Зміст
- Вступ
- Відкриття та розробка сайту
- Формування Концентрат-Лагерштетта
- Реконструкція довкілля
- Ізотопи вуглецю: більше, ніж просто вікові знайомства
- Пилок
- Проблема знайомства з віком золотинок
- Пов'язування віків із скам’янілими
- Висновки
- Про автора
Реконструкція середовища: Вчені поєднують багато доказів, щоб зрозуміти минуле Землі. Копалини (A) конкретно показують, які тварини мешкали в регіоні, тоді як осади, що оточують кістки, дають важливі підказки щодо умов осідання. Кістки можуть бути додатково проаналізовані на їх ізотопні композиції, на які впливає те, які рослини тварина вживала під час живих (В). Крім того, пилок, що виділяється з рослин, як правило, легко зберігається в геологічному записі, забезпечуючи детальний запис минулих квіткових спільнот.Усі ці докази можуть бути об'єднані для створення детальних реконструкцій середовищ, що існували мільйони років тому (C).
Викопний парк Західного узбережжя: Карта розташування, що показує висоту Африки (1) з розширеним регіоном Південно-Африканського регіону Західна Капська земля (2). На карті 2 південна помаранчева зірка - це розташування Кейптауна, а північна синя зірка являє собою викопний парк Західного узбережжя. Підмножина області 3 розширена, щоб показати сучасні умови рівня моря (3А) та ситуацію 5,2 мільйона років тому, коли рівень моря був на 30 метрів вищий за нинішній (3В). У той час місце, займане викопним парком, було б біля узбережжя, де древня річка Берг впадала в Атлантику. Підвищення базової карти Африки відбувається з набору даних CleanTOPO2, а супутникові знімки - це НАСА Landsat GeoCover близько 2000 року.
Вступ
Як ми можемо знати, якою була давня Земля, перш ніж люди були навколо, щоб спостерігати і записувати умови? Одним з головних способів геознавців розгадати минулий клімат та екосистеми є проведення детальних досліджень родовищ, що містять збережені залишки древніх рослин та тварин.
Утворення скам'янілостей, як правило, є рідкісним явищем, тому знаходження кишень концентрованих або дуже деталізованих залишків викопних речовин є науково цінним. Копальні відклади, що відрізняються різноманітністю або деталізацією, називаються Lagerstätten (німецька для "motherlode" або "місце зберігання"), яку можна розділити на два основні типи.
Konservat-Lagerstätten - це місця, де є дрібні деталі організму збережена (відзначте схожість між німецьким та курсивним англійським еквівалентом). На таких ділянках м'які частини організму, які нормально розпадаються, реєструються як враження або плівки вуглецю. Добре відомими прикладами таких родовищ є сланці Бургеса в Британській Колумбії та утворення Зеленої річки в Західній частині США.
Другий сорт - це Konzentrat-Lagerstätte - місце, де є великий концентрація кісток. Хоча ці ділянки не містять багато тонких деталей про організми, вони можуть дати уявлення про давню екосистему, зосереджуючи кістки тварин, які, як правило, поширюються на широкій території. Приклади включають експозиції морізонської формації у віці юрського періоду на національному пам'ятнику динозавра в штаті Юта, а також кісткове кісткове місце Шріктотут-Хілл у Каліфорнії 15-16 мільйонів років.
Інший приклад Концентрат-Лагерштаттен - це осадові відклади Лангебанвегської формації в викопному парку Західного узбережжя в Південній Африці. Численні рештки цих корисних копалин дають важливу інформацію про біологічні спільноти та клімат регіону близько 5 мільйонів років тому.
Відкриття та розробка сайту
Спочатку шахта для фосфатів викопні були виявлені в кінці 1950-х. На сьогоднішній день фосфати видобуваються в основному для їх використання в добривах, а фосфорна кислота зазвичай використовується в безалкогольних напоях. Ці скелі, однак, спочатку були видобуті для використання в озброєнні Другої світової війни.
