NộI Dung
- Giới thiệu
- Khám phá & Phát triển Trang web
- Hình thành một Konzentrat-Lagerstätte
- Tái thiết môi trường
- Đồng vị carbon: Không chỉ hẹn hò với tuổi
- Phấn hoa
- Vấn đề hẹn hò tuổi Goldilocks
- Liên kết tuổi với hóa thạch
- Kết luận
- Giới thiệu về tác giả
Tái thiết một môi trường: Các nhà khoa học kết hợp nhiều mảnh bằng chứng để tìm hiểu Trái đất trong quá khứ. Hóa thạch (A) cho thấy cụ thể loài động vật nào sống trong một khu vực, trong khi các trầm tích xung quanh xương cung cấp manh mối quan trọng về bối cảnh lắng đọng. Xương có thể được phân tích thêm cho các thành phần đồng vị của chúng, bị ảnh hưởng bởi những gì thực vật mà động vật tiêu thụ khi còn sống (B). Ngoài ra, phấn hoa phát hành từ thực vật có xu hướng dễ dàng được bảo quản trong hồ sơ địa chất, cung cấp một hồ sơ chi tiết về các cộng đồng hoa trong quá khứ.Tất cả các bit bằng chứng này có thể được kết hợp để tạo ra các bản dựng lại chi tiết của các môi trường tồn tại hàng triệu năm trước (C).
Công viên hóa thạch West Coast: Bản đồ vị trí cho thấy độ cao của Châu Phi (1) với khu vực Western Cape của Nam Phi (2) được mở rộng. Trên bản đồ 2, ngôi sao màu cam phía nam là vị trí của Cape Town và ngôi sao màu xanh phía bắc đại diện cho Công viên hóa thạch West Coast. Vùng phụ 3 được mở rộng để hiển thị các điều kiện mực nước biển hiện tại (3A) và tình hình 5,2 triệu năm trước, khi mực nước biển cao hơn ~ 30 mét so với hiện tại (3B). Vào thời điểm đó, địa điểm bị chiếm giữ bởi công viên hóa thạch sẽ ở gần bờ biển nơi sông Berg cổ đại đổ vào Đại Tây Dương. Độ cao của bản đồ châu Phi là từ bộ dữ liệu CleanTOPO2 và hình ảnh vệ tinh là NASA Từ Landsat GeoCover vào khoảng năm 2000.
Giới thiệu
Làm thế nào để chúng ta biết Trái đất cổ đại như thế nào trước khi mọi người xung quanh chứng kiến và ghi lại các điều kiện? Một trong những cách chính mà các nhà địa chất học làm sáng tỏ khí hậu và hệ sinh thái trong quá khứ là bằng cách tiến hành các nghiên cứu chi tiết về tiền gửi có chứa hài cốt được bảo tồn của thực vật và động vật cổ đại.
Sự hình thành hóa thạch nói chung là rất hiếm khi xảy ra, vì vậy việc tìm thấy các túi hóa thạch tập trung, hoặc rất chi tiết, có giá trị về mặt khoa học. Tiền gửi hóa thạch đáng chú ý vì sự đa dạng hoặc chi tiết của chúng được gọi là Lagerstätten (tiếng Đức cho ‘Motherlode, hoặc‘ nơi lưu trữ,), có thể được chia thành hai loại chính.
Konservat-Lagerstätten là những địa điểm có các chi tiết đẹp của một sinh vật bảo tồn (lưu ý sự tương đồng giữa tiếng Đức và chữ in nghiêng tương đương). Trong các vị trí như vậy, các phần mềm của một sinh vật, thường phân rã, được ghi lại dưới dạng ấn tượng hoặc màng carbon. Các ví dụ nổi tiếng về các khoản tiền gửi như vậy là Burgess Shale ở British Columbia và Green River Formation ở miền Tây Hoa Kỳ.
