Sadržaj
- Uvod
- Otkrivanje i razvoj web mjesta
- Formiranje Konzentrat-Lagerstätte
- Obnova okoliša
- Izotopi ugljika: Više od pukotina
- Pelud
- Problem upoznavanja doba Goldilocks-a
- Povezivanje vijeka s fosilima
- Zaključci
- o autoru
Obnova okoliša: Znanstvenici kombiniraju mnoge dokaze kako bi razumjeli prošlost Zemlje. Fosili (A) prikazuju konkretno koje su životinje živjele u nekoj regiji, dok sedimenti koji okružuju kosti daju važne tragove u vezi s taloženjem. Kosti se mogu dalje analizirati na njihove izotopne sastave, na što utječu biljke koje je životinja konzumirala dok su žive (B). Uz to, pelud koji se oslobađa iz biljaka ima tendenciju da se lako sačuva u geološkom zapisu, pružajući detaljan zapis o prošlim cvjetnim zajednicama.Svi se ovi dokazi mogu kombinirati za stvaranje detaljnih rekonstrukcija okoline koja je postojala prije milijuna godina (C).
Fosilni park zapadne obale: Mapa lokacije koja pokazuje nadmorsku visinu Afrike (1) s proširenom regijom Zapadni Kejp (2). Na karti 2, južna narančasta zvijezda nalazi se mjesto Cape Towna, a sjeverna plava zvijezda predstavlja fosilni park West Coast. Podskupina 3 proširuje se tako da pokazuje trenutne uvjete na razini mora (3A) i situaciju prije 5,2 milijuna godina, kada je razina mora bila ~ 30 metara viša od sadašnje (3B). Tada bi mjesto koje je zauzimao park fosila bilo blizu obale gdje se drevna rijeka Berg ispraznila u Atlantik. Nadmorska visina Afrike izvedena je iz skupa podataka CleanTOPO2, a satelitske snimke je NASA-in Landsat GeoCover oko 2000.
Uvod
Kako možemo znati kakva je bila drevna Zemlja prije nego što su ljudi bili okolo da svjedoče i zabilježe uvjete? Jedan od glavnih načina na koji geoznanstvenici otkrivaju prošlost klime i ekosustava je provođenjem detaljnih studija naslaga koje sadrže sačuvane ostatke drevnih biljaka i životinja.
Formiranje fosila općenito je rijetka pojava, pa je pronalazak džepova koncentriranih ili vrlo detaljnih fosilnih ostataka znanstveno vrijedno. Fosilna ležišta koja se razlikuju po raznolikosti ili detaljima nazivaju se Lagerstätten (njemački za 'motherlode' ili 'skladište'), koja se može podijeliti u dvije glavne vrste.
Konservat-Lagerstätten su mjesta na kojima se nalaze sitne pojedinosti organizma očuvan (imajte na umu sličnost njemačkog i kurzivnog engleskog ekvivalenta). Na takvim se mjestima mekani dijelovi organizma, koji obično propadaju, bilježe kao utisci ili ugljični filmovi. Poznati primjeri takvih ležišta su Burgess Shale u Britanskoj Kolumbiji i Green River Formation u Zapadnom SAD-u.
Druga sorta je Konzentrat-Lagerstätte, a to je mjesto na kojem postoji velika koncentracija od kostiju. Iako ta mjesta ne pružaju puno finih detalja o organizmima, mogu dati prikaz drevnog ekosustava koncentriranjem kostiju životinja koje bi se obično proširile na širokom području. Primjeri uključuju izložbe Morrison-ove formacije u starom juru kod nacionalnog spomenika Dinosaura u Utahu i kosti kostiju od 15-16 milijuna godina starog Sharktooth Hillsa u Kaliforniji.
Drugi primjer Konzentrat-Lagerstätten nalazi se u sedimentnim naslagama formacije Langebaanweg u fosilnom parku Zapadne obale u Južnoj Africi. Brojni ostaci ovih fosilnih kreveta pružaju važne podatke o biološkim zajednicama i podneblju regije prije oko 5 milijuna godina.
