Ocena brak

Jak powstają skamieniałości?

Autor /Domarat876 Dodano /21.02.2012

 

Powierzchnia skorupy ziemskiej (litosfery) wraz z jej najbardziej zewnętrzną warstwą, glebą, i stykająca się z nią powłoka wodna i gazowa Ziemi (hydrosfera i atmosfera) zasiedlone są niezliczoną różnorodnością istot żywych (biosferą). Istoty te zbudowane są ze złożonych związków chemicznych, powstałych przede wszystkim na bazie węgla (celuloza, skrobia, cukry, białka, tłuszcze). Wspólną cechą tych związków jest ich niedosycenie tlenem.

Po śmierci organizmu te związki organiczne zostają utlenione pod wpływem wolnego tlenu atmosferycznego i ulegają najczęściej całkowitemu rozkładowi na składniki nieorganiczne (procesy gnilne). Także bardziej odporne na rozkład substancje wchodzące w skład organizmów, jak celuloza roślin, chityna pokryw owadów, rogi i kości wyższych zwierząt, ulegają stopniowo rozkładowi w wyniku procesów utleniających, nawet jeśli odbywa się to wolniej niż w przypadku skrobi czy białka.

Zmineralizowane części twarde, takie jak zbudowane z fosforanu wapnia kości zwierząt kręgowych, wapienne muszle małżów i ślimaków ulegają z czasem rozpuszczeniu lub połamaniu i rozkruszeniu. Ostatecznie, podobnie jak związki organiczne, kończą one swój los w wielkim cyklu obiegu materii.

W normalnych warunkach na powierzchni Ziemi szczątki organizmów nie zachowują się i nie mają szans stania się skamieniałościami. Warunkiem koniecznym do pomyślnego przebiegu procesu fosylizacji jest więc ochrona obumarłego organizmu przed wpływem niszczących czynników panujących na powierzchni Ziemi i ostatecznym rozkładem. Może to nastąpić w wyniku otulenia szczątków organizmu w osadzie, zamieniającym się z czasem w twardą skałę.

Na lądzie dominuje erozja i procesy wietrzeniowe; tylko w niektórych miejscach dochodzi do akumulacji osadów, potencjalnego źródła przyszłych skał (niecki jezior, doliny rzek, moreny w obszarach lodowcowych, wydmy w strefach suchych). Możliwości pogrzebania szczątków organizmów na lądzie są więc ograniczone.

Natomiast w morzach, głównych miejscach gromadzenia produktów wietrzenia powstałych na lądzie, możliwości pogrzebania szczątków organizmów są znacznie większe. Dlatego pozostałości kopalnych organizmów lądowych są znacznie rzadsze niż organizmów morskich.

Z tego też powodu zespoły organizmów morskich są o wiele lepiej reprezentowane niż lądowe w dotychczas wykonanych badaniach paleoeko-logicznych. Miękkie części organizmów ulegają rozkładowi bardzo szybko. Całkowite i szybkie pogrzebanie organizmu, tak aby został on prawie całkowicie odizolowany od czynników niszczących, może nastąpić tylko w zupełnie wyjątkowych warunkach. Przy tym zachowane zostaną zwykle tylko części twarde.

Organizmy pozbawione części twardych wypadają z reguły z zespołów kopalnych tworząc luki w zapisie paleontologicznym. Wynika z tego, że tylko niewielki procent organizmów ulega pogrzebaniu w osadzie i fosy-lizacji. Szansę przetrwania w stanie kopalnym mają prawie wyłącznie organizmy opatrzone częściami twardymi.

W środowiskach spokojnych, o ciągłej sedymentacji szczątki obumarłych organizmów są pokrywane osadem równomiernie. W takich przypadkach zespół pogrzebania odpowiada mniej więcej zespołowi żywych organizmów z tego środowiska czyli biocenozie.

Natomiast tam, gdzie sedymentacja jest często przerywana, przede wszystkim w płytkim środowisku morskim, w rzekach, na wydmach, pomiędzy śmiercią organizmu a jego ostatecznym pogrzebaniem występuje krótsza lub dłuższa przerwa. W tym czasie zdolne do przetrwania części twarde, zanim zostaną ostatecznie przykryte osadem, mogą być przenoszone przez wiatr lub wodę i ulec przy tym rozpadowi na fragmenty sortowane według masy, wielkości lub kształtu.

Powstający w ten sposób zespół skamieniałości nie odpowiada już pierwotnemu zespołowi żywych organizmów, lecz zespołowi pogrzebania czyli tafocenozie. Zbieracz skamieniałości musi zatem obok interesujących go pojedynczych okazów zwrócić także uwagę na charakter zespołu, do którego okazy te należą, i starać się analizować ten zespół z ekologicznego punktu widzenia.

