Согласно новому исследованию, недавно разработанные геологические методы помогают раскрыть самые точные климатические данные с высоким разрешением на сегодняшний день. Исследование показало, что стандартная практика использования современных и ископаемых кораллов для измерения температуры поверхности моря может быть не такой простой, как предполагалось изначально. Сочетая методы микроскопии с высоким разрешением и геохимическое моделирование, исследователи используют историю формирования скелетов кораллов Porites для точной настройки записей, используемых для прогнозирования глобального климата.
Новые результаты представлены в журнале Frontiers in Marine Science.
Исследователи заявили, что более 500 миллионов лет кораллы пассивно отслеживают изменение температуры поверхности моря, регистрируя соотношение изотопов кальция, стронция и кислорода в своих скелетах. Скелеты кораллов, состоящие из минерала карбоната кальция, растут слоями, как годичные кольца деревьев, в которых в теплое время года повышено количество стронция и более легкого изотопа кислорода. Ученые-климатологи используют этот процесс для отслеживания температуры поверхности моря во времени.
Однако этот метод отслеживания климата не лишен недостатков, сказал профессор геологии и микробиологии Университета Иллинойса Брюс Фоук, который руководил новым исследованием.
«Мы можем сопоставлять записи о температуре поверхности моря, сделанные кораллами, с записями, сделанными с помощью температурных зондов, - сказал Фоуке. на целых девять градусов по Цельсию, и это необходимо исправить."
Чтобы вырастить свой скелет, коралловые полипы откладывают арагонит. Однако, по словам исследователей, этот минерал также кристаллизуется из морской воды, и это может вызвать проблемы при анализе исходного химического состава кораллового скелета. По мере того, как морская вода течет через пористую структуру коралла, она откладывает недавно кристаллизованный арагонит поверх скелетов. По словам Фоуке, этот новый арагонит, который может отражать другую температуру поверхности моря, изменяет первоначальный химический состав скелета посредством процесса, называемого диагенезом.
«Трудно отличить диагенетический арагонит от исходного скелета коралла без использования мощных микроскопов», - сказал Кайл Фоук, студент бакнеллского университета, филиал и соавтор Института геномной биологии им. Карла Р. Вёзе. исследования. «Также сложно точно узнать, когда произошло диагенетическое изменение - через несколько дней или десятилетий после формирования скелетов. Если вы не используете новейшие методы микроскопии для помощи в отборе образцов, вы можете собирать и измерять смесь двух очень различные температурные рекорды."
Чтобы проверить это, команда собрала керны из скелетов живых коралловых голов Porites на глубине от 10 до 100 футов на Большом Барьерном рифе у побережья Австралии. Эти большие коралловые головы достигают почти 10 футов в диаметре, и некоторые из них растут сотни лет.
«Исходя из наших анализов, мы видим, что более старые части коралловых голов, растущие в более глубоких морских водах, содержат более высокую концентрацию диагенетического арагонита», - сказал Кайл Фоук.
Использование широкого спектра методов световой, электронной и рентгеновской микроскопии, предоставленных под руководством соавтора исследования Майанди Шивагуру, заместителя директора Центра микроскопии Института геномной биологии им. Карла Р. Вёзе в U. of I. - мы смогли четко различить первоначальный скелет и диагенетический арагонит, если он присутствовал», - сказал Лорен Тодоров, студентка бакалавриата по молекулярной и клеточной биологии и соавтор исследования.
Используя эти методы, команда обнаружила множество различных историй кристаллизации арагонита, начиная от сезонных изменений в росте скелета и заканчивая более мелкими процессами, которые могут происходить в ежедневных и даже ежечасных циклах.
Предприняв дополнительные шаги, чтобы определить относительное время между скелетной и диагенетической кристаллизацией арагонита, команда объединила свои данные с моделями химического смешения изотопов кальция, стронция и кислорода из геохимических исследований поритов из Папуа-Новой Гвинеи.. Исходя из этого, команда создала первый надежный и воспроизводимый поправочный коэффициент, который определяет величину ошибки, которую диагенетические изменения могут внести в измерения температуры поверхности моря.
«Кроме того, поскольку это было достигнуто с использованием карбонатного минерала арагонита, повсеместно распространенного среди морских обитателей, этот же поправочный коэффициент можно использовать с другими морскими существами, которые выделяют карбонатные скелеты и раковины», - сказал Брюс Фоук.
Записи о температуре поверхности моря, полученные на основе химического состава коралловых скелетов, являются золотым стандартом для точных климатических реконструкций и предсказаний будущего, заявили исследователи, и это новое понимание только еще больше укрепит этот инструмент.
Это исследование поддержали Институт астробиологии НАСА, Управление военно-морских исследований и Австралийский исследовательский совет.