מאובנים

הבנת אקלים ומערכות אקולוגיות בעבר



מקרה מבחן מהפקדות מיו-פליוקן בפוסיל הפוסיל המערבי, דרום אפריקהמאת אלכסנדרה גוט, האוניברסיטה הטכנולוגית במישיגן

שחזור סביבה: מדענים משלבים הרבה ראיות כדי להבין את עברו של כדור הארץ. מאובנים (A) מראים באופן ספציפי אילו בעלי חיים חיו באזור, ואילו המשקעים המקיפים את העצמות מספקים רמזים חשובים לגבי התפאורה. ניתן לנתח עצמות נוספות עבור היצירות האיזוטופיות שלהן, אשר מושפעות מהצמחים שהחיה צרכה בעודם בחיים (B). בנוסף, אבקנים המשתחררים מצמחים נוטים להישמר בקלות ברשומה הגיאולוגית, ומספקים תיעוד מפורט של קהילות פרחי העבר. ניתן לשלב את כל חלקי הראיות הללו ליצירת שחזורים מפורטים של סביבות שהיו לפני מיליוני שנים (C).

פארק המאובנים של החוף המערבי: מפת המיקום המציגה את גובה אפריקה (1) עם אזור הכף המערבי בדרום אפריקה (2) התרחב. במפה 2 הכוכב הדרומי הכתום הוא מיקומו של קייפטאון, והכוכב הכחול הצפוני מייצג את פארק המאובנים של החוף המערבי. אזור המשנה 3 מורחב ומציג את תנאי מפלס הים הנוכחיים (3A) ואת המצב לפני 5.2 מיליון שנה, כאשר מפלס הים היה ~ 30 מטר יותר מההווה (3B). באותה תקופה האתר שכבש בפארק המאובנים היה קרוב לחוף בו נהר ברג העתיק התרוקן לאוקיאנוס האטלנטי. מפת העלייה של אפריקה היא מערך הנתונים של CleanTOPO2, ותמונות לוויין הן Landsat GeoCover של שנת NASA בסביבות 2000.

מבוא

כיצד נדע כיצד הייתה כדור הארץ הקדום לפני שאנשים היו בסביבה כדי לחזות בתנאים? אחת הדרכים העיקריות לכך שמדעי הגיאוגרפיה פותחות אקלים ומערכות אקולוגיות בעבר היא על ידי ביצוע מחקרים מפורטים על משקעים המכילים שרידים של צמחים ובעלי חיים קדומים.

היווצרות מאובנים היא בדרך כלל התרחשות נדירה, ולכן מציאת כיסים של שרידי מאובנים מרוכזים, או מפורטים במיוחד, היא בעלת ערך מדעי. מרבצי מאובנים הבולטים בשל גווניהם או בפרטם נקראים Lagerstätten (גרמנית עבור "האם האם" או "מקום האחסון"), אותם ניתן לחלק לשני סוגים עיקריים.

Konservat-Lagerstätten הם מקומות בהם הפרטים הקטנים של אורגניזם נמצאים שמור (שימו לב לדמיון בין המקבילה הגרמנית למקביל באנגלית). באתרים כאלה החלקים הרכים של אורגניזם, אשר בדרך כלל מתפרקים, נרשמים כהתרשמות או כסרטי פחמן. דוגמאות ידועות למרבצים כאלה הם שלג הבורג'ס בקולומביה הבריטית ותצורת הנהר הירוק במערב ארה"ב.

הזן השני הוא ה- Konzentrat-Lagerstätte, שהוא מיקום שיש בו גדול ריכוז של עצמות. בעוד אתרים אלה אינם מספקים פרטים נאים רבים על האורגניזמים, הם יכולים לספק הצצה למערכת אקולוגית עתיקה על ידי ריכוז עצמות בעלי החיים שבדרך כלל יתפזרו על שטח רחב. הדוגמאות כוללות את חשיפות תצורת מוריסון בגיל היורה באנדרטה הלאומית של הדינוזאור ביוטה, ומיטת עצם הגבעה Sharktooth Hill בקליפורניה.

