Sisältö
- esittely
- Sivustojen etsiminen ja kehittäminen
- Muodostetaan Konzentrat-Lagerstätte
- Ympäristön jälleenrakentaminen
- Hiili-isotoopit: Ei vain ikäjuhlia
- Siitepöly
- Goldilocks Age -ongelma
- Ikien yhdistäminen fossiileihin
- johtopäätökset
- kirjailijasta
Ympäristön jälleenrakentaminen: Tutkijat yhdistävät monia todisteita ymmärtääksesi maapallon menneisyyttä. Fossiilit (A) osoittavat erityisesti, mitkä eläimet asuivat alueella, kun taas luita ympäröivät sedimentit tarjoavat tärkeitä vihjeitä kerrostumisasennosta. Luita voidaan edelleen analysoida niiden isotooppisten koostumusten suhteen, mihin vaikuttaa se, mitä kasveja eläin nautti elossa (B). Lisäksi kasveista vapautuneella siitepölyllä on taipumus pysyä helposti geologisessa tietueessa, joka tarjoaa yksityiskohtaisen tietueen aiemmista kukkayhteisöistä.Kaikki nämä todistebitit voidaan yhdistää miljoonien vuosien sitten olemassa olleiden ympäristöjen yksityiskohtaisiin rekonstruktioihin (C).
West Coast Fossil Park: Kartta, joka osoittaa Afrikan korkeuden (1) Länsi-Kap-alueen kanssa Etelä-Afrikassa (2), laajeni. Kartalla 2 eteläinen oranssi tähti on Kapkaupungin sijainti ja pohjoinen sininen tähti edustaa länsirannikon fossiilipuistoa. Osajoukkoaluetta 3 laajennetaan osoittamaan nykyiset merenpinnan olosuhteet (3A) ja tilanne 5,2 miljoonaa vuotta sitten, kun merenpinta oli ~ 30 metriä nykyistä korkeampi (3B). Tuolloin fossiilipuiston miehittämä alue olisi ollut lähellä rannikkoa, jolla muinainen Berg-joki tyhjeni Atlanttiin. Afrikan korkeuden pohjakartta on peräisin CleanTOPO2-tietokokonaisuudesta, ja satelliittikuvat ovat NASA: n Landsat GeoCover noin 2000.
esittely
Kuinka tiedämme, miltä muinainen maa oli, ennen kuin ihmiset olivat lähellä todistamassa ja kirjaamassa olosuhteita? Yksi tärkeimmistä tavoista, joilla geotieteilijät purkautuvat aikaisemman ilmaston ja ekosysteemien suhteen, on suorittaa yksityiskohtaiset tutkimukset talletuksista, jotka sisältävät muinaisten kasvien ja eläinten säilyneitä jäänteitä.
Fossiilien muodostuminen on yleensä harvinaista, joten keskittyneiden tai erittäin yksityiskohtaisten fossiilisten jäännöstaskujen löytäminen on tieteellisesti arvokasta. Monimuotoisuudestaan tai yksityiskohtaisuudestaan merkittäviä fossiilisia talletuksia kutsutaan Lagerstätteniksi (saksaksi 'motherlode' tai 'varastointipaikka'), jotka voidaan jakaa kahteen päätyyppiin.
Konservat-Lagerstätten ovat paikkoja, joissa organismin hienot yksityiskohdat ovat konservoitunut (ota huomioon saksan ja kursivoidun englanninkielisen vastaavuuden välinen samankaltaisuus). Tällaisissa kohdissa organismin pehmeät osat, jotka normaalisti rappeutuvat, kirjataan jälki- tai hiilikalvoiksi. Tunnettuja esimerkkejä tällaisista esiintymistä ovat Burgess-liuske Britannian Columbiassa ja Green River-muodostelma Länsi-Yhdysvalloissa.
