Tartalom
- Bevezetés
- Webhely felfedezés és fejlesztés
- Konzentrat-Lagerstätte alakítása
- Környezet újjáépítése
- Szén izotópok: Nem csak az életkori randevúk
- Pollen
- A Goldilocks kor társkereső problémája
- A korok összekapcsolása a kövületekkel
- Következtetések
- A szerzőről
Környezet újjáépítése: A tudósok számos bizonyítékot egyesítenek annak érdekében, hogy megértsék a Föld múltját. Az (A) kövületek kifejezetten megmutatják, hogy mely állatok éltek egy régióban, míg a csontokat körülvevő üledékek fontos információkat tartalmaznak a lerakódási körülményekről. A csontokat tovább lehet elemezni izotópos összetételük szempontjából. Ezt befolyásolja az, hogy az állatok milyen növényeket fogyasztanak élet közben (B). Ezenkívül a növényekből felszabaduló pollen általában könnyen megmarad a földtani nyilvántartásban, amely részletes nyilvántartást nyújt a múltbeli virágos közösségekről.A bizonyítékok mindegyikét össze lehet állítani a több millió évvel ezelőtt létező környezetek részletes rekonstrukcióival (C).
Nyugati parti fosszilis park: Kibővült az Afrika (1) magasságát mutató földrajzi térkép Dél-Afrika Nyugat-Fokföld régiójával (2). A 2. térképen a déli narancssárga csillag Fokváros helye, az északi kék csillag pedig a West Coast Fossil Parkot jelöli. A 3. részhalmaz régiót kibővítik, hogy megmutassák a jelenlegi tengerszint feltételeket (3A) és a helyzetet 5,2 millió évvel ezelőtt, amikor a tengerszint ~ 30 méterrel magasabb volt, mint a jelenlegi (3B). Abban az időben a fosszilis park által elfoglalt hely a part közelében helyezkedik el, ahol az ősi Berg folyó kiürült az Atlanti-óceánba. Az Afrika magasságának alaptérképe a CleanTOPO2 adatkészletből származik, a műholdas képek pedig a NASA 2000. évi, körülbelül Landsat GeoCover által készített képei.
Bevezetés
Honnan tudhatjuk, milyen volt az ősi Föld, mielőtt az emberek körül voltak, hogy tanúja legyenek és rögzítsék a körülményeket? Az egyik fő módja annak, hogy a geoföldtudósok megismerjék a múltbeli éghajlatot és az ökoszisztémákat: az ókori növények és állatok megőrzött maradványait tartalmazó lerakódások részletes tanulmányozása.
A kövületek képződése általában ritka előfordulás, tehát tudományos szempontból értékes a koncentrált vagy rendkívül részletes fosszilis maradványok zsebének megtalálása. A sokféleségükre vagy részletességükre figyelemre méltó fosszilis lerakódásokat Lagerstättennek (németül az „anyalád” vagy „tárolóhely”) nevezzük, amelyeket két fő típusra lehet osztani.
A Konservat-Lagerstätten olyan helyek, ahol a szervezet finom részletei vannak konzervált (vegye figyelembe a német és a dőlt betűs angol nyelv hasonlóságát). Az ilyen helyeken a szervezet lágy részeit, amelyek általában lebomlanak, lenyomatként vagy szénrétegként rögzítik. Az ilyen lerakódások ismert példái a Burgess-palota a Brit Kolumbiaban és a Green River-formáció az USA nyugati részén.
A második fajta a Konzentrat-Lagerstätte, ahol nagy a termés koncentráció csontok. Noha ezek a helyek nem tartalmaznak sok apró részletet a szervezetekről, bepillantást nyújthatnak az ősi ökoszisztémába az állatok csontok koncentrálásával, amelyek általában széles területre terjednek. Példa erre a Jurassic-korú Morrison-formáció kitettsége a dinoszaurusz nemzeti emlékműnél Utahban és a 15-16 millió éves Sharktooth Hill csontágy Kaliforniában.
A Konzentrat-Lagerstätten másik példája megtalálható a dél-afrikai Nyugati parti fosszilis parkban a Langebaanweg-formáció üledéktelepeiben. Az ezekben a fosszíliás ágyakban található számos maradvány fontos információt nyújt a régió biológiai közösségeiről és éghajlatáról a körülbelül 5 millió évvel ezelőtt.
