Kandungan
- Pengenalan
- Penemuan & Pembangunan Tapak
- Membentuk Konzentrat-Lagerstätte
- Merekabentuk Persekitaran
- Isotop karbon: Lebih daripada sekadar umur bertarikh
- Pollen
- Masalah Dating Zaman Emas Goldilocks
- Menghubungkan Usia dengan Fosil
- Kesimpulan
- Mengenai Pengarang
Membina semula persekitaran: Para saintis menggabungkan banyak bukti untuk memahami masa lalu Bumi. Fosil (A) menunjukkan secara spesifik haiwan hidup di rantau ini, sementara sedimen yang mengelilingi tulang memberikan petunjuk penting mengenai penetapan deposit. Tulang boleh dianalisis lagi untuk komposisi isotopnya, yang dipengaruhi oleh tumbuhan yang dimakan haiwan semasa hidup (B). Selain itu, debunga yang dilepaskan dari tumbuh-tumbuhan cenderung mudah dipelihara dalam rekod geologi, menyediakan rekod terperinci mengenai masyarakat bunga lepas.Semua bit bukti ini boleh digabungkan untuk membuat rekonstruksian persekitaran terperinci yang wujud berjuta-juta tahun yang lalu (C).
Taman Pantai Fossil Barat: Peta lokasi menunjukkan ketinggian Afrika (1) dengan wilayah Cape Barat Afrika Selatan (2) berkembang. Di peta 2, bintang oren selatan adalah lokasi Cape Town, dan bintang biru utara mewakili Taman Pantai Fossil Barat. Rantau subset 3 diperluas untuk menunjukkan keadaan paras laut semasa (3A) dan keadaan 5.2 juta tahun yang lalu, apabila paras laut adalah ~ 30 meter lebih tinggi dari sekarang (3B). Pada masa itu, tapak yang diduduki oleh taman fosil itu sudah dekat dengan pantai di mana Sungai Berg kuno dikosongkan ke Atlantik. Peningkatan Afrika basemap adalah dari set data CleanTOPO2, dan imejan satelit Landsat GeoCover NASA sekitar tahun 2000.
Pengenalan
Bagaimanakah kita tahu apa bumi kuno seperti sebelum orang dapat menyaksikan dan merekodkan keadaan? Salah satu cara utama geoscientists menguraikan iklim lalu dan ekosistem lepas adalah dengan menjalankan kajian terperinci mengenai deposit yang mengandungi sisa-sisa tumbuhan dan haiwan kuno yang dipelihara.
Pembentukan fosil pada umumnya adalah kejadian yang jarang terjadi, jadi penemuan poket-poket yang terkumpul, atau sangat terperinci, masih ada fosil yang bernilai saintifik. Deposit fosil yang ketara untuk kepelbagaian atau detailnya disebut Lagerstätten (bahasa Jerman untuk 'motherlode' atau 'tempat penyimpanan'), yang boleh dibahagikan kepada dua jenis utama.
Konservat-Lagerstätten adalah lokasi di mana butiran halus organisma dipelihara (perhatikan persamaan antara persamaan bahasa Inggeris dan Itali yang mirip). Di tapak sedemikian bahagian-bahagian lembut organisme, yang biasanya mereput, direkodkan sebagai teraan atau filem karbon. Contoh-contoh deposit sedemikian adalah Burgess Shale di British Columbia dan Pembentukan Sungai Hijau di AS Barat.
Pelbagai kedua ialah Konzentrat-Lagerstätte, yang merupakan lokasi di mana terdapatnya besar kepekatan tulang. Walaupun laman web ini tidak memberikan butiran terperinci mengenai organisma, mereka dapat memberikan gambaran tentang ekosistem kuno dengan menumpukan perhatian pada tulang-tulang hewan yang biasanya akan tersebar di seluruh kawasan yang luas. Contohnya termasuk pendedahan Formasi Morrison yang berusia Jurassic di tugu Kebangsaan Dinosaur di Utah, dan Bedugul Hill Sharktooth Hill yang berusia 15-16 juta tahun di California.
Satu lagi contoh Konzentrat-Lagerstätten ditemui di dalam deposit sedimen Langebaanweg Formation di West Coast Fossil Park di Afrika Selatan. Banyak yang tinggal di dalam katil fosil ini menyediakan maklumat penting mengenai komuniti biologi dan iklim di rantau ini sekitar 5 juta tahun yang lalu.
Penemuan & Pembangunan Tapak
Pada mulanya, lombong fosfat, fosil ditemui pada akhir 1950-an. Fosfat ditambang pada hari ini terutamanya untuk kegunaannya dalam baja, dan asid fosforik biasanya digunakan dalam minuman ringan. Walau bagaimanapun, batu-batu ini dilombong untuk digunakan dalam senjata Perang Dunia II.
