Vakarų pakrantės iškasenų parkas: praeities klimatas ir senovės ekosistemos

Turinys

• Įvadas
• Svetainių atradimas ir plėtra
• Sudaro „Konzentrat-Lagerstätte“
• Aplinkos rekonstravimas
• Anglies izotopai: ne tik pasimatymai pagal amžių
• Žiedadulkės
• „Goldilocks“ amžiaus pažinčių problema
• Amžių susiejimas su fosilijomis
• Išvados
• apie autorių

Aplinkos rekonstravimas: Mokslininkai sujungia daugybę įrodymų, kad suprastų Žemės praeitį. Fosilijos (A) parodo konkrečiai, kokie gyvūnai gyveno regione, o kaulus supančios nuosėdos pateikia svarbių užuominų apie nusėdimo aplinką. Kaulai gali būti toliau analizuojami dėl jų izotopų kompozicijos. Tam įtakos turi tai, kokius augalus gyvūnas vartojo būdamas gyvas (B). Be to, augalų žiedadulkės paprastai lengvai išsaugomos geologiniame įraše, pateikiant išsamų buvusių gėlių bendrijų įrašą.Visi šie įrodymų rinkiniai gali būti sujungti, norint sukurti išsamias aplinkos, rekonstruotos prieš milijonus metų, rekonstrukcijas (C).

Vakarų pakrantės iškasenų parkas: Išsiplėtė vietovės žemėlapis, rodantis Afrikos (1) aukštį su Pietų Afrikos Vakarų Kapo regionu (2). 2 žemėlapyje pietinė oranžinė žvaigždė yra Keiptauno vieta, o šiaurinė mėlyna žvaigždė žymi Vakarų pakrantės iškasenų parką. 3 pogrupio regionas yra išplėstas, kad būtų parodytos dabartinės jūros lygio sąlygos (3A) ir padėtis prieš 5,2 milijono metų, kai jūros lygis buvo ~ 30 metrų aukštesnis nei dabartinis (3B). Tuo metu iškastinio parko užimta vieta būtų buvusi prie kranto, kur senovės Bergo upė ištuštėjo Atlante. Afrikos bazinis žemėlapis pavaizduotas remiantis „CleanTOPO2“ duomenų rinkiniu, o palydoviniai vaizdai yra NASA „Landsat GeoCover“, maždaug 2000 m.

Įvadas

Kaip mes žinome, kokia buvo senovės žemė prieš žmonėms einant aplink, kad būtų liudytos ir užfiksuotos sąlygos? Vienas pagrindinių būdų, kaip geoscientists atsiskyrė nuo praeities klimato ir ekosistemų, yra atlikti išsamius indėlių, kuriuose yra išsaugotų senovės augalų ir gyvūnų liekanų, tyrimus.

Fosilijų susidarymas paprastai yra retas atvejis, todėl surasti koncentruotų ar labai detalių fosilijų liekanų kišenes yra moksliškai vertinga. Iškastinės nuosėdos, pasižyminčios jų įvairove ar detale, vadinamos „Lagerstätten“ (vokiškai - „motininė“ arba „laikymo vieta“), kurias galima suskirstyti į dvi pagrindines rūšis.

Konservat-Lagerstätten yra vietos, kur yra smulki informacija apie organizmą konservuotas (atkreipkite dėmesį į vokiečių ir kursyvo angliškų atitikmenų panašumą). Tokiose vietose minkštosios organizmo dalys, kurios paprastai suyra, registruojamos kaip atspaudai arba anglies plėvelės. Žinomi tokių telkinių pavyzdžiai yra Burgess skalūnas Britų Kolumbijoje ir Green River formacija Vakarų JAV.

Antroji veislė yra „Konzentrat-Lagerstätte“, kuri yra didelė koncentracija kaulų. Nors šios vietos nepateikia daug tikslios informacijos apie organizmus, jos gali suteikti žvilgsnį į senovės ekosistemą, sutelkdamos gyvūnų kaulus, kurie paprastai būtų pasklidę plačiame plote. Kaip pavyzdžius galima paminėti Juros periodo Morrisono formacijos ekspozicijas prie Dinozaurų nacionalinio paminklo Juta ir 15–16 milijonų metų senumo Sharktooth Hill kaulo lovą Kalifornijoje.

Kitas „Konzentrat-Lagerstätten“ pavyzdys randamas Langebaanweg formacijos nuosėdų telkiniuose Vakarų pakrantės fosilijų parke Pietų Afrikoje. Daugybė liekanų šiuose iškastiniuose sluoksniuose suteikia svarbios informacijos apie biologines bendruomenes ir klimatą regione prieš maždaug 5 milijonus metų.