דוגמה נוספת ל Konzentrat-Lagerstätten נמצאת במצוקות המשקעים של תצורת Langebaanweg בפארק המאובנים בחוף המערבי בדרום אפריקה. השרידים הרבים בתוך מיטות מאובנות אלו מספקים מידע חשוב על הקהילות הביולוגיות והאקלים באזור לפני כחמישה מיליון שנה.

גילוי ופיתוח אתרים

המאובנים, במקורם מוקש פוספטים, התגלו בסוף שנות החמישים. פוספטים ממוקשים כיום בעיקר לשימושם בדשנים, וחומצה זרחתית משמשת בדרך כלל במשקאות קלים. עם זאת, סלעים אלה כורים בתחילה לשימוש בחימוש מלחמת העולם השנייה.

משקעי פוספט משקעים מיוצרים באזורים בעלי תפוקה ביולוגית ימית גבוהה, כמו המדפים היבשתיים המודרניים. בגלל התנאים המשתנים, גובה פני הים במקרה זה, אזורים שהיו בעבר מתחת למים נחשפים כעת ביבשה ונגישים לגילוי וחפירה. כרייה פעילה באתר המאובנים הופסקה בשנת 1993 כאשר המכרה נסגר, והשטח בו התגלו מאובנים הוקצה כאנדרטה לאומית (בקרוב להפוך לאתר מורשת לאומית). פעילות הכרייה הרסה אולי 80% מהמאובנים באתר זה, אך עדיין יש כמיליון דגימות שנשמרו באוספי המוזיאון הדרום אפריקני איזיקו.

סלע פוספטי עם חומר אורגני: בקנה מידה סנטימטר ליד סלע פוספטי. הגרגרים האדומים מייצגים את החומר האורגני המפוספתי. צילום אלכסנדרה גוט.

הקמת קונצרט-לגסטרשט

מקובל לדמיין את תהליך המאובנים כחימה אחת שמתה ואז נקבר במקום. בעוד שחיות מסוימות מתו ישירות על שיטפונות שהיו בעבר באתר, רבים מהשרידים בפארק המאובנים בחוף המערבי הועברו והתרכזו על ידי מים במקום יחיד זה לאורך זמן.

ככל הנראה 'אב קדמון' של נהר ברג התרוקן לאוקיאנוס האטלנטי בסמוך לפארק של ימינו עם הפקדת העצמות. פסי חול מחוץ לחוף יתכן שהמנעו מהשטיפה של השאריות לים, וייתכן שגם פעל במקביל ללכידת שרידים שנשטפו מהים.

שחזור סביבה

לבעלי חיים וצמחים שונים צרכים שונים של בתי גידול; לפיכך, זיהוי השרידים כדי לקבוע איזו קהילה קיימת מספק רמזים למערכות אקולוגיות בעבר. משימה זו הופכת קשה יותר עבור משקעים המייצגים את החי שנכחד לחלוטין (כמו הדינוזאורים של תצורת מוריסון היורה), אך השרידים בפארק המאובנים בחוף המערבי הם בני 5 מיליון שנה בלבד. בעוד שרוב המינים שנשמרו בפארק נכחדים עצמם, הם קשורים קשר הדוק למינים מודרניים.

מבחינת זיהוי בעל חיים אתה לא צריך 100% מעצמותיו של אדם כדי לזהות אותו בביטחון. זה חשוב במיוחד, מאחר שלדדים שלמים לא נפוצים, במיוחד בקונצנטרט-לגרשטטן, שם הועברו העצמות והועברו. לעיתים קרובות יש הטיה לשימור נוספת, בה נהרסות עצמות קטנות ועדינות במהלך ההובלה, בעוד שעצמות עבות יותר ויציבות יותר נוטות להישאר שלמות. למרות הקשיים הללו, הפליאונטולוגים די מצליחים לסווג ולזהות עצמות כדי לתאר את הקהילה העתיקה.