Toinen lajike on Konzentrat-Lagerstätte, joka on paikka, jossa on suuri keskittyminen luita. Vaikka nämä paikat eivät tarjoa monia hienoja yksityiskohtia organismeista, ne voivat antaa väläyksen muinaisesta ekosysteemistä keskittämällä eläinten luut, jotka normaalisti leviäisivät laajalle alueelle. Esimerkkejä ovat Jurassic-ikäiset Morrison Formation -altistukset Dinosaur-kansallismonumentissa Utahissa ja 15-16 miljoonaa vuotta vanha Sharktooth Hill -luuvuote Kaliforniassa.
Toinen esimerkki Konzentrat-Lagerstättenistä löytyy Langebaanwegin muodostuman sedimenttiloista Etelä-Afrikan länsirannikon fossiilipuistossa. Näiden fossiilisten kerrosten lukuisat jäännökset tarjoavat tärkeää tietoa alueen biologisista yhteisöistä ja ilmastosta noin viisi miljoonaa vuotta sitten.
Sivustojen etsiminen ja kehittäminen
Alun perin fosfaattikaivoksen fossiilit löydettiin 1950-luvun lopulla. Fosfaatteja louhitaan nykyään pääasiassa niiden käyttämiseksi lannoitteissa, ja fosforihappoa käytetään yleisesti virvoitusjuomissa. Nämä kivet kuitenkin alun perin louhittiin käytettäväksi toisen maailmansodan aseissa.
Sedimenttisiä fosfaattiesiintymiä tuotetaan alueilla, joilla on korkea meren biologinen tuottavuus, kuten nykyaikaisilla mannerjalustalla. Muuttuvien olosuhteiden vuoksi, merenpinnan ollessa kyseessä, aikaisemmin vedenalaiset alueet ovat nyt alttiina maalla ja ne ovat saatavissa havaitsemista ja louhintaa varten. Aktiivinen kaivos fossiilialueella lopetettiin vuonna 1993, kun kaivos suljettiin, ja alue, josta fossiilit oli löydetty, varattiin kansallismonumentiksi (josta tulee pian kansallisen kulttuuriperinnön luettelo). Kaivostoiminta on saattanut tuhota 80% fossiileista tällä sivustolla, mutta Izikon eteläafrikkalaisen museon kokoelmissa on vielä arviolta miljoona säilöttyä näytettä.
Fosfaattinen kivi orgaanisella aineella: Senttimetriasteikolla fosfaattikallion vieressä. Punaiset jyvät edustavat fosfatoitunutta orgaanista materiaalia. Kuva Alexandra Guth.
Muodostetaan Konzentrat-Lagerstätte
On yleistä visualisoida fossiilitumisprosessi siten, että yksi eläin kuolee ja sitten haudataan paikoilleen. Vaikka jotkut eläimet kuolivat suoraan paikan päällä aiemmin olleilla tulva-alueilla, monet länsirannikon fossiilipuiston jäännökset muuttivat ja veden keskittyivät siihen samaan paikkaan ajan myötä.
Todennäköisesti Berg-joen "esi-isä" tyhjennettiin Atlanttiin nykypäivän puiston lähellä luiden talletuessa. Merellä sijaitseva hiekkalaatikko on saattanut estää jäännösten huuhtoutumisen merelle, ja se on samaan aikaan voinut toimia myös valtamerestä pestyjen jäännösten ansauttamiseksi.
Ympäristön jälleenrakentaminen
Eri eläimillä ja kasveilla on vaihtelevia elinympäristötarpeita; siten, että jäljellä olevien elinten määrittäminen, mitä yhteisö on läsnä, antaa vihjeitä aiemmista ekosysteemeistä. Tämä tehtävä tulee vaikeammaksi sellaisille talletuksille, jotka edustavat kokonaan sukupuuttoon sukupuuttoa (kuten Jurassic Morrison -muodostuman dinosaurukset), mutta länsirannikon fossiilipuiston jäännökset ovat "vain" 5 miljoonaa vuotta vanhoja. Vaikka suurin osa puistossa säilyneistä lajeista on sukupuuttoon sukupuuttoon, ne liittyvät läheisesti nykyaikaisiin lajeihin.