Otkrivanje i razvoj web mjesta
Izvorno rudnik fosfata, fosili su otkriveni krajem 1950-ih. Fosfati se danas miniraju uglavnom radi njihove upotrebe u gnojivima, a fosforna kiselina se najčešće koristi u bezalkoholnim pićima. Ove su stijene, međutim, u početku minirane za naoružanje u Drugom svjetskom ratu.
Sedimentne naslage fosfata proizvode se u područjima visoke morske biološke produktivnosti, poput modernih kontinentalnih polica. Zbog promjenjivih uvjeta, razine mora u ovom slučaju, područja koja su prethodno bila pod vodom izložena su na kopnu i dostupna za otkrivanje i iskopavanje. Aktivno miniranje na fosilnom nalazištu prestalo je 1993. godine kada se rudnik zatvorio, a područje na kojem su otkriveni fosili izdvojeno je kao nacionalni spomenik (uskoro će postati nacionalna baština). Rudarska aktivnost možda je uništila 80% fosila na ovom lokalitetu, ali još uvijek se procjenjuje da je u zbirkama Južnoafričkog muzeja Iziko sačuvano milijun primjeraka.
Fosfatna stijena s organskim materijalom: Centimetar skale pored fosfatne stijene. Crvena zrna predstavljaju fosfatirani organski materijal. Fotografiju Alexandra Guth.
Formiranje Konzentrat-Lagerstätte
Uobičajeno je da se proces fosilizacije vizualizira kao jedna životinja koja umire, a zatim se zakopa na mjestu. Dok su neke životinje uginule izravno na poplavnim dolinama koje su nekada postojale na tom nalazištu, mnogi se ostaci fosilnog parka Zapadne obale preselili i koncentrirali vodom na ovom jednom mjestu tijekom vremena.
Vjerojatno se „predak“ rijeke Berg ispraznio u Atlantik u blizini današnjeg parka kada su kosti položene. Prtljažna bara na obali možda je sprečavala da se ostaci ne ispuštaju u more, a možda je istovremeno i djelovala da ukloni ostatke oprane iz oceana.
Obnova okoliša
Različite životinje i biljke imaju različite potrebe staništa; na taj način, identifikacija ostataka kako bi se utvrdilo kakva je zajednica prisutna daje tragove o prošlim ekosustavima. Ovaj zadatak postaje teži za ležišta koja predstavljaju potpuno izumrlu faunu (poput dinosaura formacije Jurass Morrison), ali ostaci fosilnog parka West Coast stari su tek 5 milijuna godina. Iako je većina vrsta sačuvanih u parku sama izumrla, usko je povezana s modernim vrstama.
U smislu da identificirate životinju, ne trebate 100% nečije kosti da biste je sigurno prepoznali. To je osobito važno, jer se cijeli kosturi ne nalaze često, posebno u Konzentrat-Lagerstätten gdje su kosti razdvojene i prevezene. Često postoji dodatna pristranost očuvanja gdje se tijekom prevoza uništavaju sitne osjetljive kosti, dok deblje i čvršće kosti imaju veću vjerojatnost da će ostati netaknute. Unatoč tim poteškoćama, paleontolozi su prilično uspješni u razvrstavanju i identificiranju kostiju za sliku drevne zajednice.
Životinje pronađene u fosilnom parku West Coast ukazuju da je to područje bilo blizu granice kopna i oceana, s obzirom na to da su morske životinje (npr. Morski pas, megalodon morski pas, 4 vrste pingvina) i kopneni sisari (npr. Žirafa kratkog grla, aardvark , zajedno su pronađene hijena, konj, mamut, antilopa, troredni konj, mač sa zubima. Dodatna prisutnost žaba (najmanje 8, možda čak 12 vrsta zastupljeno je u naslagama) ukazuje na to da je sigurno postojala svježa voda. Iako mnoge vrste žaba pokazuju toleranciju na slanu vodu, nisu poznate vodozemci koji naseljavaju čisto morska staništa.
Koštani krevet: In-situ koštani krevet prikazan je u fosilnom parku West Coast, Južna Afrika. Čeljustna kost u sredini pripadala je Sivatheru, izumrlom rođaku moderne žirafe. Niz označava mrežu od 1 metra.