Webhely felfedezés és fejlesztés
Eredetileg foszfátbányában a kövületeket az 1950-es évek végén fedezték fel. A foszfátokat manapság elsősorban műtrágyákban való felhasználására bányozzák, és a foszforsavat általában az üdítőitalokban használják. Ezeket a kőzeteket azonban eredetileg a második világháború fegyverzetében való felhasználásra bányozták.
Az üledékes foszfátlerakódások magas tengeri biológiai termelékenységű régiókban, például a modern kontinentális talapzaton keletkeznek. A változó körülmények és a tengerszint miatt ebben az esetben a korábban alatti víz alatti régiók a szárazföldön vannak kitéve és hozzáférhetőek felderítéshez és ásatásokhoz. Az aktív bányászat a fosszilis helyszínen 1993-ban befejeződött, amikor a bánya bezárt, és azt a területet, ahol a fosszilis anyagokat fedezték fel, nemzeti műemlékként helyezték el (hamarosan nemzeti örökség részévé vált). A bányászati tevékenység valószínűleg elpusztította az ezen a helyen található kövületek 80% -át, ám továbbra is becslések szerint 1 millió példány maradt fenn az Iziko Dél-afrikai Múzeum gyűjteményében.
Foszfátos kőzet szerves anyaggal: Centiméteres skála a foszfátos kőzet mellett. A vörös szemcsék a foszfatizált szerves anyagot képviselik. Fotó: Alexandra Guth.
Konzentrat-Lagerstätte alakítása
Gyakori, hogy a fosszíliizációs folyamatot úgy látják el, hogy egyetlen állat elhal, majd a helyére temetik. Míg néhány állat közvetlenül a helyszínen létező ártéren halt meg, addig a West Coast Fossil Park maradványait sok idő alatt víz mozgatta és koncentrálta ezen az egyetlen helyen.
Valószínűleg a Berg folyó „őse” ürült ki az Atlanti-óceánba a mai park közelében, amikor a csontokat lerakják. Lehet, hogy egy tengerparti homokozó megakadályozta, hogy a maradványokat a tengerbe öblítsék, és egyidejűleg az óceánból bemosott maradványok csapdájaként is felléphet.
Környezet újjáépítése
Különböző állatok és növények eltérő élőhelyigényeket mutatnak; így a fennmaradó közösség jelenlétének meghatározása utalást mutat a múltbeli ökoszisztémákra. Ez a feladat nehezebbé válik a teljesen kihalt állatvilágot képviselő betétek számára (mint például a Jurassic Morrison formáció dinoszauruszai), ám a West Coast Fossil Park maradványai „csupán” 5 millió évesek. Noha a parkban megőrzött fajok többsége ma már kihalt, ám ezek szorosan kapcsolódnak a modern fajokhoz.
Az állat azonosítása szempontjából nincs szükség az egyén csontozatának 100% -ára ahhoz, hogy magabiztosan azonosítsa. Ez különösen fontos, mivel az egész csontváz gyakran nem fordul elő, különösen a Konzentrat-Lagerstättenben, ahol a csontokat elválasztják és szállítják. Gyakran előfordul egy további tartósítási elfogultság, amikor a kis finom csontok megsemmisülnek a szállítás során, míg a vastagabb és szilárdabb csontok valószínűleg érintetlenek maradnak. E nehézségek ellenére a paleontológusok elég sikeresen osztályozzák és azonosítják a csontokat az ősi közösség ábrázolására.
A Nyugati parti fosszilis parkban talált állatok jelzik, hogy a terület a föld és az óceán határához közel esett, mivel mind a tengeri állatok (pl. Fóka, megalodon cápa, 4 pingvinfaj), mind a szárazföldi emlősök (pl. Rövidnyakú zsiráf, aardvark , hiéna, víziló, mamut, antilop, háromlábú ló, kardfogú macska) találtak együtt. A békák további jelenléte (legalább 8, talán akár 12 faj is jelen van a lerakódásokban) azt jelzi, hogy állandó édesvíznek kellett lennie. Míg sok békafaj bizonyos mértékben tolerálja a sós vizet, nem ismert olyan kétéltű, amely tisztán tengeri élőhelyekben él.
Csontágy: Az in situ csontágy a dél-afrikai West Coast fosszilis parkban jelenik meg. A középső állkapocs egy Sivathere-hez tartozott, a modern zsiráf kihalt rokonához. A húr jelzi az 1 méteres rácsot.
