الحفريات

فهم المناخ الماضي والنظم الإيكولوجية



دراسة حالة من رواسب ميو بلوسين في متنزه ويست كوست فوسيل ، جنوب أفريقيابقلم ألكسندرا غوث ، جامعة ميشيغان التكنولوجية

إعادة بناء البيئة: يجمع العلماء بين العديد من الأدلة لفهم ماضي الأرض. تظهر الحفريات (أ) على وجه التحديد الحيوانات التي تعيش في المنطقة ، في حين أن الرواسب المحيطة بالعظام توفر أدلة مهمة حول البيئة الترسبية. يمكن تحليل العظام بشكل أكبر لتركيباتها النظيرية ، والتي تتأثر بما يستهلكه الحيوان أثناء تواجده (B). بالإضافة إلى ذلك ، يميل حبوب اللقاح المنبعثة من النباتات إلى الاحتفاظ بها بسهولة في السجل الجيولوجي ، مما يوفر سجلاً مفصلاً لمجتمعات الأزهار السابقة. كل هذه الأدلة يمكن دمجها لإنشاء عمليات إعادة بناء مفصلة للبيئات التي كانت موجودة منذ ملايين السنين (C).

منتزه ويست كوست الأحفوري: خريطة موقع توضح ارتفاع إفريقيا (1) مع توسيع منطقة الكاب الغربية بجنوب إفريقيا (2). على الخريطة 2 ، النجم البرتقالي الجنوبي هو موقع Cape Town ، ويمثل النجم الأزرق الشمالي West Coast Fossil Park. يتم توسيع منطقة المجموعة الفرعية 3 لإظهار الظروف الحالية لمستوى سطح البحر (3A) والوضع قبل 5.2 مليون عام ، عندما كان مستوى سطح البحر أعلى من 30 متر تقريبًا عن الوقت الحالي (3B). في ذلك الوقت ، كان الموقع الذي تشغله الحديقة الأحفورية بالقرب من الساحل حيث أفرغ نهر بيرج القديم في المحيط الأطلسي. خريطة أساس Elevation of Africa هي من مجموعة بيانات CleanTOPO2 ، وصور القمر الصناعي هي لعبة Landsat GeoCover حوالي 2000.

المقدمة

كيف نعرف كيف كانت الأرض القديمة قبل أن يكون الناس حولها لمشاهدة وتسجيل الظروف؟ إحدى الطرق الرئيسية التي كشف عنها علماء الجيولوجيا عن المناخات والأنظمة الإيكولوجية السابقة هي إجراء دراسات مفصلة عن الرواسب التي تحتوي على بقايا النباتات والحيوانات القديمة المحفوظة.

إن تكوين الحفريات هو أمر نادر الحدوث بشكل عام ، لذا فإن العثور على جيوب من البقايا الأحفورية المركزة أو شديدة التفصيل ، له قيمة علمية. وتسمى الودائع الأحفورية التي تتميز بتنوعها أو تفصيلها Lagerstätten (الألمانية من أجل "motherlode" أو "مكان التخزين") ، والتي يمكن تقسيمها إلى نوعين رئيسيين.

Konservat-Lagerstätten هي المواقع التي توجد فيها التفاصيل الدقيقة لكائن حي التمايز (لاحظ التشابه بين ما يعادل اللغة الإنجليزية والإنجليزية المائلة). في مثل هذه المواقع ، يتم تسجيل الأجزاء اللينة من الكائن الحي ، والتي تتحلل عادة ، كظهور أو أفلام كربون. ومن الأمثلة المعروفة على هذه الرواسب بورغس شيل في كولومبيا البريطانية وتشكيل النهر الأخضر في غرب الولايات المتحدة.

الصنف الثاني هو Konzentrat-Lagerstätte ، وهو موقع يوجد به مساحة كبيرة تركيز من العظام. في حين أن هذه المواقع لا تقدم الكثير من التفاصيل الدقيقة عن الكائنات الحية ، إلا أنها يمكن أن توفر لمحة عن النظام البيئي القديم من خلال تركيز عظام الحيوانات التي تنتشر عادةً في مساحة واسعة. ومن الأمثلة على ذلك ، عروض "تشكيل موريسون" التي تعود إلى العصر الجوراسي في نصب ديناصور الوطني في ولاية يوتا ، وشرتكوث هيل بوني بيد ، الذي يرجع تاريخه إلى ما بين 15 و 16 مليون عام في كاليفورنيا.

