Во всем мире часто находят впечатляющие окаменелости, сохранившиеся внутри твердых, примерно сферических пород, называемых «конкрециями». Многие, от геологов до случайных наблюдателей, задавались вопросом, почему эти затвердевшие массы карбоната образовались вокруг мертвых организмов, округлой формы и с резкими границами с окружающим материалом, обычно в морской грязи и аргиллитах.
Несколько важных вопросов, касающихся конкреций, уже давно озадачивают ученых. Какие условия вызывают их образование? Как долго они растут? Почему они перестают расти? Почему они так сильно отличаются от окружающих пород или отложений?
Теперь исследователи под руководством Университета Нагои разработали метод анализа конкрементов с использованием L-образных «перекрестных диаграмм» диффузии и скорости роста, о чем сообщается в новом исследовании, опубликованном в Scientific Reports. С помощью этого метода они проанализировали десятки конкреций из трех мест по всей Японии и сравнили их с конкрециями из Англии и Новой Зеландии.
Результаты этого нового исследования существенно влияют на понимание скорости образования конкрементов. «До сих пор считалось, что формирование сферических карбонатных конкреций занимает от сотен тысяч до миллионов лет», - говорит соавтор Коси Ямамото. «Однако наши результаты показывают, что конкременты растут очень быстро в течение от нескольких месяцев до нескольких лет». Этот механизм быстрого уплотнения может объяснить, почему некоторые конкреции содержат хорошо сохранившиеся окаменелости мягких тканей, которые редко окаменевают в других условиях.
Первый автор исследования Хидэкадзу Ёсида объясняет: «Конкреции сохранили свои характеристики, с хорошо сохранившимися окаменелостями в их центре или текстурами, указывающими на изначальное присутствие органического вещества. Простые расчеты баланса массы также показывают, что углерод, зафиксированный в карбонатных конкрециях, поступает преимущественно из органов организмов внутри конкреций».
Все исследованные конкреции были сложены кальцитом с относительно постоянным составом повсюду, в отличие от окружающей илистой матрицы. Было обнаружено, что мелкозернистые, обычно богатые глиной отложения важны для ограничения диффузии и проницаемости, а также для замедления миграции растворенных веществ. Таким образом, концентрации бикарбонатов на фронте реакции будут расти достаточно высоко, чтобы вызвать быстрое осаждение карбоната кальция с резкими границами из окружающего ила.
Эта новая унифицированная модель образования сферических конкреций, которую можно обобщить простыми формулами, может применяться для интерпретации конкреций со всего мира. В дополнение к расширению наших знаний об этом важном механизме сохранения в летописи окаменелостей, это улучшенное понимание быстрого осаждения кальцита из-за присутствия органического материала может иметь практическое применение в области технологии герметизации.