Parcul fosilelor West Coast: Clima trecută și ecosistemele antice

Conţinut

• Introducere
• Descoperire și dezvoltare a site-ului
• Formând un Konzentrat-Lagerstätte
• Reconstruirea unui mediu
• Izotopi de carbon: mai mult decât simpla întâlnire cu vârsta
• Polen
• Problema de întâlnire a vârstei Goldilocks
• Legarea vârstelor cu fosilele
• concluzii
• Despre autor

Reconstruirea unui mediu: Oamenii de știință combină multe dovezi pentru a înțelege trecutul Pământului. Fosilele (A) arată în mod specific care animale trăiau într-o regiune, în timp ce sedimentele din jurul oaselor oferă indicii importante cu privire la locul de depunere. Oasele pot fi analizate în continuare pentru compozițiile lor izotopice, care este influențată de ce plante consumă animalul în viață (B). În plus, polenul eliberat din plante tinde să fie ușor păstrat în registrul geologic, oferind o înregistrare detaliată a comunităților florale din trecut.Toate aceste dovezi pot fi combinate pentru a crea reconstrucții detaliate ale mediilor care au existat cu milioane de ani în urmă (C).

Parcul fosilelor din coasta de vest: Harta locației care arată altitudinea Africii (1) cu regiunea Western Cape din Africa de Sud (2) extinsă. Pe harta 2, stea portocalie sudică este locația Cape Town, iar stea albastră nordică reprezintă parcul fosilelor West Coast. Regiunea subsetului 3 este extinsă pentru a arăta condițiile actuale ale nivelului mării (3A) și situația în urmă cu 5,2 milioane de ani, când nivelul mării era cu ~ 30 de metri mai mare decât în ​​prezent (3B). La acea vreme, situl ocupat de parcul fosil ar fi fost în apropierea coastei unde vechiul râu Berg s-a golit în Atlantic. Harta de bază din Africa este din setul de date CleanTOPO2, iar imaginile din satelit sunt Landsat GeoCover aproximativ 2000.

Introducere

De unde știm cum era Pământul antic, înainte ca oamenii să fie în preajmă pentru a martori și înregistra condițiile? Unul dintre principalele moduri în care geoscienții dezvăluie climatul și ecosistemele din trecut este prin efectuarea de studii detaliate asupra depozitelor care conțin rămășițele conservate ale plantelor și animalelor antice.

Formarea de fosile este, în general, o întâmplare rară, astfel că găsirea de buzunare cu resturi de fosile concentrate sau extrem de detaliate este de valoare științifică. Depozitele fosile notabile pentru diversitatea sau detaliile lor se numesc Lagerstätten (germană pentru „loc de mamă” sau „loc de depozitare”), care pot fi împărțite în două tipuri principale.

Konservat-Lagerstätten sunt locații în care se află detaliile fine ale unui organism conservat (notați asemănarea dintre echivalentul german și italicizat). În astfel de site-uri, părțile moi ale unui organism, care în mod normal se descompun, sunt înregistrate ca impresii sau pelicule de carbon. Exemple bine cunoscute de astfel de zăcăminte sunt Șistul Burgess din Columbia Britanică și Formația Râului Verde din Vestul SUA.

Al doilea soi este Konzentrat-Lagerstätte, care este o locație în care există o mare concentraţie de oase. În timp ce aceste site-uri nu oferă multe detalii fine ale organismelor, ele pot oferi o privire a unui ecosistem antic prin concentrarea oaselor animalelor care ar fi în mod normal răspândite pe o arie largă. Printre exemple se numără expunerile de formare Morrison, în vârstă de jurasic, la monumentul National Dinosaur din Utah, și patul osos Sharktooth Hill, în vârstă de 15-16 milioane de ani, din California.

Un alt exemplu de Konzentrat-Lagerstätten se găsește în zăcămintele de sedimente ale Formației Langebaanweg din Parcul Fosil al Coastei de Vest din Africa de Sud. Numeroasele rămășițe din aceste paturi fosilifere oferă informații importante despre comunitățile biologice și climatul regiunii în urmă cu aproximativ 5 milioane de ani.