Szén izotópok: Nem csak az életkori randevúk
Részletesebb megértéshez vezethet a csontokban és a fogakban megőrzött szén izotópok vizsgálata. Noha a legtöbb ember ismeri a C-14 izotópot annak közelmúltbeli maradványaiban való felhasználása miatt (lásd alább), a szénnek két általános izotópja van, amelyek nem radioaktívak. A C-12 a szén leggyakoribb izotópja, a C-13 egy másodlagos stabil izotóp. Mivel stabilok, az idő múlásával nem bomlanak le.
A különböző növénycsoportoknak megkülönböztethető szén-izotóp-aránya van, amely ujjlenyomatként felhasználható az ősi állatok paleodietésére. A növényekben lévő szén felhasználható a csontok és a fogak felépítésére, úgy, hogy a növények arányai tükröződjenek az azokat fogyasztó állatok csontainál.
Ezek a különböző izotópos szignatúrák a növények által alkalmazott eltérő anyagcsere útvonalaknak tudhatók be. Számos fű geológiai szempontból újabb és „C4 növények”, míg a fák és a lágyszárú növények „C3 növények”. A szavanna C4 és C3 növényekből áll, mivel vannak fák, cserjék és fűk. Egy erdő viszont túlnyomórészt C3 növények lesz. A Dél-Afrikára jellemző flóra a fynbos (kiejtve: „finomcsont”), amely szintén C3.
Egy állat, amely többnyire C3 növényeket fogyaszt, a csontokban más szén-izotóp arányú lesz, mint egy olyan állatnál, amely többnyire C4 növényeket eszik. A patás állatok maradványain (elemzés patkányos emlősöknél: víziló, antilop, zsiráf, sertések stb.) Kimutatták, hogy a fosszilis parkban 5 millió évvel ezelőtt jelen lévő környezetben a C3 növények uraltak.
Pollen
Noha az izotópos elemzés azt mutatta, hogy a térségben nem domináltak a fűek, nem tudta megkülönböztetni a fákat, cserjéket és a fenyókat. Szerencsére a növények által kibocsátott pollen tipikusan bőséges és üledékben jól megőrzött.
A pollen, az izotóp arányoktól eltérően, egyedileg azonosíthatja a területen jelen lévő növénycsaládot vagy nemzetet. További bónuszként ellentétben a nagyobb növényi maradványokkal, mint a fa vagy a levelek, a pollent könnyen szél és víz hordozza, és így széles körben elterjedt az egyes növények helyéről. Noha előfordulhat, hogy soha nem talál fosszilis leveleket egy növényről, sokkal valószínűbb, hogy megtalálja a pollenét.
A Fossil Park pollen elemzése azt jelzi, hogy az öt millió évvel ezelőtti régióba beletartoztak a lágyszárú Ranunculaceae (például lepkék), a Cyperaceae (üledékek, például papirusz), az Asteraceae (például a százszorszépek) és az Umbelliferae (például petrezselyem, Queen Anne csipke) növénycsaládok. Ezen botanikus családok kombinációját arra használtuk, hogy a tengerparti síkvidéki élőhelyeket következtessük. Az Asteraceae, Chenopodiaceae (lúdláb) és Amaranthaceae (amaranth) növénycsaládok jelenléte emellett szárazabb körülményeket jelez. A proteaceae család (pl. Protea) fáiból, valamint a Podocarpus (például sárgafa) és az Olea (például az olajfa és a vasfa) nemzetségéből is származott pollen.
Az összes pollen jelenléte képet ad azokról a növényi közösségekről, amelyek ezen a régióban laktak abban az időben, amikor a fosszilis üledékek lerakódtak. Azáltal, hogy tudjuk, mely növények és állatok voltak abban az időben, felhasználhatjuk a múltbeli környezet jelzésére.
A Goldilocks kor társkereső problémája
A szén-14 (a természetben előforduló) radioaktív izotóp, amely a legelterjedtebben ismert módszer a régi anyagok korához. A sziklarekord nagy részét azonban nem lehet ezzel a technikával keltezni, mivel a C-14 felezési ideje túl rövid, és ehhez az eredeti szerves anyag jelenléte is szükséges (míg a fosszilizáció az eredeti szerves anyagot helyettesíti tartós ásványi anyagok). Mire a szerves anyag 75 000 éves korú, a mintában túl kevés C-14 maradt ahhoz, hogy megbízhatóan mérni lehessen.