Deposit fosfat sedimen dihasilkan di kawasan produktiviti biologi marin yang tinggi, seperti rak kontinental moden. Oleh kerana keadaan yang berubah-ubah, paras laut dalam kes ini, kawasan sebelum ini di bawah air kini terdedah di tanah dan boleh diakses untuk pengesanan dan penggalian. Perlombongan aktif di tapak fosil berhenti pada tahun 1993 apabila lombong ditutup, dan kawasan di mana fosil telah ditemui telah diketepikan sebagai Monumen Kebangsaan (tidak lama lagi menjadi Tapak Warisan Kebangsaan). Aktiviti perlombongan mungkin telah memusnahkan 80% fosil di laman web ini, tetapi masih terdapat kira-kira 1 juta spesimen yang dipelihara dalam koleksi Muzium Afrika Selatan Iziko.
Batu fosfat dengan bahan organik: Skala sentimeter di sebelah batu fosfat. Biji merah mewakili bahan organik fosfat. Gambar oleh Alexandra Guth.
Membentuk Konzentrat-Lagerstätte
Adalah biasa untuk memvisualisasikan proses fosilisasi sebagai haiwan tunggal yang mati dan kemudian dikebumikan. Walaupun sesetengah haiwan mati secara langsung di dataran banjir yang biasanya wujud di tapak tersebut, banyak mayat di Taman Fosil Pantai Barat dipindahkan dan tertumpu oleh air di lokasi tunggal ini dari semasa ke semasa.
Kemungkinan 'nenek moyang' Sungai Berg dikosongkan ke Atlantik berhampiran taman sekarang apabila tulang-tulang itu didepositkan. Bar pasir luar pesisir mungkin menyimpan mayat dari laut ke laut, dan mungkin juga bertindak pada perangkap yang terus dibasuh dari laut.
Merekabentuk Persekitaran
Haiwan dan tumbuhan yang berbeza mempunyai keperluan habitat yang berbeza-beza; oleh itu, mengenal pasti jenazah untuk menubuhkan komuniti apa yang ada menyediakan petunjuk mengenai ekosistem yang lalu. Tugas ini menjadi lebih sukar untuk deposit yang mewakili fauna yang sepenuhnya pupus (seperti dinosaur pembentukan Jurassic Morrison), tetapi mayat di Taman Fosil Pantai Barat adalah 'hanya' 5 juta tahun dahulu. Walaupun kebanyakan spesies yang dipelihara di taman itu telah pupus, mereka berkait rapat dengan spesies moden.
Dari segi mengenal pasti haiwan anda tidak memerlukan 100% tulang individu untuk mengenal pasti dengan pasti. Ini amat penting, kerana keseluruhan kerangka tidak biasa dijumpai, terutama di Konzentrat-Lagerstätten di mana tulang telah disartikulasikan dan diangkut. Selalunya kecenderungan pemuliharaan tambahan, di mana tulang-tulang kecil yang halus dihancurkan semasa pengangkutan, manakala tulang yang lebih tebal dan kukuh lebih cenderung tetap utuh. Walaupun kesukaran ini, ahli paleontologi agak berjaya mengelaskan dan mengenal pasti tulang untuk membayangkan masyarakat purba.
Haiwan yang ditemui di Taman Fosil Pantai Barat menunjukkan bahawa kawasan itu berhampiran sempadan tanah dan laut, memandangkan kedua-dua haiwan laut (contohnya meterai, hiu megalodon, 4 spesies penguin) dan mamalia darat (contohnya jerapah pendek, aardvark , hyena, hippo, raksasa, antelop, kuda bertali tiga, kucing sabit-bergigi) ditemui bersama-sama. Kehadiran tambahan katak (sekurang-kurangnya 8, mungkin sebanyak 12 spesies diwakili dalam deposit) menunjukkan bahawa pasti ada telah berdiri air tawar. Walaupun banyak spesies katak memperlihatkan toleransi terhadap air masin, tidak ada amfibia yang diketahui yang mendiami habitat marin semata-mata.
Katil tulang: Katil tulang di dalam situ dipamerkan di West Coast Fossil Park, Afrika Selatan. Tulang rahang di tengahnya adalah milik Sivathere, seorang saudara yang sudah pupus dari jerapah moden. Rentetan menandakan grid 1 meter.