החיות שנמצאו בפארק המאובנים בחוף המערבי מצביעות על כך שהאזור היה בסמוך לגבול האדמה והאוקיאנוס, בהתחשב בכך ששני בעלי חיים ימיים (למשל חותם, כריש מגלודון, 4 מינים של פינגווין) ויונקים יבשתיים (למשל ג'ירפה עם צווארון קצר-צוואר, אדמת-גוויק) נמצאו יחד צבוע, היפופוטם, ממותה, אנטילופה, סוס תלת-שיני, חתול שיניים. הנוכחות הנוספת של צפרדעים (לפחות 8, אולי 12 מינים מיוצגים במפקדות) מצביעה על כך שבוודאי היו מים מתוקים עומדים. בעוד שמיני צפרדעים רבים מראים סובלנות מסוימת למים מלוחים, אין ידועים דו-חיים המאוכלסים בבתי גידול ימיים גרידא.

מיטת עצם: מיטת העצם במקום המוצגת בפארק המאובנים בחוף המערבי, דרום אפריקה. עצם הלסת במרכז הייתה שייכת ל- Sivathere, קרוב משפחה נכחד של הג'ירפה המודרנית. המיתר מסמן רשת בגודל 1 מטר.

איזוטופי פחמן: יותר מסתם היכרויות גיל

הבנה מפורטת יותר יכולה לבוא מבדיקת איזוטופי הפחמן שנשמרו בעצמות ובשיניים. בעוד שרוב האנשים מכירים את האיזוטופ C-14 בגלל השימוש בו בתיארוך השרידים האחרונים (ראו דיון בהמשך), לפחמן יש שני איזוטופים שכיחים יותר ולא רדיואקטיביים. C-12 הוא האיזוטופ הנפוץ ביותר של פחמן, כאשר C-13 הוא איזוטופ יציב משני. מכיוון שהם יציבים, הם לא מתפרקים לאורך זמן.

לקבוצות צמחים שונות יש יחסים ברורים של איזוטופי פחמן שיכולים לשמש טביעת אצבע לפליאדיאט של בעלי חיים קדומים. הפחמן בצמחים משמש לבניית עצמות ושיניים, כך שיחסי הצמחים משתקפים בעצמות בעלי החיים הצורכים אותם.

חתימות איזוטופיות שונות אלה נובעות ממסלולי חילוף החומרים השונים בהם משתמשים הצמחים. עשבים רבים הם לאחרונה גיאולוגית והם "צמחי C4", ואילו עצים וצמחים עשבוניים הם "צמחי C3". סוואנה מורכבת מצמחי C4 וגם C3 מכיוון שיש עצים, שיחים ועשבים. יער לעומת זאת, יהיו בעיקר צמחי C3. צמחייה ייחודית לדרום אפריקה היא הפינבוס (מבוטא: "finebose"), שהוא גם C3.

לחיה הצורכת בעיקר צמחי C3 יהיה יחס איזוטופי פחמן שונה בעצמותיה מאשר חיה שאוכלת בעיקר צמחי C4. מניתוח שנערך על שרידי הוריות (יונקים מכוסים: היפופוטמים, אנטילופות, ג'ירפות, חזירים וכו '...) עולה כי הסביבה הקיימת בפארק המאובנים לפני 5 מיליון שנה נשלטה על ידי צמחי C3.

אבקה

בעוד שהניתוח האיזוטופי הצביע על כך שהאזור לא נשלט על ידי עשבים, הוא לא יכול היה להבדיל בין עצים, שיחים ופינבו. למרבה המזל אבקה שמשתחררת על ידי צמחים בדרך כלל בשפע ושמורה היטב במשקעים.

אבקה, בשונה מיחסות איזוטופים, יכולה לזהות באופן ייחודי משפחת צמחים או מין שהייתה באזור. כבונוס נוסף, בשונה משרידי צמח גדולים יותר כמו עץ ​​או עלים, אבקה נישא בקלות על ידי רוח ומים וכך הוא מתפשט באופן נרחב ממקומו של צמח בודד. אף על פי שלעולם לא תמצא עלה מאובן מצמח אינדיבידואלי, יש סיכוי גבוה יותר שתמצא את האבקה שלו.

