Innhold
- Introduksjon
- Oppdagelse og utvikling av nettsteder
- Danner en Konzentrat-Lagerstätte
- Rekonstruere et miljø
- Karbonisotoper: Mer enn bare aldersdating
- pollen
- The Goldilocks Age Dating Problem
- Koble aldre med fossiler
- konklusjoner
- om forfatteren
Rekonstruere et miljø: Forskere kombinerer mange bevis for å forstå jordens fortid. Fossiler (A) viser spesifikt hvilke dyr som bodde i en region, mens sedimentene rundt beina gir viktige ledetråder om avsetningsinnstillingen. Ben kan analyseres ytterligere for deres isotopiske sammensetninger, som påvirkes av hvilke planter dyret konsumerte mens han var i live (B). I tillegg har pollen som frigjøres fra planter en tendens til å bli lett bevart i den geologiske referansen, noe som gir en detaljert oversikt over tidligere blomstermiljøer.Alle disse bevisbitene kan kombineres for å lage detaljerte rekonstruksjoner av miljøer som eksisterte for millioner av år siden (C).
West Coast Fossil Park: Location map som viser høyden av Afrika (1) med Western Cape-regionen i Sør-Afrika (2) utvidet. På kart 2 er den sørlige oransje stjernen plasseringen av Cape Town, og den nordlige blå stjernen representerer vestkysten fossilpark. Delmengdeområdet 3 utvides for å vise de nåværende havnivåforholdene (3A) og situasjonen for 5,2 millioner år siden, da havnivået var ~ 30 meter høyere enn nåværende (3B). På den tiden ville stedet okkupert av fossilparken ha vært i nærheten av kysten hvor den gamle Berg-elven tømte seg ut i Atlanterhavet. Elevation of Africa-basekartet er fra datasettet CleanTOPO2, og satellittbilder er NASAs Landsat GeoCover circa 2000.
Introduksjon
Hvordan vet vi hvordan den gamle jorden var før folk var rundt for å vitne og registrere forhold? En av de viktigste måtene geovitenskapsmenn avslører tidligere klimaer og økosystemer er ved å gjøre detaljerte studier av forekomster som inneholder de bevart restene av gamle planter og dyr.
Danning av fossiler er vanligvis en sjelden forekomst, så det er vitenskapelig verdifullt å finne lommer med konsentrerte, eller svært detaljerte, fossile rester. Fossile forekomster som er kjent for deres mangfold eller detaljer, kalles Lagerstätten (tysk for ‘moderlode’ eller ‘lagringssted’), som kan deles inn i to hovedtyper.
Konservat-Lagerstätten er steder der de fine detaljene i en organisme er konservert (legg merke til likheten mellom det tyske og kursiverte engelske ekvivalent). På slike steder blir de myke delene av en organisme, som normalt forfaller, registrert som inntrykk eller karbonfilmer. Kjente eksempler på slike forekomster er Burgess Shale i British Columbia og Green River Formation i det vestlige USA.
Den andre sorten er Konzentrat-Lagerstätte, som er et sted der det er en stor konsentrasjon av bein. Selv om disse stedene ikke gir mange fine detaljer om organismer, kan de gi et glimt av et gammelt økosystem ved å konsentrere beinene til dyr som normalt vil være spredt over et bredt område. Eksempler inkluderer eksponeringene fra Jurassic-aged Morrison Formation ved Dinosaur National Monument i Utah, og den 15-16 millioner år gamle Sharktooth Hill Bone Bed i California.
Et annet eksempel på en Konzentrat-Lagerstätten finnes i sedimentforekomstene av Langebaanweg-formasjonen i vestkysten fossilpark i Sør-Afrika. De mange restene i disse fossiløse sengene gir viktig informasjon om de biologiske miljøene og klimaet i regionen for rundt 5 millioner år siden.
