化学者と地質学者が協力して古代の海の温度を原子レベルで測定

地球の大気中の二酸化炭素レベル、そしてその結果として海の温度も上昇しています。 海洋温度がどのくらい高く、どのくらいの速さで上昇するかは、古代の海洋の温度測定から知ることができます。 同時に、エネルギー探査は石油およびガス源の岩石の熱履歴を知ることにも依存していますが、これを判断するのはしばしば困難です。

古代の海洋温度と盆地の熱履歴を測定するための最も有望な技術の 1 つは、海の底にある炭酸カルシウム化合物中の希少な重酸素と重炭素の共濃縮に依存しています。 凝集同位体と呼ばれるこの濃縮度は、堆積物が海底に堆積したときの温度を決定するために、貝化石と石灰石を使用して一般に測定されます。

ただし、落とし穴があります。凝集同位体の温度は、堆積物が埋められるプロセスそのものによってリセットされる可能性があり、堆積岩中の有機物を石油に変換するのと同じ条件を作り出すため、堆積物の温度が上昇します。

このような複雑な問題には、学際的なアプローチが必要です。テキサス A&M 大学芸術科学部では、この協調的な考え方が盛んに行われています。そこでは、地質学者と化学者のチームが、古代の海洋温度をより正確に測定するために原子レベルまで探究に取り組んでいます。

地質学・地球物理学科のイーサン・グロスマン博士と化学学科のサルバジット・バナジー博士が率いるチームは最近、スーパーコンピューティングと密度汎関数理論を組み合わせて、凝集同位体組成の設定とリセットに関与するプロセスをモデル化しました。リオーダリングとして知られる現象。

「私たちは原子の動きを鮮明にシミュレートし、炭素と酸素の結合の再配置を支えるプロセス全体を捉えることができました」と、ミシェル・T・ハルブーティ委員長の保持者であり、テキサスA&Mの安定同位体地球科学施設の共同所長であるグロスマン氏は述べた。 。 「このモデリング技術は、リチウムイオン電池や脳型コンピューティングなど、多くのシナリオで原子の挙動をシミュレートするために一般的に適用されていますが、化石殻や石灰岩中の原子のまれな動きを調べるために初めて使用されました。」

グロスマン氏は、その結果を以前に発表された実験結果と比較することで、研究チームは、凝集した同位体の温度リセットを加速する原因となる触媒の原因である水を特定する際に、実験と理論の間のミッシングリンクを提供することもできたと述べた。

「結晶構造内の水が凝集同位体温度のリセットを早めることを理論的に初めて実証した。したがって、古代の温度記録を復元するためにこのアプローチがどのように使用されるかについては注意が必要だ」とグロスマン氏は付け加えた。 「これは、これまで理論的な裏付けが欠けていた実験データを裏付けるものであり、過去の気候のより正確な再構築につながり、ひいては将来の気候シナリオの理解につながるでしょう。」

グロスマン教授は、再配列の促進剤としての水の役割を特定することに加えて、チームの研究は他の謎めいた結果、特に化石由来の海洋温度が摂氏約150度、つまり華氏約300度のあり得ないほど高い値に変化することの説明に役立つと述べている。 。 彼らは、過去に深く埋もれ、現在はニューメキシコ州とロシアのウラル山脈に露出している約3億2000万年前の海洋堆積岩の標本を使用して、そのような外れ値を決定することができた。

「明らかに、これらの生物は沸騰温度よりも熱い水の中で生きていたわけではありません」と彼は説明した。 「この発見は、化石の埋没の歴史と凝集同位体再配列の速度を理解する必要性を示しました。」

この夏初めに『Science Advances』誌に発表されたこのチームの結果は、炭酸塩鉱物における凝集同位体再配列反応速度論の統一理論を開発する上で極めて重要な第一歩となるものであり、グロスマン教授によれば、古代の海洋温度と熱エネルギーのより正確な決定への道が開かれるだろうという。石油盆地の歴史。 彼らは、活性化エネルギー障壁と再配列率が結晶欠陥、イオン置換、取り込まれた水によってどのように変化するかを示すことで、過去の気候のより正確な再構築と将来の気候シナリオのより明確な理解に貢献すると同時に、熱履歴を再構築するためのメカニズムを提供したいと考えています。石油とガスの探査に不可欠な堆積盆地。