Осадові фосфатні родовища виробляються в регіонах з високою морською біологічною продуктивністю, як сучасні континентальні шельфи. Через мінливі умови, рівень моря в цьому випадку регіони, які раніше були під водою, зараз знаходяться на суші та доступні для виявлення та розкопок. Активна видобуток на викопному майданчику припинилася в 1993 році, коли шахта закрилася, а місцевість, де були виявлені копалини, була відведена як національна пам’ятка (незабаром стане об’єктом національної спадщини). Гірнича діяльність може знищити 80% скам’янілих ділянок на цьому місці, але все ж є близько 1 мільйона зразків, збережених у колекціях Південноафриканського музею Ізіко.
Фосфатна порода з органічним матеріалом: Сантиметрова шкала поруч із фосфатною скелею. Червоні зерна являють собою фосфатований органічний матеріал. Фото Олександри Гут.
Формування Концентрат-Лагерштетта
Звичайним є візуалізація процесу скам’яніння як поодинока тварина, яка гине, а потім закопується на місце. Хоча деякі тварини гинули прямо на заплавах, які раніше існували на місці, багато залишків викопного парку Західного узбережжя були переміщені та зосереджені водою в цьому самому місці з часом.
Ймовірно, «предок» річки Берг випорожнився в Атлантику поблизу сучасного парку, коли були відкладені кістки. Морський пісочний брусок, можливо, утримував залишки від вимивання в море, а також, можливо, одночасно діяв, щоб залишити залишки, вимиті з океану.
Реконструкція довкілля
Різні тварини та рослини мають різноманітні потреби в середовищі існування; таким чином, виявлення залишків для встановлення того, що є спільнотою, дає підказки про минулі екосистеми. Це завдання стає складнішим для родовищ, що представляють собою повністю вимерлу фауну (як динозаври юрського морісонського утворення), але залишки в викопному парку Західного узбережжя мають лише 5 мільйонів років. Хоча більшість видів, що збереглися у парку, вимерли самі, вони тісно пов'язані із сучасними видами.
Що стосується ідентифікації тварини, вам не потрібно 100% кісток людини, щоб впевнено їх ідентифікувати. Це особливо важливо, оскільки цілі скелети не зустрічаються часто, особливо в Конзентрат-Лагерштеттен, де кістки були дезартикульовані та перевезені. Часто виникає додатковий ухил збереження, коли невеликі ніжні кістки руйнуються під час транспортування, тоді як більш товсті та міцніші кістки швидше залишаються цілими. Незважаючи на ці труднощі, палеонтологи досить успішно класифікують та ідентифікують кістки для зображення древньої громади.
Тварини, знайдені в викопному парку Західного узбережжя, вказують на те, що територія була біля кордону суходолу та океану, враховуючи, що як морські тварини (наприклад, тюленя, мегалодонова акула, 4 види пінгвінів), так і наземні ссавці (наприклад, жирафа з короткою шиєю, авардварк , гієну, бегемота, мамонта, антилопу, коня з трьох пальців, кішку з шаблями). Додаткова присутність жаб (щонайменше 8, можливо, аж 12 видів представлено в покладах) свідчить про те, що там, мабуть, стояли прісні води. Хоча багато видів жаб виявляють деяку толерантність до солоної води, невідомих земноводних, які населяють суто морські місця проживання.
Кісткове ліжко: Кісткове ложе in-situ показане в викопному парку Західного узбережжя, Південна Африка. Щелепова кістка в центрі належала сіватіру, вимерлому родичу сучасного жирафа. Рядок позначає 1-метрову сітку.