ניתוח האבקה בפארק המאובנים מצביע על כך שהאזור לפני 5 מיליון שנה כלל את Ranunculaceae העשבוניים (למשל, גביעי חמאה), Cyperaceae (משקעים, למשל פפירוס), Asteraceae (למשל חינניות) ואומביאליות (למשל פטרוזיליה, תחרה של המלכה אן). השילוב של משפחות בוטניות אלה שימש כדי להסיק בית גידול של מישור החוף. נוכחותן של משפחות הצמח Asteraceae, Chenopodiaceae (כפות כף הרגל) ו- Amaranthaceae (amaranth) הצביעו גם על תנאי יבש יותר. אבקה מעצים ממשפחת Proteaceae (למשל פרוטאה), כמו גם הפודוקארפוס (למשל צהוב עץ) ואוליאה (למשל עץ זית וברזל) נמצאו גם הם.

נוכחותם של כל האבקה הזו מספקת תמונה של קהילות הצמחים אשר התיישבו באזור זה בזמן שהפקדתם של המשקעים המאובנים. לאחר מכן ניתן לדעת את הידיעה אילו צמחים ובעלי חיים היו קיימים באותה עת לציון על סביבת העבר.

בעיית הכרויות גיל גילוק

פחמן -14 הוא האיזוטופ הרדיואקטיבי של הפחמן (המתרחש באופן טבעי) המהווה את השיטה הידועה ביותר לפיתוח חומרים ישנים. עם זאת, לא ניתן לתארך את הרוב המכריע של שיא הרוק בטכניקה זו מכיוון שחיי מחצית החיים של C-14 הם קצרים מדי, והוא דורש גם נוכחות של החומר האורגני המקורי (ואילו מאובנים מחליפים את החומר האורגני המקורי עם יותר מינרלים עמידים). כאשר החומר האורגני הוא בן 75,000 שנה, נותר מעט מדגם C-14 במדגם בכדי למדוד באופן אמין.

לאיזוטופ הרדיואקטיבי של אשלגן (K-40) יש מחצית חיים ארוכה בהרבה מ- C-14 והוא קיים בסלעים דלקתיים. לפיכך, ניתן להשתמש בטכניקות הכוללות אשלגן ומוצר הבת שלו ארגון על חומרים שפרצו מהרי געש לפני יותר ממאה אלף שנה (מכיוון שחיי מחצית החיים כל כך ארוכים, אי אפשר להשתמש בטכניקה זו על חומר צעיר מאוד מכיוון שקטע כה קטן מהאשלגן המקורי התפורר כי איננו יכולים למדוד אותו במדויק).

לרוע המזל, דרום אפריקה לא הייתה פעילה וולקנית בזמן שמתו בעלי חיים אלה, כך שלא ניתן לתארך את המשקעים ישירות באמצעות אשלגן-ארגון. עם זאת, ניתן להשתמש בשיטות אחרות הכוללות דפוסים של שינוי מפלס הים, הפליאומגנטיות ומאובנים כדי לציין את גיל המשקעים.

קישור גילאים עם מאובנים

ביו-סטרטיגרפיה היא שיטה להזמנת שיא הסלע על בסיס שרידי החיה שנמצאת במקום, והיא אלטרנטיבה שימושית למתן אילוצי גיל בסלעים מאובנים. נראה כי כמה משושלות של בעלי חיים כמו החזירים והפילים משתנים במהירות (במובן הגיאולוגי), כך שזיהוי קבוצות שונות של בעלי חיים אלה יכול לסייע באיתור גיל הסלעים.

רמזים מבעלי חיים מאובנים מגבילים את גיל משקעי הפוסיל בחוף המערבי עד לפני 5.2 מיליון שנה. Nyanzachoerus kanamensis התובעת (חזיר) נמצאה הן במזרח אפריקה והן בפארק המאובנים. בגלל הבקע הפעיל והפעילות הוולקנית הקשורה במזרח אפריקה, תאריך גיל מוחלט (כמו, אנו יכולים להצמיד אליו מספר), נקשר למין זה. מכיוון שמשפחת החזירים חוותה שינויים מהירים מבחינה גאולוגית, על ידי מציאת המינים האלה אנו יכולים לומר משהו על גיל המשקעים בפארק.