تم العثور على مثال آخر على كونزينترات-لاجرشتاتن في رواسب Langebaanweg في رواسب Lossbaanweg في متنزه West Coast Fossil Park في جنوب إفريقيا. توفر البقايا العديدة داخل هذه الأسرة المتحجرة معلومات مهمة عن المجتمعات البيولوجية ومناخ المنطقة منذ حوالي 5 ملايين سنة.

اكتشاف وتطوير الموقع

في الأصل منجم للفوسفات ، تم اكتشاف الحفريات في أواخر 1950. يتم استخراج الفوسفات اليوم بشكل رئيسي لاستخدامه في الأسمدة ، ويشيع استخدام حمض الفوسفوريك في المشروبات الغازية. ومع ذلك ، تم استخراج هذه الصخور في البداية لاستخدامها في أسلحة الحرب العالمية الثانية.

يتم إنتاج رواسب الفوسفات الرسوبية في مناطق ذات إنتاجية بيولوجية بحرية عالية ، مثل الرفوف القارية الحديثة. بسبب الظروف المتغيرة ، ومستوى سطح البحر في هذه الحالة ، أصبحت المناطق التي كانت تحت الماء في السابق معرضة الآن على الأرض ويمكن الوصول إليها للكشف والحفر. توقف التعدين النشط في الموقع الأحفوري في عام 1993 عندما تم إغلاق المنجم ، وتم تخصيص المنطقة التي اكتشفت فيها الحفريات كنصب تذكاري وطني (سيصبح قريبًا موقع تراث وطني). قد يكون نشاط التعدين قد دمر 80 ٪ من الحفريات في هذا الموقع ، ولكن لا يزال هناك ما يقدر بنحو مليون عينة محفوظة في مجموعات متحف إيزيكو جنوب أفريقيا.

صخور الفوسفات مع المواد العضوية: سنتيمتر - مقياس بجوار الصخور الفوسفاتية. تمثل الحبوب الحمراء المواد العضوية المفسفة. الصورة ألكسندرا غوث.

تشكيل Konzentrat-Lagerstätte

من الشائع تصور عملية التحجر كحيوان واحد يموت ثم يتم دفنه في مكانه. في حين أن بعض الحيوانات ماتت مباشرة على السهول الفيضية التي كانت موجودة في الموقع ، فإن العديد من البقايا في منتزه ويست كوست الأحفوري تم نقلها وتركيزها بواسطة الماء في هذا الموقع الفردي بمرور الوقت.

من المحتمل أن يكون "سلف" نهر بيرغ قد أفرغ في المحيط الأطلسي بالقرب من المنتزه الحالي عندما تم إيداع العظام. ربما يكون قضيب الرمل البحري قد منع البقايا من التدفق إلى البحر ، وربما يكون قد تصرف أيضًا في نفس الوقت لفخ البقايا التي جرفتها المياه من المحيط.

إعادة بناء البيئة

الحيوانات والنباتات المختلفة لها احتياجات متنوعة من الموائل ؛ وبالتالي ، فإن تحديد البقايا لتحديد ما هو المجتمع الحالي يقدم أدلة حول النظم الإيكولوجية السابقة. تصبح هذه المهمة أكثر صعوبة بالنسبة للودائع التي تمثل حيوانات منقرضة بالكامل (مثل الديناصورات في تكوين العصر الجوراسي موريسون) ، ولكن بقايا في ويست كوست فوسيل بارك عمرها 5 ملايين عام فقط. في حين أن معظم الأنواع المحفوظة في الحديقة قد انقرضت بنفسها ، إلا أنها ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالأنواع الحديثة.

من حيث تحديد حيوان لا تحتاج إلى 100 ٪ من عظام الفرد لتحديده بثقة. هذا مهم بشكل خاص ، حيث لم يتم العثور على هياكل عظمية كاملة ، خاصة في Konzentrat-Lagerstätten حيث تم تفكيك ونقل العظام. غالبًا ما يكون هناك تحيز إضافي للحفظ ، حيث يتم تدمير العظام الصغيرة الحساسة أثناء النقل ، بينما من المرجح أن تظل العظام الأكثر ثخانة والأشد ثباتًا سليمة. على الرغم من هذه الصعوبات ، نجح علماء الحفريات في تصنيف وتحديد العظام لتصوير المجتمع القديم.