W zupełnie wyjątkowych warunkach może dojść do zachowania w stanie kopalnym całych organizmów wraz z resztkami części miękkich ciała. Przykładami mogą być mamuty zamrożone w plejstoceńskim lądolodzie Syberii lub zwłoki zwierząt pogrążone i zakonserwowane w asfaltytowych trzęsawiskach (Kalifornia, wsch. Karpaty). Częstsza jest mumifikacja zwłok zwierząt w rezultacie ich szybkiego wysuszenia w warunkach klimatu pustynnego lub zatopienie małych organizmów w żywicy drzew (owady w bursztynie).

Ważniejsza od tych szczególnych przypadków jest fosylizacja szczątków miękkich części organizmów w tych środowiskach sedymentacji, w których niedobór lub brak tlenu zmniejsza lub hamuje procesy rozkładu. Ma to miejsce w głębszych, mniej lub bardziej zamkniętych zbiornikach morskich lub w jeziorach. Proces gnicia w takich środowiskach, polega na tym, że uczestniczące w nim bakterie zużywając tlen zawarty w związkach organicznych powodują powstanie węglowodorów.

Szczątki roślin gnijące w płytkich jeziorach mogą w ten sposób zostać najpierw zamienione w torf, następnie w węgiel brunatny, który w końcu może przekształcić się w węgiel kamienny, przy czym w procesie tym, w wyniku postępującej redukcji wodoru w węglowodorach, następuje wzbogacenie w węgiel.

 

W głębszych jeziorach i basenach morskich, w których akumulacja roślinności lądowej nie odgrywa większej roli, na dnie osadzają się powstałe z gnijącej substancji organicznej węglowodory - bituminy, substancje wyjściowe ropy naftowej, które razem z opadłą na dno zawiesiną ilastą tworzą cuchnący muł zwany sapropelem. Pod ciężarem nadleg-łych osadów z sapropelu wyciśnięta zostaje woda i powstają ciemne lupki bitumiczne.

Zwłoki większych organizmów żyjących w górnej strefie toni wodnej opadały na dno i w warunkach równomiernej i spokojnej sedymentacji były pokrywane bogatym w składniki organiczne mułem. Takie środowisko pogrzebania, w warun-3ch deficytu tlenowego, sprzyjało obremu zachowaniu szczątków. Jed-ak wskutek znacznego kompakcyj-ego zmniejszenia objętości mułu, amienionego z czasem w łupek, po-ostałości zwłok ulegały zwykle silne-iu spłaszczeniu.

Znanym przykła-em takiej fosylizacji w bitumicznych sadach trzeciorzędowego słodko-/odnego jeziora jest stanowisko zna-e jako Grube Messel koło Darmstad-j. Analogicznymi osadami morskimi ą jurajskie łupki palne z Holzmaden, ewońskie łupki z Bundenbach oraz rdowickie i sylurskie łupki graptoli-jwe. Szczątki organizmów z tych sadów są zachowane często z pierwotnym zarysem ciała i śladami czę-ci miękkich.

W beztlenowym (redukcyjnym) środowisku mułów sapropelowych wszech-ibecne w skorupie ziemskiej żelazo vystępuje w postaci dwuwartościo-vej. Z rozkładanych w procesach gni-nych substancji organicznych uwa-niana jest siarka. Obydwa te pierwia-;tki reagują ze sobą tworząc siarczek :eiaza (FeS2). Występuje on zwykle ako minerał (piryt) towarzyszący >sadom bitumicznym. Ponieważ siar-(a pochodzi z rozkładanych zwłok, wytrącanie FeS2 odbywa się przeważne w obrębie ich gnijących szczątków.

Z powodu lekko kwaśnego jdczynu reakcji zachodzących w tym Drocesie, do roztworu uwalniany jest wapń z rozpuszczonych węglanowych lub fosforanowych elementów szkieletowych, zaś na jego miejsce wchodzi wytrącany w tym samym szasie siarczek żelaza. Pierwotny szczątek organizmu znika prawie zupełnie, lecz jego kształt zostaje zachowany w postaci siarczku żelaza.