Giống thứ hai là Konzentrat-Lagerstätte, đây là một địa điểm có nhiều sự tập trung xương. Mặc dù các địa điểm này không cung cấp nhiều chi tiết tốt đẹp của các sinh vật, nhưng chúng có thể cung cấp một cái nhìn thoáng qua về một hệ sinh thái cổ đại bằng cách tập trung xương của động vật thường sẽ được trải rộng trên một khu vực rộng. Các ví dụ bao gồm các cuộc tiếp xúc với Morrison Formation ở kỷ Jura tại tượng đài Quốc gia Khủng long ở Utah, và Giường xương cá mập 15-16 triệu năm tuổi ở California.
Một ví dụ khác về Konzentrat-Lagerstätten được tìm thấy trong các trầm tích trầm tích của hệ tầng Langebaanweg trong Công viên hóa thạch Bờ Tây ở Nam Phi. Nhiều di tích còn lại trong những chiếc giường hóa thạch này cung cấp thông tin quan trọng về các cộng đồng sinh học và khí hậu của khu vực khoảng 5 triệu năm trước.
Khám phá & Phát triển Trang web
Ban đầu là một mỏ phốt phát, hóa thạch được phát hiện vào cuối năm 1950. Phốt phát được khai thác ngày nay chủ yếu để sử dụng trong phân bón và axit photphoric thường được sử dụng trong nước giải khát. Tuy nhiên, những tảng đá này ban đầu được khai thác để sử dụng trong vũ khí trong Thế chiến II.
Tiền gửi phốt phát trầm tích được sản xuất ở những vùng có năng suất sinh học biển cao, giống như các thềm lục địa hiện đại. Do điều kiện thay đổi, mực nước biển trong trường hợp này, các khu vực trước đây dưới nước hiện đang tiếp xúc trên đất liền và có thể truy cập để phát hiện và khai quật. Hoạt động khai thác tại địa điểm hóa thạch đã ngừng vào năm 1993 khi mỏ đóng cửa và khu vực phát hiện hóa thạch được đặt làm Di tích quốc gia (sắp trở thành Di sản quốc gia). Hoạt động khai thác có thể đã phá hủy 80% hóa thạch tại địa điểm này, nhưng vẫn còn khoảng 1 triệu mẫu vật được bảo quản trong các bộ sưu tập của Bảo tàng Nam Phi Iziko.
Đá phốt phát với vật liệu hữu cơ: Một quy mô centimet bên cạnh đá phốt pho. Các hạt màu đỏ đại diện cho vật liệu hữu cơ phosphat hóa. Ảnh của Alexandra Guth.
Hình thành một Konzentrat-Lagerstätte
Người ta thường hình dung quá trình hóa thạch khi một con vật chết đi và sau đó được chôn cất tại chỗ. Trong khi một số động vật chết trực tiếp trên vùng đồng bằng ngập nước từng tồn tại ở khu vực này, nhiều phần còn lại tại Công viên hóa thạch West Coast đã được di chuyển và tập trung bởi nước ở vị trí duy nhất này theo thời gian.
Có khả năng, tổ tiên của sông Berg đổ ra Đại Tây Dương gần công viên ngày nay khi xương được lắng đọng. Một thanh cát ngoài khơi có thể đã giữ cho hài cốt không bị tuôn ra biển, và cũng có thể đồng thời hành động để bẫy các xác chết bị cuốn trôi từ đại dương.
Tái thiết môi trường
Động vật và thực vật khác nhau có nhu cầu môi trường sống khác nhau; do đó, việc xác định hài cốt để thiết lập những gì cộng đồng hiện diện cung cấp manh mối về các hệ sinh thái trong quá khứ. Nhiệm vụ này trở nên khó khăn hơn đối với các khoản tiền gửi đại diện cho một hệ động vật hoàn toàn tuyệt chủng (như khủng long của hệ tầng Jurassic Morrison), nhưng phần còn lại tại Công viên Fossil West Coast chỉ là 5 triệu năm tuổi. Trong khi hầu hết các loài được bảo tồn tại công viên đều tuyệt chủng, chúng có liên quan chặt chẽ với các loài hiện đại.
