Obsah
- Úvod
- Hledání a vývoj stránek
- Vytváření Konzentrat-Lagerstätte
- Rekonstrukce prostředí
- Uhlíkové izotopy: Více než jen věk
- Pyl
- The Goldilocks Age Dating Problem
- Propojení věků s fosiliemi
- Závěry
- o autorovi
Rekonstrukce prostředí: Vědci kombinují mnoho důkazů, aby porozuměli minulosti Země. Fosílie (A) ukazují konkrétně, která zvířata žila v oblasti, zatímco sedimenty obklopující kosti poskytují důležitá vodítka o depozičním prostředí. Kosti mohou být dále analyzovány na jejich izotopové složení, které je ovlivněno tím, jaké rostliny zvíře živí během života (B). Kromě toho má pyl uvolněný z rostlin tendenci být snadno zachován v geologickém záznamu, což poskytuje podrobný záznam minulých květinových komunit.Všechny tyto kousky důkazů lze kombinovat a vytvořit podrobné rekonstrukce prostředí, které existovalo před miliony let (C).
Fosilní park na západním pobřeží: Mapa polohy znázorňující výšku Afriky (1) s oblastí Jihoafrické republiky v oblasti Cape Cape (2) se rozšířila. Na mapě 2 je jižní oranžová hvězda umístění Kapského města a severní modrá hvězda představuje fosilní park západního pobřeží. Oblast 3 podmnožiny je rozšířena tak, aby ukazovala současné podmínky hladiny moře (3A) a situaci před 5,2 miliony let, kdy hladina moře byla ~ 30 metrů vyšší než přítomnost (3B). V té době by se místo obsazené fosilním parkem dostalo do blízkosti pobřeží, kde se stará řeka Berg vyprázdnila do Atlantiku. Základní mapa Elevation of Africa je z datového souboru CleanTOPO2 a satelitní snímky jsou Landsat GeoCover z roku 2000.
Úvod
Jak víme, jaká byla starověká Země, než byli lidé kolem, aby byli svědky a zaznamenávali podmínky? Jedním z hlavních způsobů, jak geovědci rozpadají minulé klima a ekosystémy, je provádění podrobných studií ložisek obsahujících zachované zbytky starých rostlin a živočichů.
Tvorba fosilií je obecně vzácným případem, takže nalezení kapes koncentrovaných nebo vysoce podrobných fosilních zbytků je vědecky cenné. Fosilní ložiska pozoruhodná jejich rozmanitostí nebo detailem jsou volána Lagerstätten (Němec pro 'matelode' nebo 'skladovací místo'), který může být rozdělen do dvou hlavních typů.
Konservat-Lagerstätten jsou místa, kde jsou jemné detaily organismu konzervovaný (všimněte si podobnosti mezi ekvivalentem němčiny a kurzívou v angličtině). Na takových místech se měkké části organismu, které se normálně rozkládají, zaznamenávají jako dojmy nebo uhlíkové filmy. Známými příklady takových ložisek jsou Burgessovy břidlice v Britské Kolumbii a Green River Formation v západních USA.
Druhou odrůdou je Konzentrat-Lagerstätte, což je místo, kde je velké koncentrace kostí. I když tato místa neposkytují mnoho jemných detailů o organismech, mohou poskytnout pohled na starověký ekosystém soustředěním kostí zvířat, která by se normálně rozšířila po celé oblasti. Příklady zahrnují expozice Jurrisova stárnutí Morrison Formation u Dinosaur National Monument v Utahu a patnáct až šestnáct miliónů let staré kostí Sharktooth Hill Bone Bed v Kalifornii.
Další příklad Konzentrat-Lagerstätten se nachází v sedimentech sedimentů formace Langebaanweg v fosilním parku na západním pobřeží v Jižní Africe. Četné pozůstatky těchto fosilních lůžek poskytují důležité informace o biologických komunitách a klimatu v regionu asi před 5 miliony let.
Hledání a vývoj stránek
Fosílie, původně fosfátový důl, byly objeveny na konci 50. let. Fosfáty se dnes těží hlavně pro jejich použití v hnojivech a kyselina fosforečná se běžně používá v nealkoholických nápojích. Tyto skály však byly původně těženy pro použití ve výzbroji druhé světové války.