Skamieniałości w takich osadach są więc często spirytyzowane. Pirytyza-cja zaczyna się już w czasie osadzania mułu sapropelowego Ponieważ siarczek żelaza w odróżnieniu od mułu nie ulega kompakcji w trakcie przechodzenia tego ostatniego w łupek, spirytyzowane szczątki organizmów dobrze oddają ich pierwotny kształt. Większość formacji skalnych zawierających skamieniałości to osady płytkich mórz, w których ruch wody wywołany przez prądy i fale stale odnawia w strefie dna tlen zużyty w procesie rozkładu.

W takim środowisku części miękkie obumarłych organizmów znikają bez śladu. W osadzie zostają ostatecznie pogrzebane wyłącznie twarde części szkieletowe, które w rezultacie nierównomiernej (nieciągłej) sedymentacji, przede wszystkim w strefie przybrzeżnej, były przez dłuższy czas eksponowane na dnie. Typowymi produktami sedymentacji tej strefy są piaskowce i wapienie, które w przypadku większej domieszki materiału ilastego mogą występować również jako piaszczyste łupki lub margle.

Wapienie i piaskowce nie ulegają znaczącej kompakcji, dlatego zawarte w nich skamieniałości zachowują z reguły pierwotny kształt. Przy większej zawartości substancji ilastej, przede wszystkim w przypadku margli, osad taki może, wskutek późniejszego wyciśnięcia z niego wody, zmniejszyć objętość; tutaj więc także należy się liczyć ze zgnieceniem sfo-sylizowanych szczątków, chociaż nie w tak znacznym stopniu jak w łupkach bitumicznych.

Czyste osady ilaste mogą podobnie jak muły sapropelowe ulec silniejszej kompakcji. Ich niewielka porowatość utrudnia wymianę jonową wody w osadzie z wodą ponad dnem, tak że w wyniku rozkładu żyjących w osadzie organizmów może dojść do niewielkiego nagromadzenia bituminów i częstych wytrąceń siarczku żelaza.

Warunki tosylizacji są tu podobne jak w mułach sapropelowych, jednak mniej ekstremalne. Los szczątków organizmów zawartych w wapieniach, wapieniach marg-listych i piaskowcach zależy nie tylko od struktury samej skały, lecz również od składu materiału, z którego zbudowane są otoczone skałą mineralne części szkieletowe.

Poza szkieletami utworzonymi z soli kwasu krzemowego (Si02), jak na przykład skleryty gąbek krzemionkowych, głównym materiałem budującym szkielety bezkręgowców jest, z niewielkimi wyjątkami, węglan wapnia. Może on występować jako kalcyt albo jako łatwiej rozpuszczalny i mniej trwały aragonit.

Wapienne szkielety i muszle pogrzebane w osadach wapiennych, wapien-no-marglistych lub piaszczystych mogą zostać zachowane w postaci pierwotnej (muszlowy stan zachowania). Znajdujemy je przede wszystkim w geologicznie młodszych formacjach. W starszych osadach ulegają one w większości rekrystalizacji, w wyniku której ich pierwotna mikrostruktura zostaje zniszczona. W wyniku takich procesów pierwotnie krystaliczny materiał muszli nabiera niekiedy kredowatego (ziemistego) charakteru, przede wszystkim w przypadku muszli aragonitowych.

W skałach, których porowatość umożliwia pewną cyrkulację wody (piaskowce), występujące w nich szczątki organizmów zostaną prędzej lub później rozpuszczone. Dotyczy to przede wszystkim szkieletów aragonitowych, podczas gdy te zbudowane z trudniej rozpuszczalnego kalcytu zachowują się częściej.

Dlatego orga-niżmy o szkieletach kalcytowych, jak ramienionogi, szkarłupnie i ostrygi znajduje się częściej w muszlowym stanie zachowania, podczas gdy występujące w tych samych osadach pozostałości formy o muszlach aragonitowych są muszli pozbawione. Szkielety bądź muszle aragonitowe pogrzebane w osadach bardziej ilastych, o ograniczonej cyrkulacji wody, mogą zachować pierwotny materiał mineralny, jednak zwykle rekrysta-lizuje on w bardziej trwały kalcyt.

Woda cyrkulująca w skale wapiennej zawiera rozpuszczony wapń i dlatego szansa utrzymania muszlowego stanu zachowania jest tu większa niż w piaskowcach. Jednak aragonitowe szkielety także i tutaj, jeśli nie zostaną zastąpione kalcytem, ulegną rozpuszczeniu.