Eläimen tunnistamisen kannalta sinun ei tarvitse 100% yksilön luista tunnistaa se itsevarmasti. Tämä on erityisen tärkeää, koska kokonaisia luurankoja ei löydy yleisesti, etenkin Konzentrat-Lagerstättenissä, jossa luut on hajotettu ja kuljetettu. Usein on olemassa ylimääräinen säilöntäharha, jossa pienet herkät luut tuhoutuvat kuljetuksen aikana, kun taas paksummat ja tukevammat luut pysyvät todennäköisesti ehjinä. Näistä vaikeuksista huolimatta paleontologit ovat melko onnistuneita luiden luokittelussa ja tunnistamisessa muinaisen yhteisön kuvaamiseksi.
Länsirannikon fossiilipuistossa löydetyt eläimet osoittavat, että alue oli lähellä maa- ja valtamerenrajaa, kun otetaan huomioon, että sekä merieläimet (esim. Hylje, megalodonhai, 4 pingviinilajia) että maa-nisäkkäät (esim. Lyhytkaulainen kirahvi, aardvark , hyena, virtahepo, mammutti, antilooppi, kolmen varpaan hevonen, sahahampainen kissa) löydettiin yhdessä. Sammakoiden lisä läsnäolo (vähintään 8, ehkä jopa 12 lajia esiintyy esiintymissä) osoittaa, että makean veden on pitänyt olla seisova. Vaikka monilla sammakkolajeilla on jonkin verran suvaitsevaisuutta suolaiseen veteen, ei tunneta sammakkoeläimiä, jotka asuvat puhtaasti meren elinympäristöissä.
Luu sänky: In situ -luusänky esillä West Coast Fossil Parkissa, Etelä-Afrikassa. Leuan luu keskellä kuului Sivatherelle, nykyisen kirahven sukupuuttoon kuolleelle sukulaiselle. Merkkijono merkitsee 1 metrin ruudukon.
Hiili-isotoopit: Ei vain ikäjuhlia
Tarkempi käsitys voi olla luiden ja hampaiden säilyneiden hiili-isotooppien tutkimisesta. Vaikka suurin osa ihmisistä tuntee C-14-isotoopin sen käytön vuoksi viimeaikaisten jäännösten seurusteluun (katso jäljempänä oleva keskustelu), hiilellä on kaksi isotooppia, jotka ovat yleisempiä, eivätkä radioaktiivisia. C-12 on yleisin hiilen isotooppi, C-13 on toissijainen vakaa isotooppi. Koska ne ovat vakaita, ne eivät hajoa ajan myötä.
Eri kasviryhmillä on selkeät hiili-isotooppien suhteet, joita voidaan käyttää sormenjälkinä muinaisten eläinten paleodietissa. Kasveissa olevaa hiiltä käytetään luun ja hampaiden rakentamiseen siten, että kasvien suhteet heijastuvat niitä kuluttavien eläinten luissa.
Nämä erilaiset isotooppiset allekirjoitukset johtuvat kasvien käyttämistä erilaisista metaboliareiteistä. Monet ruohot ovat geologisesti viimeaikaisia ja ovat ”C4-kasveja”, kun taas puut ja nurmikasvit ovat “C3-kasveja”. Savannah koostuu sekä C4- että C3-kasveista, koska siellä on puita, pensaita ja ruohoa. Toisaalta metsässä on pääosin C3-kasveja. Etelä-Afrikalle ainutlaatuinen kasvisto on fynbos (lausutaan: ”hienorankainen”), joka on myös C3.
Eläimellä, joka kuluttaa enimmäkseen C3-kasveja, luissa on erilainen hiili-isotooppisuhde kuin eläimellä, joka yleensä syö C4-kasveja. Sorkka- ja kavioeläinten jäänteiden (sorkkaeläimet: virtahevoset, antilooppi, kirahvi, siat jne.) Jäännökset osoittavat, että fossiilipuistossa olleessa ympäristössä 5 miljoonaa vuotta sitten hallitsivat C3-kasvit.
