West Coast Fossil Park: Tidligere klima og gamle økosystemer

Indhold

• Introduktion
• Webstedsopdagelse og -udvikling
• Danner en Konzentrat-Lagerstätte
• Genopbygning af et miljø
• Carbon-isotoper: Mere end bare aldersdating
• pollen
• Problemet med Goldilocks Age Dating
• Forbinder aldre med fossiler
• konklusioner
• Om forfatteren

Genopbygning af et miljø: Forskere kombinerer mange beviser for at forstå jordens fortid. Fossiler (A) viser specifikt, hvilke dyr, der levede i en region, mens sedimenterne omkring knoglerne giver vigtige ledetråde om deponeringsindstillingen. Knogler kan analyseres yderligere for deres isotopiske sammensætninger, der er påvirket af hvilke planter dyret konsumerede, mens det var i live (B). Derudover har pollen frigivet fra planter en tendens til let at blive konserveret i den geologiske registrering, hvilket giver en detaljeret oversigt over tidligere blomstersamfund.Alle disse beviser kan kombineres for at skabe detaljerede rekonstruktioner af miljøer, der eksisterede for millioner af år siden (C).

West Coast Fossil Park: Adressekort, der viser højden af ​​Afrika (1) med den vestlige Kapp-region i Sydafrika (2), udvidet. På kort 2 er den sydlige orange stjerne placeringen i Cape Town, og den nordlige blå stjerne repræsenterer vestkysten fossilpark. Delmængderegionen 3 udvides til at vise de nuværende havniveauforhold (3A) og situationen for 5,2 millioner år siden, hvor havoverfladen var ~ 30 meter højere end den nuværende (3B). På det tidspunkt ville det sted, der blev besat af fossilparken, have været i nærheden af ​​kysten, hvor den gamle Berg-flod blev tømt i Atlanterhavet. Elevation of Africa-basiskortet er fra CleanTOPO2-datasættet, og satellitbilleder er NASAs Landsat GeoCover omkring 2000.

Introduktion

Hvordan ved vi, hvordan den gamle jord var, før mennesker var omkring for at være vidne til og registrere forhold? En af de vigtigste måder, som geovidenskabsmænd opdager tidligere klimaer og økosystemer på, er ved at gennemføre detaljerede undersøgelser af aflejringer, der indeholder de bevarede rester af gamle planter og dyr.

Dannelse af fossiler er generelt en sjælden forekomst, så at finde lommer med koncentreret eller meget detaljerede fossile rester er videnskabeligt værdifulde. Fossile aflejringer, der er kendte for deres mangfoldighed eller detaljer, kaldes Lagerstätten (tysk for 'moderlode' eller 'lagerplads'), som kan opdeles i to hovedtyper.

Konservat-Lagerstätten er steder, hvor de fine detaljer ved en organisme er konserveret (bemærk ligheden mellem det tyske og kursiverede engelske ækvivalent). På sådanne steder registreres de bløde dele af en organisme, der normalt forfalder, som indtryk eller carbonfilm. Kendte eksempler på sådanne aflejringer er Burgess Shale i British Columbia og Green River Formation i det vestlige USA.

Den anden sort er Konzentrat-Lagerstätte, som er et sted, hvor der er en stor koncentration af knogler. Selvom disse steder ikke giver mange fine detaljer om organismerne, kan de give et glimt af et gammelt økosystem ved at koncentrere knoglerne på dyr, der normalt ville være spredt over et bredt område. Eksempler inkluderer de Jurassic-alderen Morrison Formation eksponeringer ved Dinosaur National monument i Utah og den 15-16 millioner år gamle Sharktooth Hill Bone Bed i Californien.

Et andet eksempel på en Konzentrat-Lagerstätten findes i sedimentaflejringerne i Langebaanweg-formationen i vestkysten fossilpark i Sydafrika. De mange rester inden for disse fossilholdige senge giver vigtig information om de biologiske samfund og klimaet i regionen for omkring 5 millioner år siden.