Jeżeli rozpuszczenie wapiennych muszli lub szkieletów nastąpi bardzo szybko, zanim osad ulegnie stwardnieniu i cementacji, wówczas przestrzeń pozostała po rozpuszczonej substancji mineralnej zostanie po kompakcji osadu zamknięta i wszelki ślad po takich szczątkach zostanie zatarty. Zespół kopalny może w wyniku takich procesów składać się wyłącznie z pozostałości po organizmach o szkieletach zbudowanych z kalcytu (jeżowce, ramienionogi, ostrygi), natomiast brak w nim będzie organizmów o szkieletach aragonitowych (amonity, małże heterodontowe).

Będzie to zatem bardzo niepełny obraz dawnej biocenozy. Jeśli natomiast rozpuszczenie zawartych w osadzie szkieletów nastąpi po jego utwardzeniu (cementacji), wówczas powstała po rozpuszczeniu próżnia może zostać zachowana. Jest ona negatywowym odlewem pierwotnego szkieletu.

Próżnia taka może zostać wtórnie wypełniona substancją mineralną wytrąconą z krążącej w skale wody. Powstaje w ten sposób twór zwany ośródką, oddający pierwotny kształt pogrzebanego w osadzie szkieletu, z którego nic już jednak nie pozostało. Zdarza się, że po rozpuszczonej strukturze szkieletowej pozostaje w skale pusta przestrzeń, po wypełnieniu której możemy otrzymać sztuczną ośródkę.

Osad otaczający muszle małżów, ślimaków, ramienionogów i innych bezkręgowców może także wniknąć do ich wnętrza. Po jego stwardnieniu powstaje odlew wewnętrzny muszli (ośrodka) i jej odcisk zewnętrzny.

Odlew i odcisk oddzielone są od siebie muszlą lub, po jej rozpuszczeniu, pustą przestrzenią. Przestrzeń ta może zostać wypełniona wtórnie wytrąconą substancją mineralną. Może ona również zniknąć w wyniku kompakcyjne-go lub tektonicznego nałożenia odcisku zewnętrznego na odlew wewnętrzny; powstaje wówczas ośrodka kompresyjna. Na ośródkę wewnętrzną zostaną wtedy wprasowane cechy powierzchni zewnętrznej np. ornamentacja muszli.

Pogrzebany w osadzie szczątek szkieletowy zostaje tylko w wyjątkowo korzystnych warunkach sfosyli-zowany w swojej pierwotnej postaci. I nawet wówczas zostaje on zmieniony w wyniku rekrystalizacji, powodującej utratę pierwotnej mikrostruktury w materiale mineralnym. Najczęściej pierwotny szkielet zostaje rozpuszczony i pozostaje z niego w skale jedynie negatywowy lub pozytywowy odcisk (ośrodka), na podstawie którego można sobie wyrobić pogląd o jego pierwotnym kształcie.

Miejsce po szczątku szkieletowym zastąpione jest często substancją mineralną (substancja fosylizacyjna) wytrąconą wtórnie z wody gruntowej lub przesiąkowej. Powstaje w ten sposób ośrodka zbudowana z materiału zasadniczo różnego od skały otaczającej skamieniałość. Wspomnieliśmy już o siarczku żelaza jako powszechnej substancji fosyli-zacyjnej, typowej dla osadów o niedoborze tlenu. Jeszcze częstszą substancją jest węglan wapnia (kalcyt).

Puste przestrzenie w szkieletach, jak komory fragmokonu u amonitów, czy wnętrza zamkniętych muszli ramienionogów lub małżów wypełnione są często szczotkowatymi skupieniami kryształów kalcytu. Pancerze jeżowców mogą ulegać kalcytyzacji, przy czym rosnące kryształy mogą całkowicie wypełnić jego wnętrze. Kalcytyzacji ulegają także muszle aragonitowe.

W przypadku muszlowych stanów zachowania, szczególnie w geologicznie starszych formacjach, trudno niekiedy stwierdzić, czy mamy do czynienia z muszlą pierwotną, zrekrystalizowaną, czy utworzoną wtórnie z obcej substancji fosyli-zacyjnej. Krzemionkowy szkielet gąbek wapnieje często w procesie fosylizacji.

Wapń wypiera w tym przypadku kwas krzemowy, występujący tutaj w formie silnie uwodnionego opalu, który w trakcie rozkładu gąbki względnie łatwo ulega rozpuszczeniu. Jeśli środowisko wokół ma charakter zasadowy, wówczas z wody wytrącany jest węglan wapnia, który może zastąpić wchodzący do roztworu kwas krzemowy.

Doszliśmy w ten sposób do trzeciej, równie ważnej substancji fosylizacyj-nej, jaką jest kwas krzemowy (kwarc Si02), wyjątkowo słabo rozpuszczalny w warunkach naturalnych. Niewielkie ilości rozpuszczonego Si02 powstają w procesach wietrzeniowych na lądzie i są transportowane do mórz.

