응집 동위원소 조사는 과거를 이해하고 현재에 이익을 주는 데 도움이 됩니다

Mar 09, 2024

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지구 대기의 이산화탄소 수준과 그에 따른 해양 온도가 상승하고 있습니다. 해양 온도가 얼마나 높고 얼마나 빨리 상승할 수 있는지는 고대 해양의 온도 측정을 통해 알 수 있습니다. 동시에 에너지 탐사는 종종 결정하기 어려운 석유 및 가스 근원암의 열 이력을 아는 것에 의존합니다.

고대 해양 온도와 해저 열 이력을 측정하는 가장 유망한 기술 중 하나는 바다 밑바닥에서 발견되는 탄산칼슘 화합물에 희귀한 중산소와 중탄소가 동시에 농축되는 방식에 의존합니다. 덩어리진 동위원소라고 불리는 이러한 농축은 일반적으로 퇴적물이 해저에 퇴적된 시점의 온도를 결정하기 위해 화석 껍질과 석회암을 사용하여 측정됩니다.

그러나 여기에는 문제가 있습니다. 응집된 동위원소 온도는 퇴적물이 묻혀 있는 과정 자체에 의해 재설정될 수 있으며, 퇴적암의 유기물을 석유로 전환하는 것과 동일한 조건을 생성하면서 퇴적물 온도가 상승하게 됩니다.

이러한 복잡한 문제에는 학제간 접근 방식이 필요합니다. 이는 지질학자와 화학자로 구성된 팀이 고대 해양 온도를 보다 정확하게 측정하기 위해 원자 수준까지 탐구를 수행한 텍사스 A&M 대학교 예술 과학 대학에서 번창하는 협업 사고방식입니다.

지질학 및 지구물리학과의 Ethan Grossman 박사와 화학과의 Sarbajit Banerjee 박사가 이끄는 팀은 최근 슈퍼컴퓨팅과 밀도 함수 이론을 결합하여 응집된 동위원소 구성을 설정하고 재설정하는 과정을 모델링했습니다. 재정렬로 알려진 현상.

"우리는 원자의 움직임을 생생하게 시뮬레이션하고 탄소-산소 결합의 재배열을 뒷받침하는 전체 과정을 포착할 수 있었습니다."라고 Michel T. Halbouty 의장이자 Texas A&M의 안정 동위원소 지구과학 시설의 공동 책임자인 Grossman은 말했습니다. . "리튬 이온 배터리 및 뇌와 유사한 컴퓨팅을 포함한 많은 시나리오에서 원자의 동작을 시뮬레이션하기 위해 일반적으로 적용되는 이 모델링 기술은 화석 껍질과 석회암 암석에서 원자의 드문 움직임을 조사하는 데 처음으로 사용되었습니다."

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결과를 이전에 발표된 실험 결과와 비교하면서 Grossman은 팀이 덩어리진 동위원소인 물의 온도 재설정 속도를 높이는 촉매 원인을 식별하는 실험과 이론 사이의 누락된 링크를 제공할 수 있었다고 말했습니다.

Grossman은 "우리는 결정 구조의 물이 응집된 동위원소 온도의 재설정을 촉진한다는 것을 이론적으로 처음으로 입증했습니다. 따라서 이 접근법이 고대 온도 기록을 재구성하는 데 사용되는 방법에 대한 주의가 필요합니다"라고 Grossman은 덧붙였습니다. "이것은 이전에 이론적 근거가 부족했던 실험 데이터를 지원하고 과거 기후를 보다 정확하게 재구성하여 미래 기후 시나리오에 대한 이해를 제공할 것입니다."

Grossman은 재정렬에서 촉진제로서 물의 역할을 식별하는 것 외에도 팀의 연구가 다른 수수께끼의 결과, 특히 화석에서 유래한 해양 온도를 섭씨 150도 또는 화씨 약 300도에 맴도는 불가능할 정도로 높은 값으로 수정하는 데 도움이 된다고 말했습니다. . 그들은 과거에 깊이 묻혀 있었고 지금은 뉴멕시코와 러시아의 우랄 산맥에 노출되어 있는 약 3억 2천만 년 전의 해양 퇴적암 표본을 사용하여 그러한 이상치를 결정할 수 있었습니다.

“분명히 이 유기체들은 끓는점보다 더 뜨거운 물에서는 살지 않았습니다.”라고 그는 설명했습니다. "이 발견은 화석의 매장 역사와 덩어리진 동위원소 재정렬 속도를 이해해야 할 필요성을 지적했습니다."