Về mặt xác định một con vật, bạn không cần 100% xương cá nhân để tự tin xác định nó. Điều này đặc biệt quan trọng, vì toàn bộ bộ xương không được tìm thấy phổ biến, đặc biệt là ở Konzentrat-Lagerstätten nơi xương đã bị cắt bỏ và vận chuyển. Thường có một xu hướng bảo quản bổ sung, trong đó xương mỏng manh bị phá hủy trong quá trình vận chuyển, trong khi xương dày hơn và chắc chắn hơn có nhiều khả năng vẫn còn nguyên vẹn. Mặc dù có những khó khăn này, các nhà cổ sinh vật học khá thành công trong việc phân loại và xác định xương để hình dung ra cộng đồng cổ đại.
Các động vật được tìm thấy tại Công viên hóa thạch West Coast chỉ ra rằng khu vực này nằm gần ranh giới đất liền và đại dương, do cả động vật biển (ví dụ hải cẩu, cá mập megalodon, 4 loài chim cánh cụt) và động vật có vú trên cạn (ví dụ như hươu cao cổ ngắn, cá mập , linh cẩu, hà mã, voi ma mút, linh dương, ngựa ba ngón, mèo răng cưa) đã được tìm thấy cùng nhau. Sự hiện diện bổ sung của ếch (ít nhất là 8, có thể có đến 12 loài được đại diện trong các mỏ) cho thấy rằng phải có nước ngọt đứng. Trong khi nhiều loài ếch biểu hiện một số khả năng chịu nước mặn, không có loài lưỡng cư nào được biết đến sống trong môi trường sống thuần túy biển.
Giường xương: Giường xương tại chỗ được trưng bày tại Công viên hóa thạch West Coast, Nam Phi. Xương hàm ở trung tâm thuộc về một Sivathere, họ hàng tuyệt chủng của hươu cao cổ hiện đại. Chuỗi đánh dấu lưới 1 mét.
Đồng vị carbon: Không chỉ hẹn hò với tuổi
Một sự hiểu biết chi tiết hơn có thể đến từ việc kiểm tra các đồng vị carbon được bảo quản trong xương và răng. Trong khi hầu hết mọi người quen thuộc với đồng vị C-14 do sử dụng nó trong việc hẹn hò gần đây (xem thảo luận bên dưới), carbon có hai đồng vị phổ biến hơn và không phóng xạ. C-12 là đồng vị phổ biến nhất của carbon, với C-13 là đồng vị bền thứ cấp. Bởi vì chúng ổn định, chúng không bị phân rã theo thời gian.
Các nhóm thực vật khác nhau có tỷ lệ khác nhau của các đồng vị carbon có thể được sử dụng làm dấu vân tay cho động vật cổ đại. Carbon trong thực vật được sử dụng để xây dựng xương và răng, do đó tỷ lệ trong thực vật được phản ánh trong xương của động vật tiêu thụ chúng.
Các dấu hiệu đồng vị khác nhau này là do các con đường trao đổi chất khác nhau được sử dụng bởi thực vật. Nhiều loại cỏ gần đây về mặt địa chất và là những cây thực vật C4, trong khi cây và cây thân thảo là cây C3. Một thảo nguyên bao gồm cả thực vật C4 và C3 vì có cây, cây bụi và cỏ. Mặt khác, một khu rừng sẽ chủ yếu là thực vật C3. Một hệ thực vật độc đáo ở Nam Phi là fynbos (phát âm là: Fine finebose '), cũng là C3.
Một động vật tiêu thụ hầu hết thực vật C3 sẽ có tỷ lệ đồng vị carbon khác trong xương của nó so với động vật ăn chủ yếu là thực vật C4. Phân tích được thực hiện trên phần còn lại của động vật móng guốc (động vật có vú: hà mã, linh dương, hươu cao cổ, lợn, v.v.) chỉ ra rằng môi trường hiện diện tại công viên hóa thạch 5 triệu năm trước bị chi phối bởi thực vật C3.