Ізотопи вуглецю: більше, ніж просто вікові знайомства
Більш детальне розуміння може вийти з вивчення ізотопів вуглецю, що зберігаються в кістках і зубах. Хоча більшість людей знайомі з ізотопом С-14 завдяки його використанню в останніх останках (див. Обговорення нижче), вуглець має два ізотопи, які є більш поширеними, а не радіоактивними. С-12 є найпоширенішим ізотопом вуглецю, причому С-13 є вторинним стабільним ізотопом. Оскільки вони стабільні, вони не загнивають з часом.
Різні групи рослин мають виразні співвідношення ізотопів вуглецю, які можуть бути використані як відбиток пальців для палеодита давніх тварин. Вуглець у рослинах використовується для побудови кісток і зубів, таким чином, що співвідношення в рослинах відбиваються на кістках тварин, які їх споживають.
Ці різні ізотопні підписи обумовлені різними метаболічними шляхами, якими користуються рослини. Багато трав є геологічно останніми і є "рослинами С4", тоді як дерева та трав'янисті рослини - "рослини С3". Савану складають рослини С4 і С3, оскільки там є дерева, чагарники та трави. З іншого боку, ліс буде переважно рослинами С3. Флора, унікальна для Південної Африки, - це фінбоси (вимовляється: "тонкоросла"), яка також є С3.
Тварина, яка споживає в основному рослини С3, буде мати в кістках інше співвідношення ізотопів вуглецю, ніж тварина, яке в основному їсть рослини С4. Аналіз, проведений на останках копитних (копитних ссавців: бегемоти, антилопи, жирафи, свині тощо) свідчить про те, що навколишнє середовище, присутнє в викопному парку 5 мільйонів років тому, переважали рослини С3.
Пилок
Хоча ізотопний аналіз показав, що в регіоні не панують трави, він не може розмежовувати дерева, чагарники та фінбоси. На щастя, пилок, що виділяється рослинами, як правило, рясний і добре зберігається в опадах.
Пилок, на відміну від співвідношення ізотопів, може однозначно ідентифікувати рослинні родини або рід, які були присутні на даній місцевості. Як додатковий бонус, на відміну від більших рослинних залишків, таких як деревина або листя, пилок легко переноситься вітром і водою, і тому широко поширюється з місця розташування окремої рослини. Хоча ви, можливо, ніколи не знайдете викопного листя у окремої рослини, ви набагато більше шансів знайти його пилок.
Аналіз пилку в Копальному парку показав, що цей регіон 5 мільйонів років тому включав трав'янисті рослини сімейства Ranunculaceae (наприклад, лютики), сіперові (осоки, наприклад, папірус), Asteraceae (наприклад, жоржини) та парасолькові рослини (наприклад, петрушка, мереживо королеви Анни). Поєднання цих ботанічних сімей використовувались для виведення прибережних рівнинних місць існування. Наявність сімейства рослин Asteraceae, Chenopodiaceae (гусячий) та Amaranthaceae (амарант) додатково вказує на більш сухі умови. Пилок з дерев родини Proteaceae (наприклад, протеї), а також родів Podocarpus (наприклад, жовтого дерева) та Olea (наприклад, оливкова та залізна деревина) також був присутній.
Наявність усієї цієї пилку дає уявлення про рослинні спільноти, які населяли цей регіон у момент осадження викопних опадів. Знаючи, які рослини та тварини були присутніми у той час, потім можна використовувати для позначення минулого середовища.
Проблема знайомства з віком золотинок
Вуглець-14 - це (природний) радіоактивний ізотоп вуглецю, який є найпопулярнішим методом датування старих матеріалів. Однак переважна більшість відомих даних не може бути датована цією методикою, оскільки період напіввиведення C-14 занадто короткий, а також вимагає наявності оригінального органічного матеріалу (тоді як фосилізація замінює вихідний органічний матеріал більше міцні корисні копалини). На той момент, коли органічному матеріалу виповнилося 75 000 років, у зразку залишилось занадто мало С-14, щоб надійно виміряти.