Izotopi ugljika: Više od pukotina
Detaljnije razumijevanje može doći iz ispitivanja izotopa ugljika sačuvanih u kostima i zubima. Iako je većina ljudi upoznata sa izotopom C-14 zbog njegove upotrebe u ostacima nedavnih ostataka (vidi raspravu u nastavku), ugljik ima dva izotopa koji su češći, a nisu radioaktivni. C-12 je najčešći izotop ugljika, a C-13 je sekundarni stabilan izotop. Budući da su stabilne, s vremenom ne propadaju.
Različite biljne skupine imaju omjere izotopa ugljika koji se mogu upotrijebiti kao otisak prsta za paleodet drevnih životinja. Ugljik u biljkama koristi se za izgradnju kostiju i zuba, tako da se omjeri u biljkama odražavaju u kostima životinja koje ih konzumiraju.
Ovi različiti izotopski potpisi nastaju zbog različitih metaboličkih puteva koje biljke koriste. Mnoge su trave geološki recentne vrste i „C4 biljke“, dok su drveće i zeljaste biljke „C3 biljke“. Savana se sastoji od biljaka C4 i C3 jer postoje drveće, grmlje i trava. S druge strane, šuma će biti pretežno C3 biljke. Flora jedinstvena za Južnu Afriku su fynbos (izgovara se: "finebose"), što je i C3.
Životinja koja konzumira uglavnom biljke C3 imat će drugačiji omjer izotopa ugljika u svojim kostima od životinje koja uglavnom jede C4 biljke. Analize napravljene na ostacima kopitara (kopitara sisavaca: hippos, antilopa, žirafa, svinje, itd.) Pokazuju da su okolišom u fosilnom parku prije 5 milijuna godina dominirale biljke C3.
Pelud
Iako je izotopska analiza pokazala da regijom ne dominiraju trave, ona se ne može razlikovati između drveća, grmlja i fynbosa. Srećom polen koji se oslobađa od biljaka obično je obilan i dobro se čuva u sedimentima.
Polen, za razliku od omjera izotopa, može jedinstveno identificirati biljnu obitelj ili rod koji je bio prisutan na tom području. Kao dodatni bonus, za razliku od većih biljnih ostataka poput drveta ili lišća, polen se lako prenosi vjetrom i vodom i tako se široko širi sa lokacije pojedine biljke. Iako možda nikada nećete naći fosilni list pojedinačne biljke, mnogo je vjerojatnije da ćete pronaći njegov pelud.
Analiza polena u fosilnom parku pokazuje da je regija prije 5 milijuna godina obuhvaćala biljne porodice biljaka Ranunculaceae (npr. Leptira), Cyperaceae (sedges, npr. Papirus), Asteraceae (npr. Tratinčice) i Umbelliferae (npr. Peršin, čipka kraljice Ane). Kombinacija ovih botaničkih obitelji korištena je za utvrđivanje obalnog ravničarskog staništa. Prisutnost biljaka obitelji Asteraceae, Chenopodiaceae (guska) i Amaranthaceae (amarant) dodatno je ukazalo na sušnije uvjete. Prisutan je i polen sa stabala porodice Proteaceae (npr. Protea), kao i roda Podocarpus (npr. Yellowwood) i Olea (npr. Maslina i ironwood).
Prisutnost sve ove peludi daje sliku biljnih zajednica koje su naseljavale ovo područje u vrijeme odlaganja fosilnih sedimenata. Znajući koje su biljke i životinje bile prisutne u to vrijeme, tada se može upotrijebiti za označavanje prošlog okoliša.
Problem upoznavanja doba Goldilocks-a
Ugljik-14 je (prirodno) radioaktivni izotop ugljika koji je najpopularnija metoda za datiranje starih materijala. Međutim, velika većina kamenih zapisa ne može se datirati ovom tehnikom jer je poluživot C-14 prekratak, a zahtijeva i prisustvo izvornog organskog materijala (dok fosilizacija izvornog organskog materijala zamjenjuje s više trajni minerali). U vrijeme kada je organski materijal star 75.000 godina, u uzorku je ostalo premalo C-14 da bi se pouzdano moglo izmjeriti.
