Ραντεβού με παλιούς κρόκους:Τι αποκαλύπτει η απολιθωμένη χημεία για την ιστορία της γης
Τα απολιθώματα παρέχουν ένα απαράμιλλο παράθυρο στην ιστορία της ζωής στη Γη. Ο τρόπος με τον οποίο αλλάζουν τα απολιθώματα μέσω των γεωλογικών στρωμάτων παρέχει πληροφορίες για την εξέλιξη των οργανισμών, τις αλλαγές στο περιβάλλον και την εμφάνιση γεγονότων μαζικής εξαφάνισης. Τι θα γινόταν όμως αν τα απολιθώματα θα μπορούσαν επίσης να παρέχουν ενδείξεις για το τι συνέβη στο σύστημα της Γης μετά την απολίθωση;
Αφού πεθάνει ένα ζώο, εάν οι συνθήκες είναι ευνοϊκές και το σφάγιο θάβεται γρήγορα, ένας συνδυασμός θερμότητας, πίεσης και αλληλεπίδρασης με υγρά θα μεταμορφώσει τη χημεία των οστών και των δοντιών του ζώου. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας - απολιθώματος - ιχνοστοιχεία στο υγρό ενσωματώνονται στο ανακρυσταλλωμένο βιοϋλικό. Συνήθως, αυτό σημαίνει αύξηση της συγκέντρωσης των στοιχείων σπάνιων γαιών (REE), του ουρανίου (U) και του μολύβδου (Pb). Η πρόσληψη του U ξεκινά το ραδιομετρικό "ρολόι". Αυτό θα μπορούσε θεωρητικά να προσφέρει ένα νέο εργαλείο για τον προσδιορισμό της ηλικίας των ιζηματογενών στρωμάτων, τα οποία είναι εμφανώς δύσκολο να εντοπιστούν άμεσα.
Ωστόσο, η τάση για τα απολιθώματα να τροποποιούνται εύκολα κάνει τη χρονολόγηση απολιθωμάτων δύσκολη υπόθεση. Μια πρόσφατη μελέτη επιχειρεί να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα συνδυάζοντας in situ γεωχημεία ιχνοστοιχείων και χρονολόγηση απολιθωμάτων με U-Pb. Αυτή η σύγκριση επιτρέπει τον εντοπισμό γεωχημικών ιχνηθετών που σχετίζονται με ημερομηνίες μικρότερες από τη γνωστή ηλικία εναπόθεσης των απολιθωμάτων. Η οθόνη που προκύπτει παρέχει όχι μόνο μια μέθοδο αναγνώρισης των απολιθωμάτων που είναι πιο πιθανό να διατηρήσουν την εποχή της απολίθωσης, αλλά εισάγει τη δυνατότητα χρονολόγησης ηφαιστειακών επεισοδίων, γεγονότων οικοδόμησης βουνών και ίσως ακόμη και απότομων περιόδων κλιματικής αλλαγής.
Οθόνη υττρίου
Για αυτήν τη διερευνητική μελέτη, αναλύθηκαν σε πολλά σημεία κατά μήκος της διατομής δόντια αλιγατοριδών από δύο οστέινα κρεβάτια ηλικίας 65,7 εκατομμυρίων ετών στο Νέο Μεξικό και δόντια τυραννόσαυρου και κροκοδείλου από δύο οστέινα κρεβάτια ηλικίας 72 εκατομμυρίων ετών στην Αλμπέρτα. . Τα δόντια επιλέχθηκαν επειδή περιβάλλονται από σμάλτο, ένα λεπτόκοκκο, πιο συμπαγές υλικό που μπορεί να κάνει τα δόντια πιο ανθεκτικά στις τροποποιήσεις περνώντας υγρά από τα οστά. Η μέθοδος ανάλυσης που χρησιμοποιείται, η φασματομετρία μάζας πλάσματος συζευγμένης με ιόντα με λέιζερ, εκτοξεύει το δείγμα με λέιζερ διαμέτρου μικρότερου από 0,01 mm, παρέχοντας τη δυνατότητα επίλυσης της χωρικής διακύμανσης σε πολύ λεπτή κλίμακα. Αυτό είναι σημαντικό επειδή η πιθανότητα τροποποίησης μετά την απολίθωση καθιστά απίθανο οποιοδήποτε δείγμα να είναι χημικά ομοιογενές.
