分离出海底记录的信号

将其归咎于板块构造。深海从未被保存下来，而是随着海底俯冲而随着时间的推移而消失。地质学家大多留下靠近海岸线的较浅岩石，为他们的地球历史研究提供信息。

圣路易斯华盛顿大学艺术与科学系地球、环境和行星科学格拉斯伯格/格林斯菲尔德杰出大学教授戴维·菲克 (David Fike)表示：“我们对过去约 1.8 亿年的深海只有良好的记录。” 。“其他一切都只是浅水沉积物。因此，了解当我们观察浅水沉积物时可能存在的偏差非常重要。”

像费克这样的科学家利用海底沉积物的方法之一是重建过去生态和环境变化的时间表。研究人员对海洋和大气中氧气如何以及何时开始积累非常感兴趣，从而使地球更加适合我们所知的生命。

几十年来，他们一直依靠黄铁矿(一种被称为“愚人金”的硫化铁矿物)作为其形成的海洋环境条件的敏感记录器。通过测量黄铁矿样品中硫的大量同位素组成(质量略有不同的硫原子的相对丰度)，科学家们试图更好地了解古代微生物活动并解释全球化学循环。

但黄铁矿的前景不再那么光明。在 11 月 24 日发表在《科学》杂志上的两篇配套论文中，Fike 和他的合作者表明，黄铁矿硫同位素的变化可能并不代表使它们成为如此受欢迎的分析目标的全球过程。

相反，菲克的研究表明，黄铁矿主要对局部过程做出反应，不应将其视为整个海洋的代表。华盛顿大学开发的一种新的微分析方法帮助研究人员分离出黄铁矿中的信号，揭示微生物和当地气候的相对影响。

在第一项研究中，费克与在华盛顿大学完成研究生学业的罗杰·布莱恩特合作，研究了近期冰川-间冰期沉积物样本中黄铁矿硫同位素成分的颗粒水平分布。他们在 Fike 实验室开发并使用了尖端分析技术以及二次离子质谱仪 (SIMS)。

“我们分析了我们能找到的每一个黄铁矿晶体，并获得了每一个的同位素值，”费克说。通过考虑单个颗粒结果的分布，而不是平均(或整体)结果，科学家们表明，可以梳理沉积环境物理特性的作用，例如沉积速率和颗粒的孔隙度。沉积物，来自海底微生物活动。

布莱恩特说：“我们发现，即使冰川期和间冰期之间的大量黄铁矿硫同位素发生很大变化，我们的单晶黄铁矿分布的最小值仍然大致保持不变。” “这告诉我们，微生物活动并没有驱动大量黄铁矿硫同位素的变化，并驳斥了我们的主要假设之一。”

“利用这个框架，我们能够深入研究微生物和沉积物在驱动信号方面的不同作用，”菲克说。“对我来说，这代表着在解释这些信号中记录的内容方面向前迈出了一大步。”

在第二篇论文中，由魏茨曼科学研究所的 Itay Halevy 领导、Fike 和 Bryant 共同撰写，科学家们开发并探索了海洋沉积物的计算机模型，其中包括降解有机物和转化硫酸盐的微生物的数学表示转化为硫化物以及将硫化物捕获在黄铁矿中的过程。

“我们发现黄铁矿同位素组成的变化主要是黄铁矿形成的沉积环境的函数，”哈勒维说。新模型表明，沉积环境的一系列参数影响硫酸盐和硫化物消耗和补给之间的平衡，并且这种平衡是黄铁矿硫同位素组成的主要决定因素。

“海底沉积物的沉积速率、沉积物中有机物的比例、活性铁颗粒的比例、沉积物沉降到海底时的堆积密度——所有这些特性都会影响黄铁矿的同位素组成以我们现在可以理解的方式，”他说。

科学家们表示，重要的是，沉积环境的这些特性与全球硫循环、全球海洋的氧化态或研究人员传统上使用黄铁矿硫同位素重建的任何其他特性都没有密切联系。

“这项新工作真正令人兴奋的方面是，它为我们提供了一个预测模型，让我们了解其他黄铁矿记录应该如何表现，”菲克说。“例如，如果我们可以解释其他记录 - 并更好地理解它们是由沉积的局部变化等因素驱动的，而不是有关海洋氧状态或微生物活动的全局参数 - 那么我们可以尝试使用这些数据来完善我们的理解过去海平面变化的影响。”