Webstedsopdagelse og -udvikling

Oprindeligt en fosfatgruve, fossilerne blev opdaget i slutningen af ​​1950'erne. Fosfater udvindes i dag hovedsageligt til brug i gødning, og fosforsyre bruges ofte i læskedrikke. Disse klipper blev dog oprindeligt udvindet til brug i våbenrustning fra 2. verdenskrig.

Sedimentære fosfataflejringer produceres i regioner med høj marinbiologisk produktivitet som de moderne kontinentale hylder. På grund af skiftende forhold, havoverfladen i dette tilfælde, er regioner, der tidligere var under vand, nu udsat på land og er tilgængelige til detektion og udgravning. Aktiv minedrift på fossilstedet ophørte i 1993, da minen lukkedes, og området, hvor fossiler var blevet opdaget, blev afsat som et nationalt monument (snart snart blev et nationalt kulturarv). Gruveaktiviteten kan have ødelagt 80% af fossilerne på dette sted, men der er stadig anslået 1 million prøver bevaret i samlingerne på Iziko South African Museum.

Fosfatisk sten med organisk materiale: En centimeterskala ved siden af ​​fosfatisk sten. De røde kerner repræsenterer det fosfatiserede organiske materiale. Foto af Alexandra Guth.

Danner en Konzentrat-Lagerstätte

Det er almindeligt at visualisere fossiliseringsprocessen som et enkelt dyr, der dør og derefter begraves på plads. Mens nogle dyr døde direkte på de oversvømmelsesflader, der plejede at eksistere på stedet, blev mange af resterne ved vestkysten Fossilpark flyttet og koncentreret af vand på dette ene sted over tid.

Sandsynligvis tømte 'stamfar' til Bergfloden i Atlanterhavet nær den nutidige park, da knoglerne blev afsat. En offshore sandstang kan have forhindret, at resterne blev skyllet ud til havet, og kan også have fungeret samtidig med at fange rester, der er vasket ind fra havet.

Genopbygning af et miljø

Forskellige dyr og planter har forskellige habitatbehov; således at identificere resterne for at bestemme, hvad samfundet er til stede, giver ledetråde om tidligere økosystemer. Denne opgave bliver vanskeligere for aflejringer, der repræsenterer en helt uddød fauna (som dinosaurierne i Jurassic Morrison-formationen), men resterne ved West Coast Fossil Park er en 'blot' 5 millioner år gammel. Mens de fleste af de arter, der er konserveret i parken, er udryddede, er de tæt knyttet til moderne arter.

Med hensyn til at identificere et dyr behøver du ikke 100% af en persons knogler for at med sikkerhed identificere det. Dette er især vigtigt, da hele knogler ikke ofte findes, især i Konzentrat-Lagerstätten, hvor knoglerne er blevet disarticuleret og transporteret. Der er ofte en ekstra konserveringsbias, hvor små sarte knogler ødelægges under transport, mens tykkere og mere robuste knogler er mere tilbøjelige til at forblive intakte. På trods af disse vanskeligheder er paleontologer ganske succesrige med at klassificere og identificere knogler til at forestille det gamle samfund.

Dyrene, der findes ved vestkysten af ​​fossilparken, indikerer, at området var nær grænsen mellem land og hav, da både havdyr (f.eks. Sæl, megalodonhaj, 4 arter af pingviner) og landpattedyr (f.eks. Korthalset giraff, jordvark , hyena, flodhest, mammut, antilope, tre-toed hest, sabel-tandet kat) blev fundet sammen. Den ekstra tilstedeværelse af frøer (mindst 8, måske så mange som 12 arter er repræsenteret i aflejringerne) indikerer, at der må have været stående frisk vand. Mens mange frøarter udviser en vis tolerance over for saltvand, er der ingen kendte padder, der beboer rent marine levesteder.

Knogleseng: Den in-situ knogleseng vist på vestkysten fossilpark, Sydafrika. Kæbebenet i midten tilhørte en Sivathere, en uddød slægtning til den moderne giraff. Strengen markerer et 1 meter gitter.