تشير الحيوانات الموجودة في متنزه West Coast Fossil Park إلى أن المنطقة كانت قريبة من حدود اليابسة والمحيطات ، بالنظر إلى أن كل من الحيوانات البحرية (مثل الفقمة ، وسمك القرش الصغير ، و 4 أنواع من البطريق) والثدييات البرية (مثل الزرافة ذات العنق القصير ، الشجرة الأرضية) ، ضبع ، فرس النهر ، الماموث ، الظباء ، حصان ذو ثلاثة أصابع ، قطة ذات أسنان صابر. يشير التواجد الإضافي للضفادع (على الأقل 8 ، ربما ما يصل إلى 12 نوعًا في الرواسب) إلى أنه يجب وجود مياه عذبة قائمة. في حين أن العديد من أنواع الضفادع تظهر بعض التسامح مع المياه المالحة ، لا توجد البرمائيات المعروفة التي تعيش في الموائل البحرية البحتة.

سرير العظام: السرير العظمي في الموقع المعروض في متنزه ويست كوست فوسيل ، جنوب أفريقيا. ينتمي عظم الفك في الوسط إلى Sivathere ، وهو قريب منقرض من الزرافة الحديثة. سلسلة علامات خارج شبكة 1 متر.

نظائر الكربون: أكثر من مجرد تأريخ العمر

يمكن أن يأتي فهم أكثر تفصيلاً من فحص نظائر الكربون المحفوظة في العظام والأسنان. في حين أن معظم الناس على دراية بنظير C-14 نظرًا لاستخدامه في التعرّف على البقايا الحديثة (انظر المناقشة أدناه) ، فإن للكربون نظيران أكثر شيوعًا ، وليس إشعاعيًا. C-12 هو نظير الكربون الأكثر شيوعًا ، حيث يكون C-13 نظيرًا مستقرًا ثانويًا. لأنها مستقرة ، فإنها لا تتحلل بمرور الوقت.

مجموعات النباتات المختلفة لها نسب مميزة لنظائر الكربون التي يمكن استخدامها كبصمة ل paleodiet من الحيوانات القديمة. يستخدم الكربون الموجود في النباتات لبناء العظام والأسنان ، بحيث تنعكس النسب في النباتات في عظام الحيوانات التي تستهلكها.

هذه التواقيع النظرية المختلفة ترجع إلى المسارات الأيضية المختلفة التي تستخدمها النباتات. كثير من الأعشاب حديثة جيولوجيا وهي "نباتات C4" ، في حين أن الأشجار والنباتات العشبية هي "نباتات C3". يتكون السافانا من نباتات C4 و C3 حيث توجد الأشجار والشجيرات والأعشاب. غابة من ناحية أخرى ، سيكون في الغالب C3 النباتات. نبات فريد من نوعه في جنوب أفريقيا هو fynbos (وضوحا: "finebose") ، وهو أيضا C3.

سيكون للحيوان الذي يستهلك معظم نباتات C3 نسبة نظائر كربون مختلفة في عظامه مقارنة بحيوان يأكل نباتات C4 في الغالب. تشير التحليلات التي أجريت على بقايا ذوات الحوافر (الثدييات ذات الحوافر: أفراس النهر ، الظباء ، الزرافة ، الخنازير ، إلخ ...) إلى أن البيئة الموجودة في الحديقة الأحفورية قبل 5 ملايين سنة كانت تحت سيطرة نباتات C3.

لقاح

بينما أشار التحليل النظري إلى أن المنطقة لم تكن خاضعة لسيطرة الأعشاب ، إلا أنها لم تستطع التمييز بين الأشجار والشجيرات والفينبوس. لحسن الحظ ، حبوب اللقاح التي تطلقها النباتات عادة ما تكون وفيرة والحفاظ عليها جيدا في الرواسب.

حبوب اللقاح ، على عكس نسب النظائر ، يمكن أن تحدد بشكل فريد عائلة النبات أو الجنس الذي كان موجودا في المنطقة. على سبيل المكافأة الإضافية ، على عكس النبات الأكبر مثل الخشب أو الأوراق ، يتم حمل اللقاح بسهولة بواسطة الرياح والمياه ، وبالتالي ينتشر على نطاق واسع من موقع المصنع الفردي. على الرغم من أنك قد لا تجد ورقة أحفورية من نبات فردي ، فمن الأرجح أن تجد حبوب اللقاح الخاصة بها.