Oppdagelse og utvikling av nettsteder
Opprinnelig en fosfatgruve, ble fossilene oppdaget på slutten av 1950-tallet. Fosfater blir utvunnet i dag hovedsakelig for bruk i gjødsel, og fosforsyre brukes ofte i brus. Disse bergartene ble imidlertid opprinnelig utvunnet for bruk i rustninger fra andre verdenskrig.
Sedimentære fosfatforekomster produseres i regioner med høy marin biologisk produktivitet, som de moderne kontinentalsokklene. På grunn av skiftende forhold, havnivået i dette tilfellet, er regioner som tidligere var under vann nå utsatt på land og tilgjengelige for påvisning og utgraving. Aktiv gruvedrift på fossilområdet opphørte i 1993 da gruven stengte, og området hvor fossiler ble oppdaget ble satt til side som et nasjonalt monument (snart til å bli et nasjonalt kulturarv). Gruvevirksomhet kan ha ødelagt 80% av fossilene på dette stedet, men det er fortsatt anslagsvis 1 million eksemplarer bevart i samlingene til Iziko South African Museum.
Fosfatisk bergart med organisk materiale: En centimeter skala ved siden av fosfatisk bergart. De røde kornene representerer det fosfatiserte organiske materialet. Foto av Alexandra Guth.
Danner en Konzentrat-Lagerstätte
Det er vanlig å visualisere fossiliseringsprosessen som et enkelt dyr som dør og deretter begraves på plass. Mens noen dyr døde direkte på flomslettene som pleide å eksistere på stedet, ble mange av restene ved vestkysten fossilpark flyttet og konsentrert av vann på dette ene stedet over tid.
Sannsynligvis tømte 'stamfaren' til elven Berg i Atlanterhavet nær dagens park da beinene ble avsatt. En sandstrand til havs kan ha hindret restene fra å bli skyllet ut til sjøen, og kan også ha fungert samtidig for å fange rester som ble vasket inn fra havet.
Rekonstruere et miljø
Ulike dyr og planter har varierte habitatbehov; Å identifisere restene for å finne ut hva samfunnet er til stede gir ledetråder om tidligere økosystemer. Denne oppgaven blir vanskeligere for forekomster som representerer en helt utdødd fauna (som dinosaurene i Jurassic Morrison-formasjonen), men restene ved West Coast Fossil Park er bare '5 millioner år gamle. Mens de fleste av artene som er bevart i parken er utdødd, er de nært knyttet til moderne arter.
Når det gjelder å identifisere et dyr, trenger du ikke 100% av et individs bein for å identifisere det med sikkerhet. Dette er spesielt viktig, ettersom hele skjelett ikke er ofte funnet, spesielt i Konzentrat-Lagerstätten hvor beinene er blitt disartikulert og transportert. Det er ofte en ekstra bevaringsskjevhet, der små delikate bein blir ødelagt under transport, mens tykkere og kraftigere bein er mer sannsynlig å forbli intakte. Til tross for disse vanskene, er paleontologer ganske vellykket med å klassifisere og identifisere bein for å forestille det gamle samfunnet.
Dyrene som ble funnet ved vestkysten fossilpark indikerer at området var nær grensen til land og hav, gitt at både marine dyr (f.eks sel, megalodon hai, 4 arter av pingviner) og landpattedyr (f.eks. Kortert sjiraff, aardvark , hyene, flodhest, mammut, antilope, tre-toed hest, sabel-tannet katt) ble funnet sammen. Den ekstra tilstedeværelsen av frosker (minst 8, kanskje så mange som 12 arter er representert i forekomstene) indikerer at det må ha stått ferskvann. Mens mange froskearter utviser en viss toleranse for saltvann, er det ingen kjente amfibier som bebor rent marine habitater.
Ben seng: Beinsengen på stedet vist på West Coast Fossil Park, Sør-Afrika. Kjevebenet i sentrum tilhørte en Sivathere, en utdødd slektning av den moderne sjiraffen. Strengen markerer et 1-meters rutenett.