Carbon-isotoper: Mere end bare aldersdating

En mere detaljeret forståelse kan komme fra undersøgelse af kulstofisotoper, der er konserveret i knogler og tænder. Mens de fleste mennesker er bekendt med C-14-isotopen på grund af dens anvendelse i datering af de seneste rester (se diskussion nedenfor), har carbon to isotoper, der er mere almindelige og ikke radioaktive. C-12 er den mest almindelige isotop af kulstof, hvor C-13 er en sekundær stabil isotop. Fordi de er stabile, forfalder de ikke over tid.

Forskellige plantegrupper har forskellige forhold mellem kulstofisotoper, der kan bruges som fingeraftryk for paleodiet af gamle dyr. Kulstoffet i planter bruges til at opbygge knogler og tænder, således at forholdene i planterne afspejles i knoglerne på de dyr, der spiser dem.

Disse forskellige isotopiske underskrifter skyldes de forskellige metabolske veje, der bruges af planter. Mange græs er geologisk nyere og er “C4-planter”, mens træer og urteagtige planter er “C3-planter”. En savanne består af både C4- og C3-planter, da der er træer, buske og græs. En skov på den anden side vil være overvejende C3-planter. En flora, der er unik for Sydafrika, er fynbos (udtales: "finebose"), som også er C3.

Et dyr, der for det meste forbruger C3-planter, har et andet carbonisotopforhold i sine knogler end et dyr, der for det meste spiser C4-planter. Analyse foretaget på resterne af hovdyr (hovspattedyr: flodheste, antilope, giraffe, svin osv.) Indikerer, at miljøet i fossilparken for 5 millioner år siden var domineret af C3-planter.

pollen

Mens den isotopanalyse indikerede, at regionen ikke var domineret af græs, kunne den ikke skelne mellem træer, buske og fynbos. Heldigvis er pollen frigivet af planter typisk rigeligt og godt konserveret i sedimenter.

Pollen kan, i modsætning til isotopforhold, unikt identificere en plantefamilie eller slægt, der var til stede i området. Som en yderligere bonus, i modsætning til større planterester som træ eller blade, kan pollen let bæres af vind og vand og spredes således vidt fra en enkelt plantes placering. Selvom du måske aldrig finder et fossil blad fra en individuel plante, er du meget mere tilbøjelig til at finde dets pollen.

Pollenanalyse i fossilparken indikerer, at regionen for 5 millioner år siden omfattede de urteagtige Ranunculaceae (f.eks. Smørkopper), Cyperaceae (sedges, f.eks. Papyrus), Asteraceae (f.eks. Tusindfryd) og Umbelliferae (f.eks. Persille, dronning Annes blonder) plantefamilier. Kombinationen af ​​disse botaniske familier blev brugt til at udlede en habitat ved kystsletten. Tilstedeværelsen af ​​plantefamilierne Asteraceae, Chenopodiaceae (gåfod) og Amaranthaceae (amaranth) angav yderligere tørre forhold. Pollen fra træer fra Proteaceae-familien (f.eks. Protea) såvel som Podocarpus (f.eks. Gultræ) og Olea (f.eks. Oliven- og jerntræ) slægter var også til stede.

Tilstedeværelsen af ​​alt dette pollen giver et billede af plantesamfundene, der beboede denne region på det tidspunkt, hvor de fossilholdige sedimenter blev afsat. At vide, hvilke planter og dyr der var til stede på det tidspunkt, kan derefter bruges til at indikere fortidens miljø.

Problemet med Goldilocks Age Dating

Carbon-14 er den (naturligt forekommende) radioaktive isotop af kulstof, der er den mest kendte metode til datering af gamle materialer. Langt størstedelen af ​​stenpladsen kan imidlertid ikke dateres med denne teknik, fordi halveringstiden for C-14 er for kort, og det kræver også tilstedeværelsen af ​​det originale organiske materiale (mens fossilisering erstatter det originale organiske materiale med mere holdbare mineraler). På det tidspunkt, hvor organisk materiale er 75.000 år gammelt, er der for lidt C-14 tilbage i prøven til pålidelig måling.