Phấn hoa
Trong khi phân tích đồng vị chỉ ra rằng khu vực này không bị cỏ chi phối, nó không thể phân biệt giữa cây, cây bụi và fynbos. May mắn là phấn hoa được phát hành bởi thực vật thường phong phú và được bảo quản tốt trong trầm tích.
Phấn hoa, không giống như tỷ lệ đồng vị, có thể xác định duy nhất một họ thực vật hoặc chi thực vật có trong khu vực. Là một phần thưởng bổ sung, không giống như thực vật lớn hơn vẫn như gỗ hoặc lá, phấn hoa dễ dàng được mang theo gió và nước và do đó được lan truyền rộng rãi từ một địa điểm thực vật riêng lẻ. Mặc dù bạn có thể không bao giờ tìm thấy một lá hóa thạch từ một cây riêng lẻ, nhưng bạn có nhiều khả năng tìm thấy phấn hoa của nó.
Phân tích phấn hoa tại Công viên Fossil chỉ ra rằng khu vực 5 triệu năm trước bao gồm Ranunculaceae (ví dụ: cây bơ), Cyperaceae (cây cói, ví dụ như cây cói), Asteraceae (ví dụ như hoa cúc), và cây họ đậu Sự kết hợp của các gia đình thực vật này đã được sử dụng để suy ra một môi trường sống đồng bằng ven biển. Sự hiện diện của các họ thực vật Asteraceae, Chenop Zodiaceae (ngỗng) và Amaranthaceae (rau dền) cũng chỉ ra điều kiện khô hơn. Phấn hoa từ các cây thuộc họ Proteaceae (ví dụ: protea), cũng như các giống Podocarpus (ví dụ như gỗ vàng) và Olea (ví dụ như ô liu và gỗ lim) cũng có mặt.
Sự hiện diện của tất cả các phấn hoa này cung cấp một bức tranh về các cộng đồng thực vật sinh sống ở khu vực này vào thời điểm các trầm tích hóa thạch được lắng đọng. Biết được thực vật và động vật nào có mặt tại thời điểm đó có thể được sử dụng để chỉ ra môi trường trong quá khứ.
Vấn đề hẹn hò tuổi Goldilocks
Carbon-14 là đồng vị phóng xạ (xuất hiện tự nhiên) của carbon, là phương pháp phổ biến nhất được biết đến để xác định niên đại các vật liệu cũ. Tuy nhiên, phần lớn các bản ghi đá không thể được xác định bằng kỹ thuật này vì thời gian bán hủy của C-14 quá ngắn và nó cũng đòi hỏi sự có mặt của vật liệu hữu cơ ban đầu (trong khi đó, hóa thạch thay thế vật liệu hữu cơ ban đầu bằng nhiều hơn khoáng bền). Vào thời điểm vật liệu hữu cơ là 75.000 năm tuổi, có quá ít C-14 còn lại trong mẫu để đo một cách đáng tin cậy.
Đồng vị phóng xạ của kali (K-40) có chu kỳ bán rã dài hơn nhiều so với C-14 và hiện diện trong đá lửa. Do đó, các kỹ thuật liên quan đến Kali và sản phẩm con gái của nó là Argon, có thể được sử dụng trên các vật liệu phun trào từ núi lửa hơn 100.000 năm trước (vì thời gian bán hủy quá dài, kỹ thuật này không thể được sử dụng trên vật liệu rất trẻ vì một phần nhỏ như vậy kali ban đầu đã phân rã mà chúng ta không thể đo chính xác được).
Thật không may, Nam Phi đã không hoạt động núi lửa trong thời gian những con vật này chết, vì vậy các trầm tích không thể được xác định trực tiếp bằng cách sử dụng kali-argon. Tuy nhiên, các phương pháp khác liên quan đến mô hình thay đổi mực nước biển, chủ nghĩa nhợt nhạt và hóa thạch có thể được sử dụng để chỉ ra tuổi của trầm tích.