Karbonisotoper: Mer enn bare aldersdating
En mer detaljert forståelse kan komme fra å undersøke karbonisotoper som er bevart i bein og tenner. Mens folk flest er kjent med C-14-isotopen på grunn av bruken av dem til datering av nyere rester (se diskusjon nedenfor), har karbon to isotoper som er mer vanlige og ikke radioaktive. C-12 er den vanligste isotopen av karbon, hvor C-13 er en sekundær stabil isotop. Fordi de er stabile, forfaller de ikke over tid.
Ulike plantegrupper har forskjellige forhold mellom karbonisotoper som kan brukes som et fingeravtrykk for paleodiet av gamle dyr. Karbonet i planter brukes til å bygge bein og tenner, slik at forholdene i plantene gjenspeiles i beinene til dyrene som konsumerer dem.
Disse forskjellige isotopiske signaturene skyldes de forskjellige metabolske veiene som brukes av planter. Mange gress er geologisk nyere og er “C4-planter”, mens trær og urteaktige planter er “C3-planter”. En savanne består av både C4- og C3-planter, da det er trær, busker og gress. En skog derimot, vil hovedsakelig være C3-planter. En flora som er unik for Sør-Afrika er fynbos (uttales: "finebose"), som også er C3.
Et dyr som bruker mest C3-planter, vil ha et annet karbonisotopforhold i benene enn et dyr som stort sett spiser C4-planter. Analyse gjort på restene av hovdyr (hovspattedyr: flodhester, antiloper, sjiraffer, griser osv.)) Indikerer at miljøet i fossilparken for 5 millioner år siden ble dominert av C3-planter.
pollen
Mens den isotopanalysen indikerte at regionen ikke var dominert av gress, kunne den ikke skille mellom trær, busker og fynbos. Heldigvis er pollen frigitt av planter vanligvis rikelig og godt bevart i sedimenter.
Pollen, i motsetning til isotopforhold, kan identifisere en plantefamilie eller slekt som var til stede i området på en unik måte. I motsetning til større planterester som tre eller blader, blir pollen lett ført av vind og vann og spres dermed vidt fra det enkelte plantes beliggenhet. Selv om du kanskje aldri finner et fossilblad fra en enkelt plante, er det mye mer sannsynlig at du finner pollen.
Pollenanalyse i fossilparken indikerer at regionen for 5 millioner år siden inkluderte de urteaktige Ranunculaceae (f.eks. Smørkopper), Cyperaceae (sedges, f.eks. Papyrus), Asteraceae (f.eks. Tusenfryd) og Umbelliferae (f.eks. Persille, dronning Annes blonder) plantefamilier. Kombinasjonen av disse botaniske familiene ble brukt til å utlede et habitat på kystsletten. Tilstedeværelsen av plantefamiliene Asteraceae, Chenopodiaceae (gåsefot) og Amaranthaceae (amaranth) indikerte i tillegg tørrere forhold. Pollen fra trær fra familien Proteaceae (f.eks. Protea), så vel som Podocarpus (f.eks. Gulved) og Olea (f.eks. Oliven- og jernved) var også til stede.
Tilstedeværelsen av alt dette pollen gir et bilde av plantesamfunnene som bebod denne regionen på det tidspunktet de fossiløse sedimentene ble avsatt. Å vite hvilke planter og dyr som var til stede på det tidspunktet, kan da brukes til å indikere fortidens miljø.
The Goldilocks Age Dating Problem
Carbon-14 er den (naturlig forekommende) radioaktive isotopen av karbon som er den mest kjent metoden for å datere gamle materialer. Det store flertallet av bergensplaten kan imidlertid ikke dateres med denne teknikken fordi halveringstiden til C-14 er for kort, og den krever også tilstedeværelsen av det opprinnelige organiske materialet (mens fossilisering erstatter det originale organiske materialet med mer holdbare mineraler). Når det organiske materialet er 75 000 år gammelt, er det for lite C-14 igjen i prøven til å måle pålitelig.