Den radioaktive isotop af kalium (K-40) har en meget længere halveringstid end C-14 og er til stede i stollende klipper. Teknikker, der involverer kalium og dets datterprodukt Argon, kan således bruges på materialer, der blev udbrudt fra vulkaner for mere end 100.000 år siden (fordi halveringstiden er så lang, kan denne teknik ikke bruges på meget ungt materiale, fordi en så lille fraktion af det originale kalium er forfaldet, at vi ikke kan måle det nøjagtigt).

Desværre var Sydafrika ikke vulkanisk aktiv i det tidsrum, disse dyr døde, så sedimenterne kan ikke dateres direkte ved hjælp af kalium-argon. Andre metoder, der involverer mønstre for ændring af havoverfladen, paleomagnetisme og fossiler, kan imidlertid bruges til at indikere sedimenternes alder.

Forbinder aldre med fossiler

Biostratigrafi er en metode til bestilling af stenprotokollen baseret på dyrets rester, der er til stede, og er et nyttigt alternativ til at tilvejebringe aldersbegrænsninger på fossilartede klipper. Nogle dyrelinjer som grise og elefanter ser ud til at ændre sig hurtigt (i en geologisk forstand), så identifikation af forskellige sæt af disse dyr kan hjælpe med at fastlægge klippernes alder.

Ledetråd fra fossile dyr begrænser alderen på vestkysten af ​​fossilparkens sedimenter til ca. 5,2 millioner år siden. Den suid (gris) Nyanzachoerus kanamensis er fundet i både Østafrika og i fossilparken. På grund af den aktive riftning og den tilknyttede vulkanske aktivitet i Østafrika, er en absolut aldersdato (som i, vi kan fastlægge et nummer til den), blevet knyttet til denne art. Da svinefamilien oplevede geologisk hurtige ændringer ved at finde den art, kan vi sige noget om alderen på sedimenterne i parken.

konklusioner

Genopbygning af et miljø kan ofte komme til fine detaljer: isotopiske underskrifter i knogler, mikrobølgemønstre på tænder (ridser på overfladen af ​​tænderne kan indikere, om dyret var en græsser, browser eller blandet foderblanding), pollensamlinger i sedimenter , etc...

I øjeblikket findes parken i et middelhavsklima og ligger over 10 km fra havet. Alt det samlede bevis tyder imidlertid på, at West Coast Fossil Park for fem millioner år siden ville have eksisteret i et subtropisk skov i nærheden af, hvor en gammel Berg-flod blev tømt ud i Atlanterhavet.

Dyrerester kombineret med mikroskopiske og kemiske ledetråde skaber et sammenhængende billede af, hvordan denne region var, selvom intet menneske var ved for at se det direkte. Det er på denne måde, at geovidenskabsfolk opdager mysterierne i Jordens tidligere liv og klima.

I dag kan disse fossiler ses på stedet (på plads) ved vestkysten fossilpark i Sydafrika, og gæster kan endda hjælpe med at fuldføre miljøbillede ved at se efter mikrofossiler af fugle, frøer, gnavere og mange andre små dyr på sigten skærme. Eventuelle fund føjes til museets samlinger - besøgende har ikke tilladelse til at samle prøver for sig selv, da alle fossiler er beskyttet af staten i Sydafrika.

West Coast Fossil Park ligger 120 km nord for Cape Town i Sydafrika. Deres websted indeholder rigelig information om webstedet, detaljerede instruktioner, information om forskning, der foregår der, samt pædagogiske animationer og regneark. Forfatteren af ​​denne artikel vil gerne takke lederen af ​​Fossilparken, Pippa Haarhoff, for hendes hjælp og opmuntring.

Om forfatteren

Alex Guth er ph.d.-kandidat fra Michigan Technological University, og hendes afhandling fokuserede på den vulkanske udvikling af Kenya Rift. Hun har besøgt den vestlige Kappregion i Sydafrika flere gange for at hjælpe hendes rådgiver med geologi feltlejr, og hendes forskning i Afrika har ført til flere muligheder for at arbejde med National Geographic. Hendes hjemmeside kan ses på: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/