Descoperire și dezvoltare a site-ului

Inițial o mină de fosfați, fosilele au fost descoperite la sfârșitul anilor '50. Fosfatii sunt exploatați astăzi în principal pentru utilizarea lor în îngrășăminte, iar acidul fosforic este frecvent utilizat în băuturile răcoritoare. Cu toate acestea, aceste roci au fost minate pentru a fi utilizate în armamentele din al doilea război mondial.

Depozitele de fosfat sedimentare sunt produse în regiuni cu o productivitate biologică marină mare, precum rafturile continentale moderne. Datorită schimbării condițiilor, nivelului mării în acest caz, regiunile anterior sub apă sunt acum expuse pe uscat și accesibile pentru detectare și săpătură. Mineritele active ale sitului fosilelor au încetat în 1993 când s-a închis mina, iar zona în care au fost descoperite fosilele a fost pusă deoparte ca Monument Național (în curând să devină sit de patrimoniu național). Este posibil ca activitatea minieră să fi distrus 80% din fosile de pe acest site, dar se mai păstrează că se estimează un milion de exemplare păstrate în colecțiile Muzeului sud-african Iziko.

Rocă fosfatică cu material organic: O scară de centimetru lângă roca fosfatică. Cerealele roșii reprezintă materialul organic fosfatizat. Fotografie de Alexandra Guth.

Formând un Konzentrat-Lagerstätte

Este comună vizualizarea procesului de fosilizare ca un singur animal murind și apoi să fie îngropat în loc. În timp ce unele animale au murit direct pe câmpurile inundate care existau la fața locului, multe dintre rămășițele din parcul fosilelor din West Coast au fost mutate și concentrate de apă în această singură locație de-a lungul timpului.

Probabil „strămoșul” râului Berg s-a golit în Atlantic în apropierea parcului actual, când au fost depuse oasele. Poate că o bară de nisip în afara țărmului a împiedicat rămășițele să fie spălate spre mare și poate să fi acționat simultan pentru a captura rămășițele spălate din ocean.

Reconstruirea unui mediu

Diferite animale și plante au nevoi de habitat variate; astfel, identificarea rămășițelor pentru a stabili ce comunitate este prezentă oferă indicii despre ecosistemele din trecut. Această sarcină devine mai dificilă pentru depozitele care reprezintă o faună complet dispărută (cum ar fi dinozaurii formațiunii Jurassic Morrison), dar rămășițele din Parcul Fosililor West Coast au o „simplă” vechime de 5 milioane de ani. În timp ce majoritatea speciilor păstrate în parc sunt dispuse, ele sunt strâns legate de speciile moderne.

În ceea ce privește identificarea unui animal, nu aveți nevoie de 100% din oasele unei persoane pentru ao identifica cu încredere. Acest lucru este deosebit de important, deoarece scheletele întregi nu se găsesc în mod obișnuit, în special în Konzentrat-Lagerstätten unde oasele au fost dezarticulate și transportate. Există adesea o prejudecată suplimentară de conservare, în care oasele delicate mici sunt distruse în timpul transportului, în timp ce oasele mai groase și mai rezistente sunt mai susceptibile să rămână intacte. În ciuda acestor dificultăți, paleontologii au un succes destul de mare în clasificarea și identificarea oaselor pentru a imagina comunitatea antică.

Animalele găsite în parcul fosililor din West Coast indică faptul că zona se afla în apropierea graniței de pământ și ocean, având în vedere că atât animale marine (ex. Focă, rechin megalodon, 4 specii de pinguin), cât și mamifere terestre (de exemplu, girafă cu gât scurt, aardvark , hiena, hipopotam, mamut, antilopă, cal cu trei degete, pisică cu dinți de sabl) au fost găsite împreună. Prezența suplimentară a broaștelor (cel puțin 8, poate câte 12 specii sunt reprezentate în depozite) indică faptul că trebuie să fi existat apă dulce în picioare. În timp ce multe specii de broaște prezintă o anumită toleranță față de apa salină, nu există amfibieni cunoscuți care să locuiască în habitate pur marine.

Pat osos: Patul osos in situ aflat în parcul fosilelor West Coast, Africa de Sud. Osul maxilarului din centru aparținea unui Sivathere, o rudă dispărută a girafei moderne. Șirul marchează o grilă de 1 metru.