Svetainių atradimas ir plėtra

Iš pradžių fosfatų kasyklos, fosilijos buvo aptiktos šeštojo dešimtmečio pabaigoje. Fosfatai šiandien iškasami daugiausia tam, kad būtų naudojami trąšose, o fosforo rūgštis dažniausiai naudojama gaiviuosiuose gėrimuose. Tačiau šios uolienos iš pradžių buvo iškasamos, kad būtų naudojamos Antrojo pasaulinio karo ginkluotei.

Sedimentiniai fosfato telkiniai gaminami regionuose, kuriuose didelis jūrų biologinis produktyvumas, pavyzdžiui, šiuolaikiniuose žemyno šelfuose. Dėl kintančių sąlygų, jūros lygio, šiuo metu povandeniniai regionai dabar yra veikiami sausumoje ir yra prieinami aptikti ir iškasti. Aktyvioji iškasenų kasyba buvo nutraukta 1993 m., Kai uždaryta kasykla, o teritorija, kurioje buvo aptiktos fosilijos, buvo atidėta kaip Nacionalinis paminklas (netrukus tapsianti Nacionalinio paveldo objektu). Kalnakasybos veikla galėjo sunaikinti 80% fosilijų šioje vietoje, tačiau vis dar yra maždaug 1 milijonas egzempliorių, išsaugotų Pietų Afrikos Iziko muziejaus kolekcijose.

Fosfatinės uolienos su organinėmis medžiagomis: Šalia fosfatinės uolienos - centimetro skalė. Raudoni grūdai žymi fosfatuotas organines medžiagas. Alexandra Guth nuotrauka.

Sudaro „Konzentrat-Lagerstätte“

Įprasta suakmenėjimo procesą vizualizuoti kaip vieną gyvūną mirštant ir tada palaidojant vietoje. Nors kai kurie gyvūnai žuvo tiesiai ant toje vietoje esančiose užtvankose, daugelis Vakarų Kranto fosilijų parko liekanų laikui bėgant buvo perkelti ir sukoncentruoti vandens šioje vienoje vietoje.

Tikriausiai Bergo upės protėvis ištuštėjo Atlanto vandenyne netoli šių dienų parko, kai buvo dedami kaulai. Jūros smėlio juosta likučius galėjo neleisti išpilti į jūrą, taip pat galėjo tuo pačiu metu sulaikyti iš vandenyno išplautus palaikus.

Aplinkos rekonstravimas

Skirtingi gyvūnai ir augalai turi skirtingus buveinių poreikius; taigi, liekanų nustatymas, kokia egzistuoja bendruomenė, suteikia užuominų apie praeities ekosistemas. Ši užduotis tampa sunkesnė telkiniams, kuriuose yra visiškai išnykusi fauna (pvz., Jurassic Morrison formacijos dinozaurai), tačiau Vakarų Kranto fosilijų parke esantys palaikai yra „vien“ 5 milijonų metų senumo. Nors dauguma parke saugomų rūšių yra pačios išnykusios, jos yra glaudžiai susijusios su šiuolaikinėmis rūšimis.

Norint identifikuoti gyvūną, jums nereikia 100% žmogaus kaulų, kad užtikrintumėte jo atpažinimą. Tai ypač svarbu, nes ištisi griaučiai nėra dažnai aptinkami, ypač Konzentrat-Lagerstätten, kur kaulai buvo nubraižyti ir pernešti. Dažnai yra papildomų konservavimo paklaidų, kai gabenant sunaikinami maži trapūs kaulai, tuo tarpu storesni ir tvirtesni kaulai gali likti nepažeisti. Nepaisant šių sunkumų, paleontologams gana gerai sekasi klasifikuoti ir nustatyti kaulus, kad pavaizduotų senovės bendruomenę.

Vakarų pakrantės iškasenų parke rasti gyvūnai rodo, kad teritorija buvo netoli sausumos ir vandenyno ribų, atsižvelgiant į tai, kad tiek jūrų gyvūnai (pvz., Ruonis, megalodono ryklys, 4 pingvinų rūšys), tiek sausumos žinduoliai (pvz., Trumpakaklė žirafa, aardvarka) , hyena, hippo, mamutas, antilopė, trijų kojų arklys, kalavijas su dantimis) buvo rasti kartu. Papildomas varlių buvimas (bent 8, gal net 12 rūšių telkiniuose) rodo, kad ten turėjo būti gėlas vanduo. Nors daugelis varlių rūšių toleruoja druskingą vandenį, varliagyvių, gyvenančių vien tik jūrinėse buveinėse, nėra.

Kaulinė lova: In situ kaulinė lova eksponuojama Vakarų pakrantės fosilijų parke, Pietų Afrikoje. Žandikaulio kaulas centre priklausė Sivatherei - nykusiam šiuolaikinės žirafos giminaičiui. Styga pažymi 1 metro tinklelį.