Σημαντικές διακυμάνσεις στα ιχνοστοιχεία μετρώνται τόσο μεταξύ δοντιών από τα ίδια στρώματα όσο και μεταξύ των μεμονωμένων δοντιών. Η μεγαλύτερη ομοιογένεια των συγκεντρώσεων ιχνοστοιχείων αντανακλά υψηλότερη διαχυτικότητα αυτών των στοιχείων ή μεγαλύτερη συγκέντρωση στο περιβάλλον ίζημα. Σε κάθε περίπτωση, το στοιχείο με τη μεγαλύτερη συγκέντρωση μεταξύ των δοντιών και εντός των δοντιών πιθανότατα αντικατοπτρίζει τη μικρότερη ή την πιο αργή αλλαγή και επομένως μπορεί να χρησιμοποιηθεί καλύτερα για την παρακολούθηση της τροποποίησης. Τα στοιχεία με τη μεγαλύτερη και πιο ομαλή διακύμανση κατά μήκος και μεταξύ των δοντιών είναι το ύττριο (Y) και το REE. Οποιοδήποτε από αυτά θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση της τροποποίησης μετά την απολίθωση, αλλά το Y επιλέγεται επειδή υπάρχει σε υψηλότερες συγκεντρώσεις από τα περισσότερα REE και δεν έχει ευαισθησία οξειδοαναγωγής ή φαινόμενα κλασμάτωσης.
Και στις δύο σουίτες του Νέου Μεξικού και της Αλμπέρτα, τα δύο απολιθώματα με τη μεγαλύτερη παραλλαγή Υ διατομής ήταν τα απολιθώματα που καταγράφουν την ηλικία πλησιέστερη στη γνωστή ηλικία των αντίστοιχων στρωμάτων ξενιστή τους. Μεταξύ των δειγμάτων του Νέου Μεξικού, οι αναλύσεις με τη χαμηλότερη συγκέντρωση Υ βρίσκονται στο κέντρο ενός μόνο δοντιού και μόνο αυτές οι αναλύσεις διατηρούν μια ημερομηνία U-Pb σύμφωνα με την ώρα της απολίθωσης. Οι άκρες αυτού του δοντιού παρουσιάζουν δραματική αύξηση του Υ, πλησιάζοντας τη σύνθεση των δοντιών με διαταραγμένες ημερομηνίες U-Pb. Αυτό ερμηνεύεται ως η επίδραση της τροποποίησης μετά την απολίθωση, η οποία αυξάνει τη συγκέντρωση Υ και επιτυπώνει το σύστημα U-Pb.
Στη σουίτα Alberta, παρατηρείται η αντίθετη τάση και το σύστημα φαίνεται πιο περίπλοκο. Οι συγκεντρώσεις υττρίου υψηλότερες από ό,τι στα μη απολιθωμένα δόντια υποδηλώνουν ότι ο εμπλουτισμός συνέβη, πιθανότατα κατά τη διάρκεια της απολίθωσης, αλλά χαμηλές συγκεντρώσεις στοιχείων όπως το στρόντιο υποδηλώνουν εξάντληση στη συνέχεια. Το δείγμα που διατηρεί την παλαιότερη ημερομηνία U-Pb έχει και πάλι το μεγαλύτερο εύρος Υ, αλλά με το αντίθετο προφίλ ως το πιο παρθένο δείγμα του Νέου Μεξικού. Η ημερομηνία που διατηρείται είναι εντός της αβεβαιότητας του χρόνου της απολίθωσης, αλλά είναι περισσότερο παρόμοια σε ηλικία με μια περίοδο ανύψωσης των Βραχωδών Βουνών. Αυτό εγείρει την πιθανότητα η τροποποίηση ιχνοστοιχείων μετά την απολίθωση να είναι αρκετά βραχύβια ώστε να καταγραφεί ο ακριβής χρόνος αυτών των γεγονότων – και επομένως μια υπόδειξη για τα αίτια τους.
Φύση συμβάντων τροποποίησης
Τα περισσότερα απολιθώματα ανέλυσαν ημερομηνίες καταγραφής μικρότερες από την ηλικία των στρωμάτων ξενιστή. Στο Νέο Μεξικό, η μείωση του εύρους Y (και η αύξηση του μέσου όρου Y) συνοδεύεται από μια σταδιακή μετάβαση στα ισότοπα U-Pb από την υπογραφή της απολίθωσης σε μια δευτερεύουσα ημερομηνία πριν από 25 εκατομμύρια χρόνια (25 Ma). Αυτή η δευτερεύουσα ημερομηνία είναι εμφανής γιατί αντιστοιχεί στο τέλος μιας έντονης περιόδου μαγματικής και ηφαιστειακής δραστηριότητας στην περιοχή. Η αλληλεπίδραση με τα εμπλουτισμένα σε ιχνοστοιχεία υγρά που αποβάλλονται από σώματα μάγματος ή τα υπόγεια ύδατα που έχουν εκπλυθεί ιχνοστοιχεία από ηφαιστειακό υλικό στην επιφάνεια, μπορεί να εξηγήσει τόσο τα δεδομένα U-Pb όσο και τον εμπλουτισμό ιχνοστοιχείων που καταγράφηκαν σε αυτά τα δείγματα.