Izotopi de carbon: mai mult decât simpla întâlnire cu vârsta

O înțelegere mai detaliată poate rezulta din examinarea izotopilor de carbon conservați în oase și dinți. În timp ce majoritatea oamenilor sunt familiarizați cu izotopul C-14, datorită utilizării sale în datările rămase recente (vezi discuția de mai jos), carbonul are doi izotopi care sunt mai comuni și nu sunt radioactivi. C-12 este cel mai frecvent izotop al carbonului, C-13 fiind un izotop stabil secundar. Deoarece sunt stabile, nu se descompun în timp.

Diferite grupuri de plante au raporturi distincte de izotopi de carbon care pot fi folosiți ca amprentă pentru paleodietul animalelor antice. Carbonul din plante este utilizat pentru a construi oase și dinți, astfel încât raporturile din plante sunt reflectate în oasele animalelor care le consumă.

Aceste semnături izotopice diferite se datorează diferitelor căi metabolice utilizate de plante. Multe ierburi sunt geologice recente și sunt „plante C4”, în timp ce copacii și plantele erbacee sunt „plante C3”. O savană este compusă atât de plante C4 cât și de C3, deoarece există copaci, arbuști și ierburi. O pădure, pe de altă parte, vor fi predominant plante C3. O flora unica pentru Africa de Sud este fynbosul (pronunțat: „finebose”), care este și C3.

Un animal care consumă în mare parte plante C3 va avea un raport de izotopi de carbon diferit în oasele sale decât un animal care mănâncă în cea mai mare parte plante C4. Analizele efectuate pe rămășițele ungulatelor (mamifere cu copaci: hipopotami, antilopă, girafă, porci, etc ...) indică faptul că mediul prezent în parcul fosilelor în urmă cu 5 milioane de ani a fost dominat de plantele C3.

Polen

În timp ce analiza izotopică a indicat că regiunea nu a fost dominată de ierburi, ea nu a putut diferenția între copaci, arbuști și finbos. Din fericire, polenul eliberat de plante este de obicei abundent și bine conservat în sedimente.

Polenul, spre deosebire de raporturile izotopilor, poate identifica în mod unic o familie de plante sau un gen care a fost prezent în zonă. Ca bonus suplimentar, spre deosebire de rămășițele de plante mai mari precum lemnul sau frunzele, polenul este ușor transportat de vânt și apă și este astfel răspândit pe scară largă din locația unei plante individuale. În timp ce este posibil să nu găsiți niciodată o frunză fosilă dintr-o plantă individuală, este mult mai probabil să găsiți polenul său.

Analiza polenului din Parcul Fosililor indică faptul că în urmă cu 5 milioane de ani regiunea includea Ranunculaceae erbacee (de exemplu, buturugii), Cyperaceae (sedgii, de exemplu papirus), Asteraceae (de exemplu margarete) și Umbelliferae (de exemplu, pătrunjel, dantelă a reginei Anne). Combinația acestor familii botanice a fost utilizată pentru a deduce un habitat de coastă. Prezența familiilor de plante Asteraceae, Chenopodiaceae (gâscă) și Amaranthaceae (amarant) au indicat în plus condiții mai uscate. Polenul din copacii familiei Proteaceae (de exemplu, protea), precum și genurile Podocarpus (de exemplu, lemn galben) și Olea (de exemplu măsline și lemn de fier) ​​au fost de asemenea prezenți.

Prezența întregului polen oferă o imagine a comunităților de plante care au locuit în această regiune la momentul depunerii sedimentelor fosilifere. Știind ce plante și animale erau prezente la vremea respectivă poate fi apoi folosit pentru a indica mediul trecut.

Problema de întâlnire a vârstei Goldilocks

Carbon-14 este izotopul radioactiv (natural) al carbonului, care este cea mai cunoscută metodă pentru datarea materialelor vechi. Cu toate acestea, marea majoritate a înregistrării rocilor nu poate fi datată cu această tehnică, deoarece timpul de înjumătățire a C-14 este prea scurt și necesită, de asemenea, prezența materialului organic original (în timp ce fosilizarea înlocuiește materialul organic original cu mai mult minerale durabile). Până când materialul organic are 75.000 de ani, rămâne prea puțin C-14 în probă pentru a se măsura în mod fiabil.