Sedimentární fosfátová ložiska se produkují v regionech s vysokou biologickou produktivitou moře, jako jsou moderní kontinentální police. Kvůli měnícím se podmínkám, hladině moře v tomto případě, jsou regiony dříve pod vodou nyní vystaveny na zemi a přístupné pro detekci a hloubení. Aktivní těžba na fosilním stanovišti přestala v roce 1993, kdy byl důl uzavřen, a oblast, kde byly fosilie objeveny, byla vyčleněna jako národní památka (brzy se stane místem národního dědictví). Těžba mohla na tomto místě zničit 80% fosilií, ale ve sbírkách Jihoafrického muzea Iziko je stále odhadováno 1 milion exemplářů.
Fosfatická hornina s organickým materiálem: Centimetrová stupnice vedle fosfatické horniny. Červená zrna představují fosfátovaný organický materiál. Foto Alexandra Guth.
Vytváření Konzentrat-Lagerstätte
Je obvyklé vizualizovat proces fosilizace jako jediné zvíře, které umírá a poté je pohřbeno na místě. Zatímco některá zvířata zahynula přímo na nivách, které v místě existovaly, mnoho pozůstatků fosilního parku na západním pobřeží bylo časem přemístěno a koncentrováno vodou v tomto jediném místě.
Pravděpodobně se „předek“ řeky Berg vyprázdnil do Atlantiku poblíž dnešního parku, když byly kosti uloženy. Pobřežní písková tyčinka mohla zabránit tomu, aby byly zbytky vyplachovány do moře, a může také současně působit tak, že zachytí zbytky vyprané z oceánu.
Rekonstrukce prostředí
Různá zvířata a rostliny mají různé potřeby prostředí; identifikace zbytků, aby bylo možné zjistit, jaká komunita je přítomná, tak poskytuje vodítka o minulých ekosystémech. Tento úkol se stává obtížnějším pro vklady, které představují zcela vyhynulou faunu (jako dinosauři Jurassic Morrison formace), ale zbytky fosilního parku na západním pobřeží jsou „pouhé“ 5 milionů let. Zatímco většina druhů zachovaných v parku zanikla, úzce souvisí s moderními druhy.
Pokud jde o identifikaci zvířete, nepotřebujete k sebevědomému identifikaci 100% kostí jednotlivce. To je zvláště důležité, protože celé kostry se běžně nenacházejí, zejména v Konzentrat-Lagerstätten, kde byly kosti rozděleny a transportovány. Často dochází k dalšímu zkreslení uchování, kdy se během přepravy ničí malé jemné kosti, zatímco tlustší a robustnější kosti pravděpodobně zůstanou nedotčeny. Navzdory těmto obtížím jsou paleontologové docela úspěšní při třídění a identifikaci kostí, aby zobrazovali starou komunitu.
Zvířata nalezená v fosilním parku na západním pobřeží naznačují, že oblast byla blízko hranice pevniny a oceánu, vzhledem k tomu, že jak mořští živočichové (např. Tuleň, megalodonský žralok, 4 druhy tučňáků), tak suchozemští savci (např. Žirafa s krátkým hrdlem, aardvark) , hyena, hroch, mamut, antilopa, trojnohý kůň, šavle ozubená kočka). Další přítomnost žab (v ložiscích je zastoupeno nejméně 8, možná až 12 druhů) svědčí o tom, že musí existovat čerstvá voda. Zatímco mnoho žabích druhů vykazuje určitou toleranci vůči slané vodě, nejsou známí obojživelníci, kteří obývají čistě mořská stanoviště.
Kostní lůžko: Kostní lůžko in situ na fosilním parku na západním pobřeží v Jižní Africe. Čelisti ve středu patřily Sivathere, vyhynulému příbuznému moderní žirafy. Řetězec vyznačuje mřížku 1 metr.