Isotop karbon: Lebih daripada sekadar umur bertarikh
Pengertian yang lebih terperinci boleh datang dari memeriksa isotop karbon yang dipelihara dalam tulang dan gigi. Sedangkan kebanyakan orang sudah terbiasa dengan isotop C-14 kerana penggunaannya dalam peninggalan baru-baru ini (lihat perbincangan di bawah), karbon mempunyai dua isotop yang lebih biasa, dan bukan radioaktif. C-12 adalah isotop karbon yang paling biasa, dengan C-13 sebagai isotop stabil sekunder. Kerana mereka stabil, mereka tidak reput sepanjang masa.
Kumpulan tumbuhan yang berbeza mempunyai nisbah isotop karbon yang berbeza yang boleh digunakan sebagai cap jari untuk paleodiet haiwan purba. Karbon dalam tumbuhan digunakan untuk membina tulang dan gigi, sehingga rasio di tumbuhan tercermin dalam tulang-tulang haiwan yang memakannya.
Tanda tangan isotop yang berbeza adalah disebabkan oleh laluan metabolik yang berbeza yang digunakan oleh tumbuh-tumbuhan. Ramai rumput baru-baru ini secara geologi dan "tumbuh-tumbuhan C4," manakala pokok-pokok dan tumbuh-tumbuhan herba adalah "tumbuhan C3". A savannah terdiri daripada kedua-dua tanaman C4 dan C3 kerana terdapat pokok, pokok renek, dan rumput. Sebaliknya, hutan merupakan tanaman utama C3. Flora yang unik untuk Afrika Selatan adalah fynbos (diucapkan: "finebose"), yang juga C3.
Haiwan yang menggunakan kebanyakan tumbuhan C3 akan mempunyai nisbah isotop karbon yang berbeza dalam tulangnya berbanding haiwan yang kebanyakannya memakan tumbuhan C4. Analisa yang dilakukan pada sisa-sisa burung tidak berbulu (mamalia berbulu: kuda nil, antelope, jerapah, babi, dll ...) menunjukkan bahawa persekitaran yang terdapat di taman fosil 5 juta tahun lalu dikuasai oleh tanaman C3.
Pollen
Walaupun analisis isotop menunjukkan bahawa rantau ini tidak dikuasai oleh rumput, ia tidak dapat membezakan antara pokok, pokok renek dan fynbos. Mujurlah debunga yang dikeluarkan oleh tumbuhan biasanya banyak dan dipelihara dengan baik di sedimen.
Dedaunan, tidak seperti nisbah isotop, secara unik dapat mengenal pasti keluarga tumbuhan atau genus yang terdapat di kawasan tersebut. Sebagai bonus tambahan, tidak seperti tumbuhan yang lebih besar seperti kayu atau daun, debunga mudah dibawa oleh angin dan air dan dengan itu tersebar luas dari lokasi tumbuhan individu. Walaupun anda tidak boleh menemui daun fosil dari tumbuhan individu, anda lebih cenderung untuk mencari debunga.
Analisis serbuk sari di Taman Fosil menunjukkan rantau ini 5 juta tahun yang lalu termasuk Ranunculaceae herba (mis. Buttercups), Cyperaceae (sedges, contohnya papirus), Asteraceae (contohnya daisies), dan Umbelliferae (contohnya daun pasli, renda Queen Anne). Gabungan keluarga botani ini digunakan untuk membuat habitat habitat dataran pantai. Kehadiran famili tumbuhan Asteraceae, Chenopodiaceae (goosefoot) dan Amaranthaceae (amaranth) juga menunjukkan keadaan kering. Diesel dari pokok-pokok keluarga Proteaceae (contohnya protea), serta Podocarpus (contohnya yellowwood) dan Olea (contohnya zaitun dan kayu besi) juga ada.
Kehadiran semua debunga ini memberikan gambaran masyarakat tumbuhan yang mendiami rantau ini pada saat sedimen fosil yang didepositkan. Mengetahui tumbuhan dan haiwan yang ada pada masa itu boleh digunakan untuk menunjukkan persekitaran yang lalu.
Masalah Dating Zaman Emas Goldilocks
Karbon-14 adalah isotop radioaktif (secara semulajadi) karbon yang merupakan kaedah yang paling popular untuk bahan-bahan lama. Walau bagaimanapun, majoriti rekod rock tidak boleh bertarikh dengan teknik ini kerana separuh hayat C-14 terlalu pendek, dan ia juga memerlukan kehadiran bahan organik asli (sedangkan, fosilisasi menggantikan bahan organik asli dengan lebih banyak mineral tahan lama). Pada masa bahan organik berusia 75,000 tahun, terdapat sedikit C-14 yang tersisa dalam sampel untuk mengukur secara pasti.