Izotopul radioactiv al potasiului (K-40) are un timp de înjumătățire mult mai lung decât C-14 și este prezent în rocile igiene. Astfel, tehnicile care implică Potasiu și produsul său firesc Argon, pot fi utilizate pe materiale care au fost erupte de la vulcani acum mai bine de 100.000 de ani (deoarece timpul de înjumătățire este atât de lung, această tehnică nu poate fi folosită pe materiale foarte tinere, deoarece o fracțiune atât de mică potasiu inițial a descompus că nu îl putem măsura cu exactitate).

Din păcate, Africa de Sud nu a fost activă vulcanic în perioada în care aceste animale au murit, astfel încât sedimentele nu pot fi datate direct folosind potasiu-argon. Cu toate acestea, alte metode care implică modele de schimbare a nivelului mării, paleomagnetism și fosile pot fi utilizate pentru a indica vârsta sedimentelor.

Legarea vârstelor cu fosilele

Biostratigrafia este o metodă de a ordona înregistrarea rocilor pe baza rămășițelor animale prezente și este o alternativă utilă pentru asigurarea constrângerilor de vârstă pe rocile fosilifere. Unele linii de animale, precum porcii și elefanții, par să se schimbe rapid (în sens geologic), astfel încât identificarea diferitelor seturi de animale poate ajuta la identificarea vârstei rocilor.

Indiciile provenite de la animale fosile limitează vechimea sedimentelor din Parcul Fosil din West Coast până în urmă cu aproximativ 5,2 milioane de ani. Suidul (porc) Nyanzachoerus kanamensis a fost găsit atât în ​​Africa de Est, cât și în parcul fosilelor. Datorită rifting-ului activ și activității vulcanice asociate în Africa de Est, a fost asociată cu acea specie o dată de vârstă absolută (ca și în cazul, putem fixa un număr). Întrucât familia de porci se confruntă cu schimbări rapide din punct de vedere geologic, găsind acea specie putem spune ceva despre vârsta sedimentelor din parc.

concluzii

Reconstruirea unui mediu poate adesea să ajungă la detalii fine: semnături izotopice în oase, modele de îmbrăcăminte pe dinți (zgârieturi pe suprafața dinților pot indica dacă animalul era un pășunar, un browser sau un alimentator cu mod mixt), ansambluri de polen în sedimente , etc ...

În acest moment, parcul există într-un climat mediteranean și este situat la peste 10 km de ocean. Cu toate acestea, toate probele combinate indică faptul că acum cinci milioane de ani Parcul Fosil al Coastei de Vest ar fi existat într-o pădure subtropicală în apropierea locului în care un vechi râu Berg s-a golit în Atlantic.

Resturile de animale combinate cu indicii microscopice și chimice creează o imagine coerentă a cum a fost această regiune, deși niciun om nu era în preajmă să o asiste direct. În acest fel, geoscientiștii dezvăluie misterele vieții și climei trecute a Pământului.

Astăzi, aceste fosile pot fi văzute in situ (în loc) în Parcul Fosililor din West Coast, din Africa de Sud, iar oaspeții pot chiar ajuta la completarea imaginii de mediu căutând microfosile de păsări, broaște, rozătoare și multe alte animale mici pe sit. ecrane. Orice descoperiri sunt adăugate colecțiilor muzeului - vizitatorii nu au voie să colecteze exemplare pentru ei înșiși, deoarece toate fosilele sunt protejate de statul din Africa de Sud.

Parcul fosilelor West Coast este situat la 120 km nord de Cape Town, în Africa de Sud. Site-ul lor conține informații abundente despre site, indicații detaliate, informații privind cercetările care se desfășoară acolo, precum și animații educaționale și foi de lucru. Autorul acestui articol dorește să mulțumească managerului Parcului Fosililor, Pippa Haarhoff, pentru ajutorul și încurajarea ei.

Despre autor

Alex Guth este doctorand la Universitatea Tehnologică din Michigan, iar disertația sa s-a concentrat pe evoluția vulcanică a Riftului din Kenya. A vizitat de mai multe ori regiunea Cape West din Africa de Sud pentru a-i ajuta consilierul în tabăra de geologie, iar cercetările sale în Africa au dus la mai multe oportunități de a lucra cu National Geographic. Site-ul ei poate fi vizualizat la: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/