Στην Αλμπέρτα, όπου τα απολιθώματα φαίνεται να έχουν εξαντληθεί σε ιχνοστοιχεία μετά από έναν αρχικό εμπλουτισμό κατά την απολίθωση, οι νεότερες ημερομηνίες υποδεικνύουν τροποποίηση γύρω στα 70 Ma, 49 Ma και 32 Ma. Οι δύο τελευταίες ημερομηνίες καταγράφονται σε απολιθώματα που συλλέχθηκαν σε απόσταση αρκετών χιλιομέτρων μεταξύ τους, υποδηλώνοντας ότι αυτά τα γεγονότα ροής ρευστού δεν ήταν ένα εντοπισμένο φαινόμενο. Αν και δεν μπορεί να γίνει γνωστό με βεβαιότητα από πού προέρχονται αυτές οι ημερομηνίες, οι δύο πρώτες ημερομηνίες (70 και 49 Ma) είναι παρόμοιες με το τέλος των δύο τελευταίων παλμών του σχηματισμού των Βραχωδών Βουνών, και η τελευταία ημερομηνία (32 Ma) ήταν μια περίοδος απότομης κλιματικής ψύξης, όταν άρχισε να σχηματίζεται το στρώμα πάγου της Ανταρκτικής.
Η ανύψωση ή η διάβρωση των Βραχωδών Βουνών στη συνέχεια μπορεί να επηρέασαν τα πρότυπα των υπόγειων υδάτων στη λεκάνη της Αλμπέρτα, επιτυπώνοντας την υπογραφή απολιθώματος U-Pb. Τα υπόγεια ύδατα συνήθως τροφοδοτούνται από ελαφρώς όξινο, φτωχό σε ιχνοστοιχεία βρόχινο νερό, το οποίο μπορεί να είναι σύμφωνο με την εξάντληση ιχνοστοιχείων που παρατηρείται σε αυτά τα απολιθώματα. Ωστόσο, δεν είναι σαφές πόσο η απότομη παγκόσμια ψύξη θα μπορούσε να έχει επηρεάσει αυτά τα απολιθώματα ή εάν αυτή η σύνδεση μπορεί να είναι άμεση ή έμμεση.
Συμπεράσματα
Οι δευτερεύουσες ημερομηνίες που καταγράφονται σε απολιθώματα αντιστοιχούν στα πιο σημαντικά μαγματικά, τεκτονικά και κλιματικά περιφερειακά και παγκόσμια γεγονότα. Αυτό εισάγει τη συναρπαστική νέα πιθανότητα ότι τα απολιθώματα τροποποιούνται από έναν μικρό αριθμό επεισοδίων μεγάλης κλίμακας αλλά βραχύβια και ότι αυτά τα γεγονότα μπορούν να χρονολογηθούν αξιόπιστα χρησιμοποιώντας απολιθώματα σπονδυλωτών. Αν και απαιτείται περισσότερη δουλειά για να εξακριβωθεί η προέλευση και η επικράτηση αυτών των γεγονότων επιτύπωσης, αυτές οι δευτερεύουσες ημερομηνίες φαίνονται καλύτερα διατηρημένες από τις ίδιες τις ημερομηνίες απολιθώματος.
Αυτό εγείρει την πιθανότητα κάθε θραύσμα απολιθώματος, κάθε σκελετός σε κάθε μουσείο, να περιέχει πυκνά συσκευασμένες και λεπτομερείς πληροφορίες σχετικά με τη φύση και το χρονοδιάγραμμα μιας μυριάδας γεωλογικών γεγονότων που χρονολογούνται μετά τη ζωή του οργανισμού. Αυτό μπορεί να αποδειχθεί μια άνευ προηγουμένου πηγή για την κατανόηση αρχαίων γεγονότων ροής ρευστού.
Αναφορές:
- Romer, R.L., 2001. Ισοτοπικά ετερογενής αρχική Pb και συνεχής απώλεια 222Rn στα απολιθώματα:η συστηματική U-Pb του Brachiosaurus brancai. Geochim. Cosmochim. Acta 65 (22), 4201–4213.
- Greene, S., Heaman, L.M., DuFrane, S.A., Williamson, T., Currie, P.J., 2018. Προσδιορισμός γεωλογικά σημαντικών ημερομηνιών U-Pb σε απολιθωμένα δόντια. Chem. Geol. 493, (1-15).
- Pană, D.I., van der Pluijm, B.A., 2014. Ορογενείς παλμοί στα Βραχώδη Όρη της Αλμπέρτα:ραδιομετρική χρονολόγηση μεγάλων ρηγμάτων και σύγκριση με το περιφερειακό τεκτονο-στρωματογραφικό αρχείο. Geol. Soc. Είμαι. Ταύρος. 127 (3–4), 480–502.