Siitepöly
Vaikka isotooppianalyysi osoitti, että alueet eivät hallinneet ruohoa, se ei pystynyt erottelemaan puita, pensaita ja viikunoita. Onneksi kasvien vapauttama siitepöly on tyypillisesti runsasta ja säilyy hyvin sedimenteissä.
Siitepöly, toisin kuin isotooppisuhteet, voi yksiselitteisesti tunnistaa alueella esiintyneen kasviperheen tai suvun. Lisäbonuksena, toisin kuin suurempien kasvien jäännökset kuten puu tai lehdet, tuulen ja veden mukana kuljetetaan siitepölyä ja levitetään siten laajasti yksittäisen tehtaan sijainnista. Vaikka et ehkä koskaan löydä fossiilisia lehtiä yksittäisestä kasvista, löydät paljon todennäköisemmin sen siitepölyä.
Siitepölyanalyysi fossiilipuistossa osoittaa, että 5 miljoonaa vuotta sitten alueeseen sisältyi nurmikasvien Ranunculaceae (esim. Buttercups), Cyperaceae (sedges, esim papyrus), Asteraceae (esim. Daisies) ja Umbelliferae (esim. Persilja, Queen Anne'sin pitsi) kasviperheet. Näiden kasvitieteellisten perheiden yhdistelmää käytettiin päättelemään rannikkoalueiden tavallista elinympäristöä. Asteraceae-, Chenopodiaceae- (hanhenjalka) ja Amaranthaceae (amarantti) kasviperheiden läsnäolo osoitti lisäksi kuivemmat olosuhteet. Proteaceae-perheen (esim. Protea) puiden siitepölyä, samoin kuin Podocarpus (esim. Keltapuu) ja Olea (esim. Oliivi- ja rautapuu) suvut olivat läsnä.
Kaikkien tämän siitepölyn läsnäolo antaa kuvan kasviyhteisöistä, jotka asuttivat tätä aluetta fossiilisten sedimenttien talletuksen aikaan. Tietäen, mitkä kasvit ja eläimet olivat läsnä tuolloin, voidaan sitten osoittaa aiempi ympäristö.
Goldilocks Age -ongelma
Hiili-14 on (luonnossa esiintyvä) hiilen radioaktiivinen isotooppi, joka on suosituin menetelmä vanhojen materiaalien aikaansaamiseksi. Suurinta osaa rock-levystä ei voida kuitenkaan päiväntää tällä tekniikalla, koska C-14: n puoliintumisaika on liian lyhyt, ja se vaatii myös alkuperäisen orgaanisen materiaalin läsnäolon (kun taas fossiilitukset korvaavat alkuperäisen orgaanisen materiaalin enemmän kestävät mineraalit). Siihen mennessä, kun orgaaninen aine on 75 000 vuotta vanha, näytteessä on jäljellä liian vähän C-14: ta mittaamiseksi luotettavasti.
Kaliumin (K-40) radioaktiivisella isotoopilla on paljon pidempi puoliintumisaika kuin C-14: llä ja se on läsnä muissa kivissä. Siten kaliumia ja sen tytäryhtiö-argonia sisältäviä tekniikoita voidaan käyttää materiaaleissa, jotka purskahtivat tulivuoreista yli 100 000 vuotta sitten (koska puoliintumisaika on niin pitkä, tätä tekniikkaa ei voida käyttää hyvin nuorella materiaalilla, koska niin pieni osuus alkuperäisestä kaliumista on rappeutunut, joten emme voi mitata sitä tarkasti).
Valitettavasti Etelä-Afrikka ei ollut vulkaanisesti aktiivinen näiden eläinten kuollessa, joten sedimenttejä ei voida päivättää suoraan kaliumargonilla. Sedimenttien iän osoittamiseksi voidaan kuitenkin käyttää muita menetelmiä, joihin sisältyy merenpinnan muutosmalleja, paleomagnetiikkaa ja fossiileja.