Radioaktivni izotop kalija (K-40) ima znatno duži poluživot od C-14 i prisutan je u magnetskim stijenama. Tako se tehnike koje uključuju kalij i njegov kćerni proizvod Argon mogu koristiti na materijalima koji su izbili iz vulkana prije više od 100 000 godina (jer je poluživot toliko dug, ova se tehnika ne može koristiti na vrlo mladom materijalu, jer je tako mali udio izvornog kalija se raspadalo da ga ne možemo precizno izmjeriti).
Nažalost, Južna Afrika nije bila vulkansko aktivna u vrijeme dok su ove životinje uginule, tako da se sedimenti ne mogu datirati izravno upotrebom kalijum-argona. Međutim, druge metode koje uključuju obrasce promjene razine mora, paleomagnetizam i fosile mogu se koristiti za označavanje starosti sedimenata.
Povezivanje vijeka s fosilima
Biostratigrafija je metoda za određivanje kamenih zapisa na osnovu prisutnih životinjskih ostataka i korisna je alternativa za osiguravanje dobnih ograničenja na fosilnim stijenama. Čini se da se neke životinjske loze poput svinja i slonova brzo mijenjaju (u geološkom smislu), pa identificiranje različitih skupina ovih životinja može pomoći u određivanju starosti stijena.
Tragovi fosilnih životinja ograničavaju starost sedimenata fosilnih parkova Zapadne obale na oko 5,2 milijuna godina. Suid (svinja) Nyanzachoerus kanamensis pronađen je i u Istočnoj Africi i u parku fosila. Zbog aktivnog raslojavanja i pridružene vulkanske aktivnosti u Istočnoj Africi, apsolutni dobni datum (kao u njemu, možemo to pribilježiti broj) povezan je s tom vrstom. Budući da je obitelj svinja doživjela geološki brze promjene, pronalaskom te vrste možemo reći nešto o starosti sedimenata u parku.
Zaključci
Obnova okoliša često se može srušiti na sitne detalje: izotopični potpisi u kostima, mikrotalasni uzorci na zubima (ogrebotine na površini zuba mogu ukazivati je li životinja bila grejder, pretraživač ili hranilica mješovitog načina), skup peludi u sedimentima itd. ...
Trenutno park postoji u mediteranskoj klimi i nalazi se na više od 10 km od oceana. Međutim, svi kombinirani dokazi upućuju na to da bi fosilni park zapadne obale prije pet milijuna godina postojao u suptropskoj šumi blizu koje se drevna rijeka Berg ispraznila u Atlantik.
Životinjski ostaci u kombinaciji s mikroskopskim i kemijskim tragovima stvaraju kohezivnu sliku o tome što je izgledalo u ovoj regiji iako nijedan čovjek nije bio prisutan izravno svjedočiti o tome. Na ovaj način geoznanstvenici otkrivaju misterije prošlosti i klime Zemlje.
Danas se ti fosili mogu vidjeti in situ (na mjestu) u fosilnom parku West Coast u Južnoj Africi, a gosti mogu čak pomoći u potpunom opisu okoliša tražeći mikrofosile ptica, žaba, glodara i mnogih drugih malih životinja na sito ekrani. Bilo koja otkrića dodaju se u muzejske zbirke - posjetiteljima nije dopušteno skupljati primjerke jer su u Južnoj Africi sve fosile zaštićene.
Fosilni park zapadne obale nalazi se 120 km sjeverno od Cape Towna u Južnoj Africi. Njihova web stranica sadrži obilje podataka o mjestu, detaljne upute, informacije o istraživanjima koja se događaju na njemu, kao i obrazovne animacije i radne listove. Autorica ovog članka želi zahvaliti upravitelju Fosilnog parka, Pippi Haarhoff, na pomoći i ohrabrenju.
o autoru
Alex Guth je doktorantica tehnološkog sveučilišta Michigan, a njezina se disertacija usredotočila na vulkansku evoluciju kenijske pukotine. Nekoliko je puta posjetila regiju Zapadni Kejp kako bi pomogla svom savjetniku u terenskom kampu geologije, a njezino istraživanje u Africi dovelo je do nekoliko prilika za rad s National Geographic-om. Njezinu web stranicu možete pogledati na: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/