Den radioaktive isotopen av kalium (K-40) har en mye lengre halveringstid enn C-14 og er til stede i stollede bergarter. Dermed kan teknikker som involverer kalium og datterproduktet Argon brukes på materialer som ble brutt ut fra vulkaner for mer enn 100 000 år siden (fordi halveringstiden er så lang, kan denne teknikken ikke brukes på veldig ungt materiale fordi en så liten brøkdel av det originale kaliumet har forfalt at vi ikke kan måle det nøyaktig).
Dessverre var ikke Sør-Afrika vulkansk aktiv i løpet av den tiden disse dyrene døde, så sedimentene kan ikke dateres direkte ved bruk av kalium-argon. Imidlertid kan andre metoder som involverer mønster av havnivåendring, paleomagnetisme og fossiler brukes for å indikere sedimentets alder.
Koble aldre med fossiler
Biostratigrafi er en metode for å bestille bergartene basert på dyrets rester til stede, og er et nyttig alternativ for å gi aldersbegrensninger på fossile bergarter. Noen dyrelinjer som grisene og elefantene ser ut til å endre seg raskt (i en geologisk forstand), så å identifisere forskjellige sett av disse dyrene kan bidra til å kartlegge steinenes alder.
Ledetråder fra fossile dyr begrenser alderen til vestkysten av fossilparkene til rundt 5,2 millioner år siden. Den suid (grisen) Nyanzachoerus kanamensis er funnet både i Øst-Afrika og i fossilparken. På grunn av den aktive riftingen og den tilhørende vulkanske aktiviteten i Øst-Afrika, har en absolutt aldersdato (som i, kan vi feste et tall til den) blitt assosiert med den arten. Siden grisefamilien opplevde geologisk raske forandringer, kan vi ved å finne den arten si noe om sedimentets alder i parken.
konklusjoner
Å rekonstruere et miljø kan ofte komme til detaljer: isotopiske signaturer i bein, mikrobølgemønster på tenner (riper på overflaten av tennene kan indikere om dyret var en grazer, nettleser eller matemater med blandet modus), pollensamlinger i sedimenter , etc...
For øyeblikket eksisterer parken i et middelhavsklima og ligger over 10 km fra havet. Alle de samlede bevisene indikerer imidlertid at for fem millioner år siden ville vestkysten fossilpark ha eksistert i et subtropisk skogsområde nær der en eldgamle Berg-elv tømte seg ut i Atlanterhavet.
Animalsk rester kombinert med mikroskopiske og kjemiske ledetråder skaper et sammenhengende bilde av hvordan denne regionen var, selv om ingen mennesker var rundt for å være vitne til den direkte. Det er på denne måten som geovitenskapsmenn oppdager mysteriene rundt jordas tidligere liv og klima.
I dag kan disse fossilene sees på stedet (på plass) ved vestkysten fossilpark i Sør-Afrika, og gjestene kan til og med bidra til å fullføre miljøbildet ved å se etter mikrofossiler av fugler, frosker, gnagere og mange andre små dyr på silen. skjermer. Eventuelle funn blir lagt til museesamlingene - besøkende har ikke lov til å samle eksemplarer for seg selv, da alle fossiler er beskyttet av staten i Sør-Afrika.
West Coast Fossil Park ligger 120 km nord for Cape Town i Sør-Afrika. Nettstedet deres inneholder rikelig informasjon om nettstedet, detaljerte veibeskrivelser, informasjon om forskning som skjer der, samt pedagogiske animasjoner og arbeidsark. Forfatteren av denne artikkelen vil takke sjefen for fossilparken, Pippa Haarhoff, for hennes hjelp og oppmuntring.
om forfatteren
Alex Guth er doktorgrad fra Michigan Technological University, og avhandlingen hennes fokuserte på den vulkanske utviklingen av Kenya Rift. Hun har besøkt Western Cape-regionen i Sør-Afrika flere ganger for å hjelpe sin rådgiver med feltleir for geologi, og forskningen hennes i Afrika har ført til flere muligheter til å jobbe med National Geographic. Hjemmesiden hennes kan sees på: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/