Anglies izotopai: ne tik pasimatymai pagal amžių

Išsamesnį supratimą galima gauti tiriant anglies izotopus, išsaugotus kauluose ir dantyse. Nors dauguma žmonių yra susipažinę su C-14 izotopu dėl jo naudojimo pažintyse su naujausiais palaikais (žr. Diskusiją žemiau), anglis turi du labiau paplitusius izotopus, o ne radioaktyvius. C-12 yra labiausiai paplitęs anglies izotopas, o C-13 yra antrinis stabilus izotopas. Kadangi jie yra stabilūs, jie laikui bėgant nesuyra.

Skirtingose ​​augalų grupėse yra skirtingi anglies izotopų santykiai, kurie gali būti naudojami kaip senovės gyvūnų paleodietos pirštų atspaudai. Augaluose esanti anglis naudojama kaulų ir dantų formavimui, kad santykis augaluose atsispindėtų juos vartojančių gyvūnų kauluose.

Šie skirtingi izotopų signalai atsiranda dėl skirtingų augalų metabolizmo būdų. Daugelis žolių yra geologiškai nesenos ir yra „C4 augalai“, o medžiai ir žoliniai augalai yra „C3 augalai“. Savaną sudaro ir C4, ir C3 augalai, nes yra medžių, krūmų ir žolių. Miške, kita vertus, daugiausia bus C3 augalų. Pietų Afrikai būdinga flora yra fynbos (tariama: „smulkiosios žarnos“), kurios taip pat yra C3.

Gyvūno, vartojančio daugiausia C3 augalus, kauluose bus kitoks anglies izotopų santykis nei gyvūno, kuris daugiausia valgo C4 augalus. Kanopinių (kanopinių žinduolių: hipopos, antilopės, žirafa, kiaulės ir kt.) Liekanų analizė rodo, kad fosilijų parke aplinkoje, esančioje prieš 5 milijonus metų, vyravo C3 augalai.

Žiedadulkės

Izotopinė analizė parodė, kad regione nevyravo žolės, tačiau jis negalėjo atskirti medžių, krūmų ir fynbos. Laimei, augalų išskiriamos žiedadulkės paprastai būna gausios ir gerai išsilaiko nuosėdose.

Žiedadulkės, skirtingai nei izotopų santykiai, gali vienareikšmiškai identifikuoti toje vietoje buvusią augalų šeimą ar gentį. Kaip papildoma priemoka, skirtingai nuo didesnių augalų liekanų, pavyzdžiui, medžio ar lapų, žiedadulkės yra lengvai pernešamos vėjo ir vandens, todėl yra plačiai paplitusios iš atskiros augalo vietos. Nors niekada nerasite iškastinio lapo iš atskiro augalo, daug didesnė tikimybė, kad rasite jo žiedadulkes.

Žiedadulkių analizė iškasenų parke rodo, kad prieš 5 milijonus metų į regioną pateko žolinių Ranunculaceae (pvz., Drugelių), Cyperaceae (vėžiai, pvz., Papirusai), Asteraceae (pvz., Ramunės) ir Umbelliferae (pvz., Petražolės, karalienės Anne's nėriniai) augalų šeimos. Šių botaninių šeimų deriniai buvo naudojami norint nustatyti kranto lygumos buveines. Asteraceae, Chenopodiaceae (žąsų kojos) ir Amaranthaceae (amarantas) augalų šeimos taip pat parodė, kad sąlygos yra sausesnės. Taip pat buvo žiedadulkių iš Proteaceae šeimos (pvz., Protea) medžių, taip pat Podocarpus (pvz., Gelsvmedžio) ir Olea (pvz., Alyvuogių ir geležies medžio) genčių.

Dėl visų šių žiedadulkių susidaro augalų bendrijų, gyvenusių šiame regione tuo metu, kai buvo kaupiamos iškastinės nuosėdos, vaizdas. Žinodami, kokie augalai ir gyvūnai tuo metu buvo, tada bus galima nurodyti praeities aplinką.

„Goldilocks“ amžiaus pažinčių problema

Anglies-14 yra (natūraliai susidaręs) radioaktyvusis anglies izotopas, kuris yra populiariausias senų medžiagų pažinimo būdas. Tačiau didžioji dauguma roko įrašų negali būti datuojami šia technika, nes C-14 pusinės eliminacijos laikas yra per trumpas, be to, tam reikia originalios organinės medžiagos (tuo tarpu suakmenėjimas pakeičia originalią organinę medžiagą daugiau patvarūs mineralai). Organinei medžiagai senstant 75 000 metų, mėginyje liko per mažai C-14, kad būtų galima patikimai išmatuoti.