يشير تحليل حبوب اللقاح في حديقة الأحفوري إلى أن المنطقة قبل 5 ملايين عام شملت عائلات نبات الرانون العشبية (مثل الحوذان) ، Cyperaceae (sedges ، على سبيل المثال ورق البردي) ، Asteraceae (على سبيل المثال البابونج) ، و Umbelliferae (مثل البقدونس). تم استخدام مزيج من هذه الأسر النباتية لاستنتاج الموائل سهل الساحلي. بالإضافة إلى ذلك ، فإن وجود نباتات Asteraceae و Chenopodiaceae (goosefoot) و Amaranthaceae (amaranth) للعائلات أشارت إلى ظروف أكثر جفافاً. كان هناك أيضًا حبوب اللقاح من أشجار عائلة Proteaceae (على سبيل المثال protea) ، وكذلك Podocarpus (مثل الخشب الأصفر) و Olea (مثل الزيتون وخشب الحديد).

يوفر وجود كل حبوب اللقاح هذه صورة للمجتمعات النباتية التي كانت تعيش في هذه المنطقة في وقت ترسب الرواسب الأحفورية. عندئذٍ يمكن معرفة معرفة النباتات والحيوانات الموجودة في ذلك الوقت للإشارة إلى البيئة السابقة.

المعتدل عمر يؤرخ مشكلة

إن Carbon-14 هو نظير الكربون المشع (الطبيعي) الذي يعد أكثر الطرق المعروفة لتعارف المواد القديمة. ومع ذلك ، لا يمكن تأريخ الغالبية العظمى من سجل الصخور بهذه التقنية لأن عمر النصف لـ C-14 قصير جدًا ، ويتطلب أيضًا وجود المادة العضوية الأصلية (في حين أن التحجر يستبدل المادة العضوية الأصلية بمزيد من المعادن دائم). بحلول الوقت الذي يبلغ فيه عمر المادة العضوية 75000 عامًا ، يتبقى القليل من C-14 في العينة حتى يمكن قياسها بشكل موثوق.

يتمتع النظير المشع للبوتاسيوم (K-40) بنصف عمر أطول بكثير من C-14 وهو موجود في الصخور البركانية. وبالتالي ، يمكن استخدام التقنيات التي تشتمل على البوتاسيوم ومنتج ابنته الأرجون ، على المواد التي انفجرت من البراكين منذ أكثر من 100000 عام (نظرًا لأن نصف العمر طويل للغاية ، لا يمكن استخدام هذه التقنية على مواد صغيرة جدًا لأن مثل هذا الجزء الصغير من البوتاسيوم الأصلي قد تآكل أننا لا نستطيع قياسه بدقة).

لسوء الحظ ، لم تكن جنوب إفريقيا نشطة البراكين خلال الوقت الذي ماتت فيه هذه الحيوانات ، لذلك لا يمكن تأريخ الرواسب مباشرة باستخدام الأرجون البوتاسيوم. ومع ذلك ، يمكن استخدام طرق أخرى تنطوي على أنماط من تغيير مستوى سطح البحر ، المغناطيسية القديمة ، والحفريات للإشارة إلى عمر الرواسب.

ربط العصور مع الحفريات

Biostratigraphy هو وسيلة لطلب سجل الصخور على أساس بقايا الحيوانات الموجودة ، وهو بديل مفيد لتوفير قيود العمر على الصخور الأحفورية. يبدو أن بعض سلالات الحيوانات مثل الخنازير والأفيال تتغير بسرعة (بالمعنى الجيولوجي) ، لذلك فإن تحديد مجموعات مختلفة من هذه الحيوانات يمكن أن يساعد في تحديد عمر الصخور.

تعمل القرائن المستمدة من الحيوانات الأحفورية على تقييد عمر رواسب متنزه West Fossil Park منذ حوالي 5.2 مليون عام. تم العثور على suyan (خنزير) Nyanzachoerus kanamensis في كل من شرق أفريقيا وفي حديقة الأحفوري. بسبب الصدع النشط والنشاط البركاني المرتبط به في شرق إفريقيا ، فإن تاريخ العمر المطلق (كما في ، يمكننا أن نعلق رقمًا عليه) ، قد ارتبط بهذا النوع. نظرًا لأن عائلة الخنازير كانت تشهد تغيرات جيولوجية سريعة ، من خلال إيجاد تلك الأنواع ، يمكننا أن نقول شيئًا عن عمر الرواسب في الحديقة.