Z niego, oprócz gąbek krzemionkowych, budują swoje szkieleciki jednokomórkowe glony okrzemki geologiczne, w których krzemionkowe organizmy są istotnym składnikiem skał, jak na przykład kreda pisząca czy wapienie górnej jury, w których masowo występują gąbki krzemionkowe.

Obok tych trzech szeroko rozprzestrzenionych substancji fosylizacyj-nych (siarczek żelaza, węglan wapnia i krzemionka) mogą, w zależności od chemizmu otoczenia, wystąpić jeszcze takie substancje jak gips, fosforany i inne. Ich udział w procesach fo-sylizacyjnych jest jednak niewielki. Z powyższego wynika, że pogrzebany i poddany działaniu procesów fosyli-zacyjnych szczątek organizmu tylko względnie rzadko ma szansę zachowania się w pierwotnym stanie. Częściej, w wyniku przede wszystkim rekrystalizacji, jego mikrostruktura i skład chemiczny ulegają zmianie.

Przy omawianiu fosylizacji w łupkach bitumicznych zwróciliśmy uwagę, że zawarty w nich szczątek kopalny może nie tylko mniej lub bardziej zmienić swój pierwotny skład chemiczny bądź zostać całkowicie rozpuszczony, lecz może także czasami w wyniku kompakcji osadu zmienić swój kształt. W czasie kompresji i zmniejszenia objętości pierwotnego ilastego mułu do cienkich blaszek łupku, zawarte w nim skamieniałości są silnie zgniatane. Zjawisko takie zaznacza się także w innych, niebitumicznych osadach ilastych.

W zależności od siły i kierunku ruchów górotwórczych warstwa skalna może zostać ściśnięta, rozciągnięta lub powyginana. Zawarte w niej skamieniałości podlegają w czasie ruchów tektonicznych tym samym siłom. Ich deformacja zależy od rodzaju i orientacji działających na skały sił górotwórczych.

Te same formy wyjściowe fosylizowa-nych organizmów mogą więc w rezultacie tych procesów zostać w różny sposób zdeformowane. Wcześniejsze rozważania dotyczyły głównie twardych części organizmów zwierzęcych. Rośliny, lub ogólniej ujmując organizmy fotoasymilujące, poza nielicznymi wyjątkami (np. glony wapienne i okrzemki) nie wytwarzają mineralnych szkieletów. Ich elementy podporowe złożone są z substancji organicznych, przede wszystkim celulozy.

Dlatego procesy fosylizacji roślin różnią się od procesów typowych dla szczątków zwierzęcych. W wyniku redukcji tlenu i wodoru następuje przekształcenie szczątków roślinnych w węgiel. Przemiana ta prowadzi od torfu przez węgiel brunatny do węgla kamiennego i związana jest ze stopniową utratą przez szczątki roślinne ich cech identyfikacyjnych.

Dające się zidentyfikować skamieniałości roślin (liście, gałązki), powstają zwykle w nieco su-chszych miejscach, poza obszarem jezior i bagnisk. Również pogrzebanie w ilastym osadzie chroni przed zbyt szybkim rozkładem.

Mogą się wówczas zachować węgliste odciski liści lub gałęzi, na których rozpoznać można jeszcze wiele szczegółów ich budowy. Gdy szczątki roślin zostaną zasypane piaskiem, ich rozkład z powodu dopływu powietrza będzie szybszy (piasek jest porowaty). Jeśli jednak piasek ulegnie względnie szybkiej cementacji, to na powierzchniach ławic mogą zachować się odciski, czasami z cieniutkim węglistym nalotem.

Bardziej trwałe jest drewno pni drzew, które może być dłużej wyeksponowane przed pogrzebaniem. Na suchych obszarach specyficzne procesy wietrzeniowe mogą doprowadzić do częściowego lub całkowitego skrzemie-nienia (sylifikacji) martwych drzew.

Ponieważ w procesie tym cząsteczki celulozy są zastępowane stopniowo cząsteczkami kwasu krzemowego, w niektórych formacjach pustynnych doszło do powstania „kamiennych lasów", których drewno zachowane jest w najdrobniejszych szczegółach anatomicznych.

Najbardziej trwałymi wytworami roślin są nasiona, spory i pyłek. Dają się one łatwo identyfikować nawet po lekkim uwęgleniu i zachowują się w torfie i węglu. Ponieważ wiele roznoszonych jest przez wiatr, mogą występować we wszystkich typach formacji skalnych.

Podobne prace

Do góry