Kalio (K-40) radioaktyviojo izotopo pusinės eliminacijos laikas yra daug ilgesnis nei C-14 ir jo yra dujinėse uolienose. Taigi, metodai, susiję su kaliu ir jo dukteriniu produktu argonu, gali būti naudojami medžiagoms, išsiveržusioms iš ugnikalnių daugiau nei prieš 100 000 metų (kadangi pusinės eliminacijos laikas yra toks ilgas, šios technologijos negalima naudoti labai jaunoms medžiagoms, nes tokia maža frakcija pradinio kalio suiro, kad negalime jo tiksliai išmatuoti).

Deja, per tuos gyvūnus mirus, Pietų Afrika nebuvo vulkaniškai aktyvi, todėl nuosėdų negalima datuoti tiesiogiai naudojant kalio argoną. Tačiau norint nustatyti nuosėdų amžių, galima naudoti kitus metodus, susijusius su jūros lygio pokyčiais, paleomagnetizmu ir fosilijomis.

Amžių susiejimas su fosilijomis

Biostratigrafija yra uolienų įrašų užsakymo būdas, pagrįstas likusiais gyvūnais, ir yra naudinga alternatyva nustatant suakmenėjusių uolienų amžiaus apribojimus. Atrodo, kad kai kurios gyvūnijos, tokios kaip kiaulės ir drambliai, greitai keičiasi (geologine prasme), todėl identifikuodami skirtingas šių gyvūnų grupes gali padėti tiksliai nustatyti uolienų amžių.

Iškastinių gyvūnų įkalčiai riboja Vakarų pakrantės iškastinių parkų nuosėdų amžių iki maždaug 5,2 milijono metų. Cukrus (kiaulė) Nyanzachoerus kanamensis rastas tiek Rytų Afrikoje, tiek fosilijų parke. Dėl aktyvaus riftingo ir susijusio vulkaninio aktyvumo Rytų Afrikoje su ta rūšimi buvo susijusi absoliutaus amžiaus data (kaip, pavyzdžiui, galime nurodyti kelis skaičius). Kadangi kiaulių šeimoje įvyko geologiškai spartūs pokyčiai, atradę tą rūšį galime pasakyti ką nors apie parke esančių nuosėdų amžių.

Išvados

Rekonstruojant aplinką, dažnai gali prireikti smulkių detalių: izotopų parašų kauluose, mikrodalelių raštų ant dantų (įbrėžimai ant dantų paviršiaus gali parodyti, ar gyvūnas buvo ganytojas, naršyklė ar mišraus maitinimo šaltinis), žiedadulkių rinkiniai nuosėdose ir tt ...

Šiuo metu parkas egzistuoja Viduržemio jūros klimato sąlygomis ir yra daugiau nei 10 km nuo vandenyno. Tačiau visi šie įrodymai rodo, kad prieš penkis milijonus metų Vakarų pakrantės iškastinis parkas būtų buvęs subtropiniame miškų plote, netoli kurio senovės Bergo upė ištuštėjo Atlanto vandenyne.

Gyvūnų liekanos kartu su mikroskopiniais ir cheminiais užuominomis sukuria vientisą vaizdą apie tai, koks buvo šis regionas, nors nė vienas žmogus nebuvo šalia to, kad tiesiogiai jį matys. Būtent tokiu būdu geomokslininkai išsiaiškina buvusio Žemės gyvenimo ir klimato paslaptis.

Šiandien šias fosilijas galima pamatyti vietoje (vietoje) Vakarų pakrantės fosilijų parke Pietų Afrikoje, o svečiai net gali padėti susidaryti aplinkosauginį vaizdą, ieškodami paukščių, varlių, graužikų ir daugelio kitų mažų gyvūnų mikrofilmų ant sieto. ekranai. Bet kokie radiniai pridedami prie muziejaus kolekcijų - lankytojams neleidžiama rinkti egzempliorių sau, nes visas fosilijas saugo valstybė Pietų Afrikoje.

Vakarų pakrantės fosilijų parkas yra įsikūręs 120 km į šiaurę nuo Keiptauno, Pietų Afrikoje. Jų tinklalapyje yra gausios informacijos apie svetainę, išsamių nurodymų, informacijos apie ten vykdomus tyrimus, taip pat mokomosios animacijos ir darbalapių. Šio straipsnio autorė norėtų padėkoti iškastinio parko valdytojui Pippa Haarhoff už pagalbą ir padrąsinimą.

apie autorių

Alex Guth yra Mičigano technologijos universiteto doktorantūra, o jos disertacijoje buvo nagrinėjama Kenijos rifto vulkaninė evoliucija. Ji keletą kartų lankėsi Pietų Afrikos Vakarų Kapo regione, norėdama padėti savo patarėjai geologijos lauko stovykloje, o jos tyrimai Afrikoje suteikė keletą galimybių dirbti su „National Geographic“. Jos internetinę svetainę galima apžiūrėti: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/