Uhlíkové izotopy: Více než jen věk
Podrobnější porozumění může vyplynout z prozkoumání uhlíkových izotopů uchovaných v kostech a zubech. Zatímco většina lidí je obeznámena s izotopem C-14 kvůli jeho použití v datování nedávných pozůstatků (viz diskuse níže), uhlík má dva izotopy, které jsou běžnější, a nikoli radioaktivní. C-12 je nejběžnějším izotopem uhlíku, přičemž C-13 je sekundární stabilní izotop. Protože jsou stabilní, v průběhu času se nerozkládají.
Různé skupiny rostlin mají odlišné poměry uhlíkových izotopů, které lze použít jako otisk prstu pro paleodieta starověkých zvířat. Uhlík v rostlinách se používá k vytváření kostí a zubů, takže poměry v rostlinách se odrážejí v kostech zvířat, která je konzumují.
Tyto různé izotopové podpisy jsou způsobeny různými metabolickými cestami rostlin. Mnoho trav je geologicky posledních a je „rostlinami C4“, zatímco stromy a byliny jsou „rostlinami C3“. Savannah se skládá z rostlin C4 a C3, protože existují stromy, keře a trávy. Na druhé straně lesem budou převážně rostliny C3. Flóra jedinečná pro Jižní Afriku je fynbos (prohlásil: “jemný”), který je také C3.
Zvíře, které konzumuje převážně rostliny C3, bude mít ve svých kostech jiný poměr izotopů uhlíku než zvíře, které většinou konzumuje rostliny C4. Analýza provedená na zbytcích kopytníků (kopytí savci: hroši, antilopy, žirafa, prasata atd.) Ukazuje, že životnímu prostředí v fosilním parku před 5 miliony let dominovaly rostliny C3.
Pyl
I když izotopická analýza ukázala, že v této oblasti dominovaly trávy, nedokázala rozlišovat mezi stromy, keři a fynbosem. Naštěstí pyl uvolňovaný rostlinami je obvykle hojný a dobře se udržuje v sedimentech.
Pyl, na rozdíl od izotopových poměrů, může jedinečně identifikovat rodinu rostlin nebo rod, který byl přítomen v oblasti. Jako další bonus, na rozdíl od větších rostlin, jako je dřevo nebo listy, je pyl snadno přenášen větrem a vodou, a proto se šíří z místa jednotlivého závodu. I když možná nikdy nenajdete fosilní list z jednotlivé rostliny, je mnohem pravděpodobnější, že najdete jeho pyl.
Analýza pylu ve fosilním parku ukazuje, že oblast před 5 miliony let zahrnovala bylinné rostliny Ranunculaceae (např. Pryskyřníky), Cyperaceae (ostřice, např. Papyrus), Asteraceae (např. Sedmikrásky) a Umbelliferae (např. Petržel, krajky královny Anny). Kombinace těchto botanických rodin byla použita k odvození pobřežního pláně. Přítomnost rostlin rostlin čeledi Asteraceae, Chenopodiaceae (goosefoot) a Amaranthaceae (amaranth) navíc indikovala suchší podmínky. Byl také přítomen pyl ze stromů čeledi Proteaceae (např. Protea), jakož i rodů Podocarpus (např. Yellowwood) a Olea (např. Oliva a ironwood).
Přítomnost všech těchto pylu poskytuje obraz rostlinných komunit, které obývaly tuto oblast v době, kdy byly ukládány fosilní sedimenty. Znalost rostlin a živočichů, které byly v té době přítomny, lze použít k označení minulého prostředí.
The Goldilocks Age Dating Problem
Uhlík-14 je (přirozeně se vyskytující) radioaktivní izotop uhlíku, který je nejpopulárnější metodou datování starých materiálů. Tuto většinu rockového záznamu však nelze s touto technikou datovat, protože poločas rozpadu C-14 je příliš krátký a vyžaduje také přítomnost původního organického materiálu (zatímco fosilizace nahradí původní organický materiál více trvanlivé minerály). V době, kdy je organický materiál starý 75 000 let, zbývá ve vzorku příliš málo C-14 na spolehlivé měření.