עוד מידע
1 ניתוחי איזוטופ והיסטוריה של תירס: רוברט ה. טיקוט, פרק 10 בספר: J.E. Staller, R.H. Tykot ו- B.F. Benz (עורכים), היסטוריות של תירס: גישות רב תחומיות לפרהיסטוריה, בלשנות, ביוגאוגרפיה, ביות והתפתחות תירס, עיתונות אקדמית (Elsevier), 2009.
2 הסלעים והמינרלים של קייפטאון: J.S. קומפטון, ספרי קומות כפולים, קייפטאון, דרום אפריקה, 112 עמודים, 2004.
3 CleanTOPO2: עריכת נתוני העלאה עולמית של SRTM30 פלוס: טום פטרסון, שירות הפארק הלאומי האמריקני, 2013.
4 ההקשר האזורי והעולמי של האתר הפליאונטולוגי המאוחר של קנוזואיק לנגבאנווג (LBW): החוף המערבי של דרום אפריקה: דייוויד ל. רוברטס, ואח ', סקירת מדעי כדור הארץ, כרך 106: 3-4, עמודים 191-214, 2011.
5 הסביבה לפני 5-5.2 מיליון שנים: מאמר באתר הפוסיל החוף המערבי, שנפתח לאחרונה בדצמבר 2016.

מסקנות

שחזור של סביבה יכול לרוב להגיע לפרטים נאים: חתימות איזוטופיות בעצמות, דפוסי מיקרו על השיניים (שריטות על פני השיניים יכולות להצביע אם בעל החיים היה דשא, דפדפן או מזין במצב מעורב), מכלולי אבקה בשקעים , וכו…

כרגע הפארק קיים באקלים ים תיכוני ונמצא מעל 10 ק"מ מהים. עם זאת, כל הראיות המשולבות מצביעות על כך שלפני כחמישה מיליון שנה פארק המזרקים של החוף המערבי היה מתקיים בתוך חורשה סובטרופית ליד מקום בו נהר ברג עתיק התרוקן לאוקיאנוס האטלנטי.

שרידים של בעלי חיים בשילוב עם רמזים מיקרוסקופיים וכימיים יוצרים תמונה מלוכדת של איך היה באזור זה למרות שאף אדם לא היה מסוגל לחזות בו ישירות. באופן זה חושפים מדעי הגיאוגרפיה את תעלומות חיי העבר והאקלים של כדור הארץ.

כיום ניתן לראות מאובנים אלה במקום (במקום) בפארק המאובנים בחוף המערבי בדרום אפריקה, ואורחים יכולים אפילו לעזור בהשלמת התמונה הסביבתית על ידי חיפוש מיקרופוספלים של ציפורים, צפרדעים, מכרסמים ובעלי חיים קטנים אחרים על המסננת. מסכים. כל ממצא נוסף לאוספי המוזיאון - המבקרים אינם רשאים לאסוף דגימות לעצמם, מכיוון שכל המאובנים מוגנים על ידי המדינה בדרום אפריקה.

פארק המאובנים של החוף המערבי

פארק המאובנים של החוף המערבי ממוקם 120 ק"מ צפונית לקייפטאון בדרום אפריקה. האתר שלהם מכיל מידע על האתר בשפע, הוראות מפורטות, מידע על מחקרים המתרחשים במקום וכן אנימציות וגיליונות עבודה חינוכיים. מחברת המאמר מבקשת להודות למנהלת פארק המאובנים, פיפה הארוף, על עזרתה ועידודה.

על הסופר

אלכס גוט הוא בוגר תואר שלישי מהאוניברסיטה הטכנולוגית במישיגן, ותואר עבודתה התמקד בהתפתחות הוולקנית של השבר בקניה. היא ביקרה באזור הכף המערבי בדרום אפריקה מספר פעמים כדי לסייע ליועציה במחנה שדה גיאולוגי, והמחקר שלה באפריקה הוביל למספר הזדמנויות לעבוד עם נשיונל ג'יאוגרפיק. ניתן לצפות באתר שלה בכתובת: //www.geo.mtu.edu/~alguth/