Isotop radioaktif kalium (K-40) mempunyai separuh hayat yang lebih lama daripada C-14 dan terdapat dalam batuan beku. Oleh itu, teknik yang melibatkan Potassium dan produk anak perempuannya, Argon, boleh digunakan pada bahan-bahan yang meletus dari gunung berapi lebih daripada 100,000 tahun yang lalu (kerana separuh hayatnya begitu lama, teknik ini tidak boleh digunakan pada bahan yang sangat muda kerana sebilangan kecil daripada potassium asal telah reput bahawa kita tidak boleh mengukurnya secara tepat).
Malangnya, Afrika Selatan tidak aktif secara volkan semasa haiwan ini mati, jadi sedimen tidak dapat bertarikh secara terus menggunakan kalium-argon. Walau bagaimanapun, kaedah lain yang melibatkan corak perubahan paras laut, paleomagnetisme, dan fosil boleh digunakan untuk menunjukkan umur sedimen.
Menghubungkan Usia dengan Fosil
Biostratigraphy adalah kaedah memerintahkan rekod rock berdasarkan haiwan yang masih wujud, dan merupakan alternatif yang berguna untuk menyediakan batasan umur pada batu fosil. Sesetengah keturunan haiwan seperti babi dan gajah kelihatan seolah-olah berubah dengan pantas (dalam arti geologi), jadi mengenal pasti set haiwan yang berbeza dapat membantu menentukan umur batu-batu.
Petunjuk dari haiwan fosil mengehadkan umur sedimen Fossil Park Pantai Barat sekitar 5.2 juta tahun yang lalu. The suen (babi) Nyanzachoerus kanamensis telah ditemui di kedua-dua Afrika Timur dan di taman fosil. Oleh sebab aktiviti gunung berapi dan aktiviti gunung berapi yang aktif di Afrika Timur, tarikh umur mutlak (seperti yang kita boleh pin nombor kepadanya), telah dikaitkan dengan spesies itu. Sejak keluarga babi mengalami perubahan geologi dengan cepat, dengan mencari spesies itu kita boleh mengatakan sesuatu tentang usia sedimen di taman.
Kesimpulan
Membina semula persekitaran sering kali akan datang ke butiran halus: tandatangan isotop dalam tulang, pola microwear pada gigi (tercalar di permukaan gigi boleh menunjukkan jika haiwan itu adalah seorang penggemar, penyemak imbas, atau pengumpar mod bercampur), kumpulan debunga dalam sedimen , dan lain-lain...
Pada masa ini, taman ini wujud dalam iklim Mediterranean dan terletak lebih 10 km dari lautan. Kesemua bukti yang digabungkan bagaimanapun menunjukkan bahawa lima juta tahun yang lalu Taman Fosil Pantai Barat akan wujud di sebuah hutan subtropika di mana di mana Sungai Berg kuno dikosongkan ke Atlantik.
Haiwan tetap digabungkan dengan petunjuk mikroskopik dan kimia membuat gambaran yang padu tentang apa rantau ini seperti walaupun tidak ada manusia yang dapat menyaksikannya secara langsung. Dengan cara ini para ahli geoscientist menguraikan misteri kehidupan dan iklim masa lalu bumi.
Hari ini, fosil-fosil ini dapat dilihat di situ (di tempat) di Taman Fosil Pantai Barat di Afrika Selatan, dan tetamu juga dapat membantu menyelesaikan gambaran alam sekitar dengan mencari mikrofosil burung, katak, tikus, dan banyak haiwan kecil lain pada ayakan skrin. Sebarang penemuan ditambah kepada koleksi muzium - pelawat tidak dibenarkan mengumpul spesimen untuk diri mereka sendiri, kerana semua fosil dilindungi oleh kerajaan di Afrika Selatan.
The West Coast Fossil Park terletak 120 km ke utara Cape Town di Afrika Selatan. Laman web mereka mengandungi maklumat yang banyak mengenai tapak, arahan terperinci, maklumat mengenai penyelidikan yang berlaku di sana, serta animasi dan lembaran kerja pendidikan. Penulis artikel ini ingin mengucapkan terima kasih kepada pengurus Taman Fossil, Pippa Haarhoff, atas bantuan dan dorongannya.
Mengenai Pengarang
Alex Guth adalah lulusan PhD dari Michigan Technological University, dan disertasinya menumpukan kepada evolusi gunung berapi Kenya Rift. Beliau telah melawat wilayah Cape Barat di Afrika Selatan beberapa kali untuk membantu penasihatnya dengan kem bidang geologi, dan penyelidikannya di Afrika telah membawa beberapa peluang untuk bekerja dengan National Geographic. Laman webnya boleh dilihat di: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/