معلومات اكثر
1 تحليلات النظائر وتاريخ الذرة: روبرت هـ. تيكوت ، الفصل 10 في: جيه إي ستالر ، و ر. هـ. تيكوت ، و ب. ف. بنز (محرران) ، تاريخ الذرة: مناهج متعددة التخصصات لما قبل التاريخ واللغويات والجغرافيا الحيوية والتدجين وتطور الذرة، Academic Press (Elsevier) ، 2009.
2 الصخور والمعادن في كيب تاون: J.S. Compton ، Double Storey Books ، كيب تاون ، جنوب أفريقيا ، 112 صفحة ، 2004.
3 CleanTOPO2: تم تعديل SRTM30 Plus World Elevation Data: Tom Patterson ، US National Park Service ، 2013.
4 السياق الإقليمي والعالمي لموقع الحفريات المتأخرة Lenbaanweg (LBW) في العصر الحجري الحديث: الساحل الغربي لجنوب إفريقيا: ديفيد ل. روبرتس ، وآخرون ، مراجعات علوم الأرض ، المجلد 106: 3-4 ، الصفحات 191-214 ، 2011.
5 The Environment منذ 5-5.2 مليون عام: مقالة على موقع West Coast Fossil Park ، آخر مرة تم الوصول إليها في ديسمبر 2016.

الاستنتاجات

غالبًا ما تظهر إعادة بناء البيئة للتفاصيل الدقيقة: التواقيع النظرية في العظام ، والأنماط الدقيقة للأسنان (الخدوش على سطح الأسنان يمكن أن تشير إلى ما إذا كان الحيوان مستنقعًا أو مستعرضًا أو مغذيًا مختلطًا) ، أو تجميعات حبوب اللقاح في الرسوبيات ، الخ ...

في الوقت الحالي ، توجد الحديقة في مناخ البحر الأبيض المتوسط ​​وتقع على بعد أكثر من 10 كم من المحيط. ومع ذلك ، تشير جميع الأدلة مجتمعة إلى أنه قبل خمسة ملايين عام ، كان منتزه ويست كوست الأحفوري سيكون موجودًا في غابة شبه استوائية بالقرب من نهر بيرج القديم الذي أفرغ في المحيط الأطلسي.

البقايا الحيوانية مجتمعة مع القرائن المجهرية والكيميائية تخلق صورة متماسكة لما كانت عليه هذه المنطقة على الرغم من عدم وجود أي شخص حولها لمشاهدة ذلك مباشرة. وبهذه الطريقة ، يكشف علماء الجيولوجيا عن أسرار حياة الأرض الماضية ومناخها.

اليوم ، يمكن رؤية هذه الحفريات في الموقع (في مكانها) في متنزه ويست كوست الأحفوري في جنوب إفريقيا ، ويمكن للضيوف حتى المساعدة في استكمال الصورة البيئية من خلال البحث عن أحافير مجهرية للطيور والضفادع والقوارض والعديد من الحيوانات الصغيرة الأخرى الموجودة على غربال شاشات. تتم إضافة أي اكتشافات إلى مجموعات المتحف - لا يُسمح للزائرين بجمع العينات لأنفسهم ، حيث أن جميع الحفريات محمية من قبل الدولة في جنوب إفريقيا.

ساحل غرب الأحفوري بارك

يقع West Coast Fossil Park على بعد 120 كم شمال مدينة كيب تاون في جنوب إفريقيا. يحتوي موقع الويب الخاص بهم على معلومات وفيرة حول الموقع ، وإرشادات مفصلة ، ومعلومات تتعلق بالبحوث التي تجري هناك ، بالإضافة إلى الرسوم المتحركة وأوراق العمل التعليمية. تود مؤلفة هذا المقال أن تشكر مديرة حديقة الأحفوري ، بيبا هارهوف ، على مساعدتها وتشجيعها.

نبذة عن الكاتب

أليكس غوث خريجة دكتوراه من جامعة ميشيغان التكنولوجية ، وركزت أطروحتها على التطور البركاني في كينيا ريفت. وقد زارت منطقة ويسترن كيب بجنوب إفريقيا عدة مرات لمساعدة مستشارها في معسكر الجيولوجيا الميداني ، وأدى بحثها في إفريقيا إلى عدة فرص للعمل مع National Geographic. يمكن الاطلاع على موقعها على: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/