Liên kết tuổi với hóa thạch
Thư sinh học là một phương pháp đặt hàng hồ sơ đá dựa trên động vật vẫn còn, và là một thay thế hữu ích để cung cấp hạn chế độ tuổi trên đá hóa thạch. Một số dòng dõi động vật như lợn và voi, dường như thay đổi nhanh chóng (theo nghĩa địa chất), vì vậy việc xác định các bộ khác nhau của những con vật này có thể giúp xác định tuổi của đá.
Manh mối từ động vật hóa thạch hạn chế tuổi của trầm tích Công viên hóa thạch West Coast đến khoảng 5,2 triệu năm trước. Nyanzachoerus kanamensis (lợn) đã được tìm thấy ở cả Đông Phi và tại công viên hóa thạch. Do hoạt động rạn nứt tích cực và liên quan đến núi lửa ở Đông Phi, một ngày tuổi tuyệt đối (như trong, chúng ta có thể ghim một số cho nó), đã được liên kết với loài đó. Vì gia đình lợn đã trải qua những thay đổi nhanh chóng về mặt địa chất, bằng cách tìm thấy loài đó, chúng ta có thể nói điều gì đó về tuổi của trầm tích tại công viên.
Kết luận
Tái tạo một môi trường thường có thể đi đến các chi tiết tốt: chữ ký đẳng hướng trong xương, mô hình vi sóng trên răng (vết trầy xước trên bề mặt răng có thể cho biết nếu động vật là máy nghiền, trình duyệt hoặc bộ nạp chế độ hỗn hợp), tập hợp phấn hoa trong trầm tích , v.v ...
Hiện tại, công viên tồn tại trong khí hậu Địa Trung Hải và nằm cách đại dương hơn 10 km. Tuy nhiên, tất cả các bằng chứng kết hợp chỉ ra rằng năm triệu năm trước, Công viên hóa thạch West Coast sẽ tồn tại trong một khu rừng cận nhiệt đới gần nơi có một dòng sông Berg cổ đại đổ ra Đại Tây Dương.
Xác động vật kết hợp với các manh mối vi mô và hóa học tạo ra một bức tranh gắn kết về khu vực này giống như thế nào mặc dù không có con người nào ở xung quanh để chứng kiến trực tiếp. Theo cách này, các nhà địa chất học làm sáng tỏ những bí ẩn của Trái đất trong quá khứ và khí hậu.
Ngày nay, những hóa thạch này có thể được nhìn thấy tại chỗ (tại chỗ) tại Công viên hóa thạch West Coast ở Nam Phi, và khách thậm chí có thể giúp hoàn thành bức tranh môi trường bằng cách tìm microfossils của chim, ếch, động vật gặm nhấm và nhiều động vật nhỏ khác trên sàng màn hình. Bất kỳ phát hiện nào cũng được thêm vào bộ sưu tập của bảo tàng - du khách không được phép thu thập mẫu vật cho mình, vì tất cả các hóa thạch đều được nhà nước ở Nam Phi bảo vệ.
Công viên hóa thạch West Coast nằm cách Cape Town ở Nam Phi 120 km về phía bắc. Trang web của họ chứa thông tin phong phú về trang web, hướng dẫn chi tiết, thông tin liên quan đến nghiên cứu xảy ra ở đó, cũng như hình ảnh động và bảng tính giáo dục. Tác giả của bài viết này xin cảm ơn người quản lý của Công viên Fossil, Pippa Haarhoff, vì sự giúp đỡ và khuyến khích của cô.
Giới thiệu về tác giả
Alex Guth là một tiến sĩ tốt nghiệp từ Đại học Công nghệ Michigan, và luận án của cô tập trung vào sự phát triển núi lửa của Rift Kenya. Cô đã nhiều lần đến thăm khu vực Western Cape của Nam Phi để hỗ trợ cố vấn của mình về trại địa chất, và nghiên cứu của cô ở Châu Phi đã dẫn đến một số cơ hội để làm việc với National Geographic. Trang web của cô có thể được xem tại: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/