert, was zu
Ceranomalien * (Ce
n / Ce
n * <1) im Sauerstoffmeerwasser führt.
Die Ceranomalie * ist ein Phänomen in der Geochemie, bei dem die Konzentration von Cer (Ce) im Gestein im Vergleich zu anderen Seltenerdelementen entweder abnimmt oder zunimmt.
Diese Beobachtung bestätigt auch das Vorhandensein von sauerstoffangereichertem Meerwasser in der Nähe der Vereisungszonen.
Die Isotopenzusammensetzungen von Fe aus den untersuchten Eisenvorkommen geben einen zusätzlichen Einblick in die Dynamik des SIR in der Meeresumwelt der Kryo-Periode. IFs haben ein sehr breites Spektrum an Isotopen (
2D ) mit extrem niedrigen δ
56 Fe-Werten (bis zu -1,8 ‰) und ungewöhnlich hohen Werten (bis zu 2,7 ‰). Beeindruckende negative Werte von δ
56 Fe (Mittelwert von δ
56 Fe = −0,57 ‰; n = 14) wurden ausschließlich in Proben aus der Kontaktzone Eis - Gestein gefunden. Alle anderen Proben haben einen positiven Wert von δ
56 Fe: der Durchschnittswert von δ
56 Fe = 1,1 ‰, n = 21 (glazial-proximale Zone); der Durchschnittswert von δ
56 Fe = 1,5; n = 46 (glazial-distale Zone). Dies deutet darauf hin, dass sich der Wert erhöht, wenn er von der Kontaktzone von Eis und Gestein getrennt wird.
Wenn man die obigen Ergebnisse (Redoxanreicherung von Metallen, Ce-Anomalien und Fe-Isotopen) zusammenfasst, kann man eine Tendenz erkennen, die Sauerstoffanreicherung (Sauerstoffanreicherung) von Meerwasser in unmittelbarer Nähe der Eisdecke zu erhöhen. Die O
2 -Quelle ist daher der Eisschild selbst, der durch die Schneeverdichtung entstanden ist. Infolge dieses Prozesses wurden Luftblasen im Eis "eingefangen".
Geschmolzenes Gletscherwasser kann sich aus der oberen Schicht des Gletschers, aus der Basis des Gletschers und aus der Basis des Eisschelfs durch geothermische Strömungen, Druck- und Reibungserhitzung bilden. Als Ergebnis erhalten wir sauerstoffreiches Schmelzwasser, das sie unter dem Gletscher mit der Umwelt versorgt.
Bild 3: Das Schema zum Auslaugen von sauerstoffreichem Grundwasser in eine sauerstofffreie Umgebung unter einem Gletscher.Das Mischen von sauerstoffreichem Schmelzwasser mit Grundwasser erklärt die geochemischen Prozesse, die mit Eisenablagerungen (IF) verbunden sind, sowie deren Standort vollständig. Folglich sind Eisenablagerungen ein direkter Beweis für die Theorie der subglazialen "Sauerstoffoasen".
Und trotz der extrem rauen klimatischen Bedingungen hörte das Leben auf dem Planeten nicht nur nicht auf zu existieren, sondern entwickelte sich auch weiter. Die Analyse von Fossilien aus der Kryogenese ergab, dass in dieser Zeit viele eukaryotische Organismen gebildet wurden, darunter
Archaeplastidane ,
Opisthokonten und
Amöbozoen .
Viele dieser Eukaryoten sind Aeroben, da die Sauerstoffversorgung der subglazialen Umgebung durch Schmelzwasser eine äußerst wichtige Grundlage für die Erhaltung des Lebens war. Sauerstoffoasen könnten sich über viele Kilometer erstrecken, wie moderne Beobachtungen am eisigen Stadtrand der Antarktis belegen. Daraus folgt, dass ein solcher Lebensraum nicht nur groß, sondern auch stabiler sein könnte als Gletscherrisse, die in anderen Theorien der Sauerstoffanreicherung erwähnt werden.
Angesichts der Tatsache, dass die Verfügbarkeit von O
2 für die Entwicklung eines komplexen vielzelligen Lebens von entscheidender Bedeutung ist, kann davon ausgegangen werden, dass Sauerstoffoasen wichtige
Refugien * für frühe Tiere waren.
Refugium * ist ein Lebensraum, in dem eine biologische Art oder Artengruppe überlebt hat oder eine für sie ungünstige geologische Zeitspanne erlebt. Es wird angenommen, dass im Refugium die Art erhalten und sogar verbreitet werden kann.
Moderne Studien zu
molekularen Uhren * zeigen, dass sich die Vielzelligkeit von Tieren bereits vor der Kryogenese entwickelt hat.
Molecular Clock * - eine Methode zur Datierung von phylogenetischen Ereignissen (evolutionäre Beziehungen zwischen Arten), basierend auf der Hypothese, dass evolutionär signifikante Veränderungen von Monomeren in Biomolekülen mit nahezu konstanter Geschwindigkeit auftreten.
Die frühesten Tiere waren wahrscheinlich benthisch (unten), da die Schwämme als der Grundschatz der Tiere angesehen werden. Auf dieser Grundlage schlagen die Wissenschaftler vor, dass die Sauerstoffanreicherung der subglazialen Ozeanumgebung ein wichtiger Prozess für die Entwicklung und Ausbreitung der benthischen Makrofauna war. Darüber hinaus könnte die Zufuhr von aufgetautem Frischwasser auch dazu beitragen, den Salzgehalt zu verringern, der für frühe Schwämme wichtig ist. Der Lebensraum moderner Schwämme ist recht weitläufig und vielfältig, aber die biologischen Eigenschaften ihrer Vorfahren sind immer noch ein Rätsel. Daher ist es schwierig zu sagen, ob sie in einer super salzhaltigen Umgebung leben können, die sich aufgrund der Vereisung der Meeresoberfläche gebildet hat.
Um die Nuancen der Studie genauer kennenzulernen, empfehle ich Ihnen, in den
Bericht der Wissenschaftler zu schauen.
Nachwort
Die Kryogenese war für biologische Arten auf unserem Planeten bei weitem nicht die einfachste Zeit. Trotzdem fand das Leben einen Ausweg aus dieser Situation - das Schmelzen von mit Sauerstoff gesättigtem Süßwasser, gemischt mit dem Ozean, führte zu einem Lebensraum, der zum Überleben und sogar zur Entwicklung akzeptabel war.
Um das Geheimnis des Überlebens der Eukaryoten in der schwersten Eiszeit zu lüften, halfen Eisenvorkommen, die wie Fotos aus der fernen Vergangenheit wertvolle geochemische Informationen über die Vorgänge vor Millionen von Jahren enthielten.
Den Forschern selbst zufolge war es mit ihrer Arbeit nicht nur möglich, das Rätsel um das Überleben von Organismen in der Kryotechnik zu lösen, sondern auch das Wiederauftreten von Eisenvorkommen in geologischen Proben zu erklären, die bis dahin etwa 1 Milliarde Jahre fehlten.
Sauerstoff ist natürlich sehr wichtig für das Überleben, aber zusätzlich wird auch Nahrung benötigt. Wissenschaftler beabsichtigen, ihre Forschung fortzusetzen, um herauszufinden, was Eukaryoten während der Kryogenese aßen.
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit, bleiben Sie neugierig und haben Sie eine gute Arbeitswoche, Jungs. :)
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