A kálium radioaktív izotópjának (K-40) sokkal hosszabb felezési ideje van, mint a C-14-nek, és az idegen kőzetekben található. Így a káliumot és annak argon-származéktermékét érintő technikák felhasználhatók azokra az anyagokra, amelyek több mint 100 000 évvel ezelőtt kitörtek a vulkánokból (mivel a felezési ideje olyan hosszú, ez a módszer nem alkalmazható nagyon fiatal anyagokra, mert ilyen kis része az eredeti kálium mennyisége lebomlott, ezért nem tudjuk pontosan mérni).
Sajnos Dél-Afrika nem volt vulkanikusan aktív abban az időben, amikor ezek az állatok elpusztultak, így az üledékeket nem lehet közvetlenül kálium-argon felhasználásával kelteni. Ugyanakkor más módszerek is használhatók, amelyek a tengerszint változásának mintáit, a paleomágnesességet és a kövületeket tartalmazzák, hogy feltárják az üledék életkorát.
A korok összekapcsolása a kövületekkel
A biostratigráfia a meglévő állatmaradványok alapján történő sziklarekordok rendezésének módszere, és hasznos alternatíva a fosszilis sziklák életkorának korlátozására. Néhány állatfaj, például a sertések és az elefántok, úgy tűnik, hogy gyorsan változik (geológiai értelemben), így ezeknek az állatoknak a különféle halmazainak azonosítása segíthet meghatározni a sziklák korát.
A fosszilis állatokból származó nyomok körülbelül 5,2 millió évvel ezelőtt korlátozzák a Nyugati parti fosszilis park üledékeinek életkorát. A született (sertés) Nyanzachoerus kanamensist Kelet-Afrikában és a fosszilis parkban egyaránt megtalálják. Az aktív rifting és a kapcsolódó vulkáni tevékenység Kelet-Afrikában egy abszolút életkor dátumát (ahogyan itt megadhatunk egy számot is) társítottunk ehhez a fajhoz. Mivel a sertéscsalád geológiailag gyors változásokon ment keresztül, ennek a fajnak a felismerésével mondhatunk valamit a parkban található üledékek koráról.
Következtetések
A környezet újjáépítése gyakran finom részletekre vezethető vissza: izotópos aláírások a csontokban, a mikroruhák mintái a fogakon (a fogak felületén lévő karcolások jelzik, hogy az állat grazser, böngésző vagy vegyes üzemű adagoló volt-e), pollenösszetétel üledékekben stb ...
Jelenleg a park mediterrán éghajlattal rendelkezik, és az óceántól több mint 10 km-re fekszik. Az összesített bizonyítékok azonban azt mutatják, hogy ötmillió évvel ezelőtt a West Coast Fossil Park létezett volna egy szubtrópusi erdőben, ahol egy ősi Berg folyó ürült ki az Atlanti-óceán felé.
Az állati maradványokat mikroszkopikus és kémiai nyomokkal kombinálva koherens képet alkotnak arról, hogy milyen volt ez a régió, annak ellenére, hogy egyetlen ember sem volt a közelben, hogy közvetlenül szemléltesse. Ilyen módon derítik fel a földtudósok a Föld múltbeli életének és éghajlatának rejtélyeit.
Manapság ezeket a fosszilis anyagokat helyben (helyükön) lehet látni a dél-afrikai West Coast fosszilis parkban, és a vendégek akár a környezeti képet is kitölthetik, miközben madarakra, békákra, rágcsálókra és sok más apró állatra keresnek szitán képernyőkön. Bármely lelet hozzáadódik a múzeumi gyűjteményekhez - a látogatók nem gyűjthetnek példányokat magukhoz, mivel a fosszilis anyagokat Dél-Afrika állam védi.
A West Coast Fossil Park Fokvárostól 120 km-re északra található, Dél-Afrikában. Webhelyük bőséges információkat tartalmaz a webhelyről, részletes útmutatásokat, információkat az ott zajló kutatásokról, valamint oktatási animációkat és munkalapokat. A cikk szerzője köszönetet szeretne mondani a fosszilis park igazgatójának, Pippa Haarhoffnak segítségéért és bátorításáért.
A szerzőről
Alex Guth PhD diplomát szerzett a Michigan Technológiai Egyetemen, és disszertációja a Kenya Rift vulkáni evolúciójára összpontosított. Többször meglátogatta a Dél-afrikai Köztársaság nyugati-foki régióját, hogy segítse tanácsadóját a geológiai terepi táborban, és Afrikában végzett kutatásai számos lehetőséget nyitottak a National Geographichoz való együttműködésre. Weboldalát a következő címen tekintheti meg: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/