Radioaktivní izotop draslíku (K-40) má mnohem delší poločas rozpadu než C-14 a je přítomen v vyvřelých horninách. Techniky týkající se draslíku a jeho dceřiného produktu Argon lze tedy použít na materiály, které byly vybuchnuty ze sopek před více než 100 000 lety (protože poločas rozpadu je tak dlouhý, nelze tuto techniku použít na velmi mladý materiál, protože tak malý zlomek původního draslíku se rozpadl, že jej nemůžeme přesně změřit).
Jižní Afrika bohužel nebyla v době, kdy tato zvířata zemřela, vulkanicky aktivní, takže sedimenty nelze datovat přímo pomocí draslíku a argonu. K určení věku sedimentů však lze použít i jiné metody zahrnující změny hladiny moří, paleomagnetismus a fosílie.
Propojení věků s fosiliemi
Biostratigrafie je metoda uspořádání skalního záznamu založeného na zvířecích pozůstatcích, které jsou přítomny, a je užitečnou alternativou pro zajištění věkových omezení fosilních hornin. Zdá se, že některé linie zvířat, jako jsou prasata a sloni, se rychle mění (v geologickém smyslu), takže identifikace různých sad těchto zvířat může pomoci určit věk hornin.
Stopy fosilních zvířat omezují věk sedimentů fosilního parku na západním pobřeží na přibližně 5,2 milionu let. Kočka (Nyanzachoerus kanamensis) byla nalezena ve východní Africe i ve fosilním parku. Vzhledem k aktivnímu riftingu a související vulkanické činnosti ve východní Africe bylo s tímto druhem spojeno absolutní věkové datum (jako v tom, můžeme do něj přidat číslo). Protože rodina prasat prošla geologicky rychlými změnami, při zjištění tohoto druhu můžeme říci něco o věku sedimentů v parku.
Závěry
Rekonstrukce prostředí může často sestoupit do jemných detailů: izotopové podpisy v kostech, mikrostruktury vzorů na zubech (škrábance na povrchu zubů mohou naznačovat, zda bylo zvíře pasoucí se, prohlížeč nebo krmítko se smíšeným režimem), pylové shromáždění v sedimentech , atd...
V současné době park existuje ve středomořském podnebí a nachází se více než 10 km od oceánu. Všechny tyto kombinované důkazy však naznačují, že před pěti miliony let by fosilní park na západním pobřeží existoval v subtropickém lesíku poblíž místa, kde se do Atlantiku vyprázdnila starověká řeka Berg.
Zvířecí ostatky kombinované s mikroskopickými a chemickými záchytnými body vytvářejí soudržný obraz o tom, jak byla tato oblast, i když nebyl žádný člověk, který by byl přímo svědkem. Tímto způsobem geovědci odhalí záhady minulého života a klimatu Země.
Dnes mohou být tyto fosílie vidět na místě (na místě) v fosilním parku na západním pobřeží v Jihoafrické republice a hosté mohou dokonce pomoci dokončit environmentální obraz hledáním mikrofosilů ptáků, žab, hlodavců a mnoha dalších malých zvířat na sítu obrazovky. Jakékoli nálezy se přidávají do sbírek muzea - návštěvníci nesmějí shromažďovat vzorky pro sebe, protože všechny fosílie jsou chráněny státem v Jihoafrické republice.
Fosilní park na západním pobřeží se nachází 120 km severně od Kapského města v Jižní Africe. Jejich webové stránky obsahují bohaté informace o webu, podrobné pokyny, informace týkající se výzkumu, který se tam děje, stejně jako vzdělávací animace a pracovní listy. Autorka tohoto článku děkuje manažerce fosilního parku Pippa Haarhoff za její pomoc a povzbuzení.
o autorovi
Alex Guth je absolventkou doktorského studia na Michiganské technologické univerzitě a její disertační práce se zaměřila na sopečný vývoj Keni Rift. Několikrát navštívila oblast Jihoafrické republiky v oblasti Cape Cape, aby pomohla svému poradci s geologickým polním táborem, a její výzkum v Africe vedl k několika příležitostem pro spolupráci s National Geographic. Její webové stránky si můžete prohlédnout na adrese: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/