Радіоактивний ізотоп калію (К-40) має значно більший період напіввиведення, ніж С-14, і присутній у магматичних породах. Таким чином, методи, що включають Калій та його дочірній продукт Аргон, можна використовувати на матеріалах, вивержених з вулканів більше 100 000 років тому (оскільки період напіввиведення такий тривалий, цю техніку не можна використовувати на дуже молодому матеріалі, оскільки така невелика частка початкового калію загнило, що ми не можемо точно виміряти його).
На жаль, Південна Африка не була вулканічно активною у той час, коли ці тварини гинули, тому осади не можуть бути датовані безпосередньо за допомогою калій-аргону. Однак інші методи, що включають закономірності зміни рівня моря, палеомагнетизму та скам'янілостей, можуть бути використані для позначення віку опадів.
Пов'язування віків із скам’янілими
Біостратиграфія - це метод упорядкування рок-записи на основі наявних решток тварин і є корисною альтернативою для забезпечення вікових обмежень для викопних порід. Деякі тваринні лінії, такі як свині та слони, схоже, швидко змінюються (в геологічному розумінні), тому виявлення різних наборів цих тварин може допомогти визначити вік порід.
Ключі від викопних тварин стримують вік опадів викопного парку Західного узбережжя приблизно до 5,2 мільйона років тому. Суїд (свинячий) Nyanzachoerus kanamensis був знайдений як у Східній Африці, так і в викопному парку. Через активний рифтинг і пов'язану з цим вулканічну активність у Східній Африці, абсолютна вікова дата (як і у нас, ми можемо зафіксувати це число) була пов'язана з цим видом. Оскільки сімейство свиней зазнало геологічно швидких змін, виявивши цей вид, можна сказати щось про вік опадів у парку.
Висновки
Реконструкція середовища часто може зводитися до дрібних деталей: ізотопні підписи в кістках, мікрохвильові візерунки на зубах (подряпини на поверхні зубів можуть вказувати на те, чи тварина була грейзером, браузером або годівницею в змішаному режимі), збирання пилку в осадах тощо ...
На даний момент парк існує в середземноморському кліматі і розташований за 10 км від океану. Однак усі сукупні дані свідчать про те, що п’ять мільйонів років тому викопний парк Західного узбережжя існував би в субтропічному лісі поблизу, де стародавня річка Берг впадала в Атлантику.
Рештки тварин у поєднанні з мікроскопічними та хімічними підказками створюють згуртовану картину того, як виглядав цей регіон, хоча жодна людина не була навколо, щоб засвідчити це безпосередньо. Саме таким чином геознавці розгадують таємниці минулого життя та клімату Землі.
Сьогодні ці скам'янілості можна побачити in situ (на місці) у викопному парку Західного узбережжя в Південній Африці, і гості можуть навіть допомогти доповнити екологічну картину, шукаючи мікрофоси птахів, жаб, гризунів та багатьох інших дрібних тварин на ситі. екрани. Будь-які знахідки додаються до музейних колекцій - відвідувачам заборонено збирати зразки для себе, оскільки всі копалини захищені державою в Південній Африці.
Парк копалин Західного узбережжя знаходиться в 120 км на північ від Кейптауна в Південній Африці. Їх веб-сайт містить велику інформацію про сайт, детальні вказівки, інформацію про дослідження, що відбуваються там, а також навчальну анімацію та робочі таблиці. Автор цієї статті хотів би подякувати менеджеру викопного парку Піппе Хаархофф за допомогу та заохочення.
Про автора
Алекс Гут - аспірант Мічиганського технологічного університету, і її дисертація була зосереджена на вулканічній еволюції Кенійського рифту. Вона неодноразово відвідувала регіон Південно-Африканського регіону Західний Кейп, щоб допомогти своєму радникові в таборі геології, і її дослідження в Африці призвели до кількох можливостей співпраці з National Geographic. Її веб-сайт можна переглянути за адресою: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/