Ikien yhdistäminen fossiileihin
Biostratigrafia on menetelmä tilaamalla kiviaineisto läsnä olevien eläinjäännösten perusteella, ja se on hyödyllinen vaihtoehto ikärajojen aikaansaamiseksi fossiilisille kiville. Jotkut eläinlajit, kuten siat ja norsut, näyttävät muuttuvan nopeasti (geologisessa mielessä), joten näiden eläinten eri sarjojen tunnistaminen voi auttaa määrittämään kivien iän.
Fossiilisten eläinten johtopäätökset rajoittavat länsirannikon fossiilipuiston sedimenttien iän noin 5,2 miljoonaan vuoteen sitten. Suid (sika) Nyanzachoerus kanamensis on löydetty sekä Itä-Afrikasta että fossiilipuistosta. Itä-Afrikassa tapahtuvan aktiivisen riftingin ja siihen liittyvän tulivuoren toiminnan takia absoluuttinen ikäpäivämäärä (kuten voimme kiinnittää siihen numeron) on liitetty kyseiseen lajiin. Koska sikaperheessä tapahtui geologisesti nopeita muutoksia, löytämällä kyseiset lajit voimme sanoa jotain puistossa olevien sedimenttien iästä.
johtopäätökset
Ympäristön jälleenrakentamisessa voi usein päästä yksityiskohtiin: luissa olevat isotooppiset allekirjoitukset, hampaissa olevat mikrovaatteet (naarmujen päällä hampaat voivat osoittaa, oliko eläin laiduntaja, selain tai sekoitusmuotoinen syöttölaite), sedimenttien siitepölykokoonpanot , jne...
Tällä hetkellä puisto on Välimeren ilmasto ja sijaitsee yli 10 km: n päässä merestä. Kaikki yhdistelmätodisteet kuitenkin viittaavat siihen, että viisi miljoonaa vuotta sitten länsirannikon fossiilipuisto olisi ollut subtrooppisessa metsässä lähellä sitä, missä muinainen Berg-joki tyhjensi Atlanttiin.
Eläinjäännökset yhdistettynä mikroskooppisiin ja kemiallisiin vihjeisiin luovat yhtenäisen kuvan siitä, millainen tämä alue oli, vaikka kukaan ihminen ei ollut lähellä todistamassa sitä suoraan. Juuri tällä tavalla geotieteilijät avaavat Maan menneisyyden ja ilmaston mysteerit.
Nykyään nämä fossiilit voidaan nähdä paikan päällä (paikallaan) länsirannikon fossiilipuistossa Etelä-Afrikassa, ja vieraat voivat jopa auttaa täydentämään ympäristökuvaa etsimällä seulalle lintujen, sammakoiden, jyrsijöiden ja monien muiden pienten eläinten mikrofossiileja näytöt. Löydökset lisätään museokokoelmiin - vierailijat eivät saa kerätä näytteitä itselleen, koska Etelä-Afrikan valtio suojaa kaikkia fossiileja.
West Coast Fossil Park sijaitsee 120 km Kapkaupungista pohjoiseen Etelä-Afrikassa. Heidän verkkosivustollaan on runsaasti tietoa sivustosta, yksityiskohtaisia ohjeita, tietoa siellä tapahtuvasta tutkimuksesta, samoin kuin koulutusanimaatioita ja taulukoita. Tämän artikkelin kirjoittaja haluaa kiittää fossiilipuiston johtajaa Pippa Haarhoffia hänen avustaan ja rohkaisustaan.
kirjailijasta
Alex Guth on valmistunut tohtoriksi Michiganin teknillisestä yliopistosta, ja hänen tutkimuksensa keskittyi Kenian riftin tulivuoren evoluutioon. Hän on vieraillut useita kertoja Etelä-Afrikan Länsi-Kap-alueella auttamaan neuvonantajaansa geologian kenttäleirillä, ja Afrikan tutkimus on johtanut useisiin mahdollisuuksiin työskennellä National Geographicin kanssa. Hänen verkkosivustoa voi katsella osoitteessa: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/