Fosil

Memahami Iklim dan Ekosistem Sebelumnya



Sebuah studi kasus dari deposit Mio-Pliocene di West Coast Fossil Park, Afrika Selatanoleh Alexandra Guth, Universitas Teknologi Michigan

Merekonstruksi lingkungan: Para ilmuwan menggabungkan banyak bukti untuk memahami masa lalu Bumi. Fosil (A) menunjukkan secara spesifik hewan mana yang hidup di suatu daerah, sementara endapan di sekitar tulang memberikan petunjuk penting tentang pengaturan pengendapan. Tulang dapat dianalisis lebih lanjut untuk komposisi isotopnya, yang dipengaruhi oleh tanaman apa yang dikonsumsi hewan tersebut saat masih hidup (B). Selain itu, serbuk sari yang dilepaskan dari tanaman cenderung mudah diawetkan dalam catatan geologis, memberikan catatan rinci komunitas bunga masa lalu. Semua potongan bukti ini dapat digabungkan untuk menciptakan rekonstruksi terperinci dari lingkungan yang ada jutaan tahun yang lalu (C).

Taman Fosil Pantai Barat: Peta lokasi yang menunjukkan ketinggian Afrika (1) dengan wilayah Western Cape Afrika Selatan (2) diperluas. Pada peta 2, bintang oranye selatan adalah lokasi Cape Town, dan bintang biru utara mewakili Taman Fosil Pantai Barat. Wilayah subset 3 diperluas untuk menunjukkan kondisi permukaan laut saat ini (3A) dan situasi 5,2 juta tahun yang lalu, ketika permukaan laut ~ 30 meter lebih tinggi dari sekarang (3B). Pada saat itu, situs yang ditempati oleh taman fosil akan berada di dekat pantai di mana Sungai Berg kuno dikosongkan ke Atlantik. Elevasi basemap Afrika berasal dari set data CleanTOPO2, dan citra satelit adalah Landsat GeoCover NASA sekitar tahun 2000.

Pengantar

Bagaimana kita tahu seperti apa Bumi purba sebelum orang ada di sekitar untuk menyaksikan dan mencatat kondisi? Salah satu cara utama ahli geosains mengurai iklim dan ekosistem masa lalu adalah dengan melakukan studi terperinci terhadap endapan yang mengandung sisa-sisa tumbuhan dan hewan purba yang dilindungi.

Pembentukan fosil umumnya merupakan kejadian yang langka, jadi menemukan kantong-kantong fosil yang terkonsentrasi, atau sangat terperinci, sangat berharga secara ilmiah. Deposit fosil yang terkenal karena keanekaragaman atau detailnya disebut Lagerstätten (bahasa Jerman untuk 'motherlode' atau 'tempat penyimpanan'), yang dapat dibagi menjadi dua jenis utama.

Konservat-Lagerstätten adalah lokasi di mana detail-detail halus suatu organisme berada dilestarikan (perhatikan kesamaan antara bahasa Jerman dan bahasa Inggris yang setara dengan huruf miring). Di situs tersebut, bagian lunak dari suatu organisme, yang biasanya membusuk, direkam sebagai tayangan atau film karbon. Contoh-contoh terkenal dari endapan semacam itu adalah Burgess Shale di British Columbia dan Formasi Green River di AS Barat.

Varietas kedua adalah Konzentrat-Lagerstätte, yang merupakan lokasi di mana ada yang besar konsentrasi tulang. Meskipun situs-situs ini tidak menyediakan banyak detail organisme, mereka dapat memberikan gambaran sekilas tentang ekosistem purba dengan memusatkan tulang-tulang hewan yang biasanya tersebar di area yang luas. Contohnya termasuk paparan Formasi Morrison usia Jurassic di Monumen Nasional Dinosaur di Utah, dan Sharktooth Hill Bone Bed berusia 15-16 juta tahun di California.

Contoh lain dari Konzentrat-Lagerstätten ditemukan di endapan Formasi Langebaanweg di Taman Fosil Pesisir Pantai Barat di Afrika Selatan. Banyaknya sisa-sisa di dalam lapisan fosil ini memberikan informasi penting tentang komunitas biologis dan iklim kawasan sekitar 5 juta tahun yang lalu.

Penemuan & Pengembangan Situs

Awalnya sebuah tambang fosfat, fosil-fosil itu ditemukan pada akhir 1950-an. Fosfat ditambang hari ini terutama untuk digunakan dalam pupuk, dan asam fosfat umumnya digunakan dalam minuman ringan. Namun batu-batu ini, pada awalnya ditambang untuk digunakan dalam persenjataan Perang Dunia II.

Endapan fosfat sedimen diproduksi di daerah dengan produktivitas biologis laut yang tinggi, seperti rak kontinental modern. Karena kondisi yang berubah-ubah, permukaan laut dalam kasus ini, daerah yang sebelumnya di bawah air sekarang terpapar di darat dan dapat diakses untuk deteksi dan penggalian. Penambangan aktif di situs fosil berhenti pada tahun 1993 ketika tambang ditutup, dan area tempat fosil ditemukan ditemukan sebagai Monumen Nasional (segera menjadi Situs Warisan Nasional). Aktivitas penambangan mungkin telah menghancurkan 80% fosil di situs ini, tetapi diperkirakan masih ada 1 juta spesimen yang tersimpan di koleksi Museum Afrika Selatan Iziko.

Batuan fosfat dengan bahan organik: Skala sentimeter di sebelah batuan fosfat. Biji-bijian merah mewakili bahan organik terfosfatisasi. Foto oleh Alexandra Guth.

Membentuk Konzentrat-Lagerstätte

Adalah umum untuk memvisualisasikan proses fosilisasi sebagai satu binatang mati dan kemudian dikubur di tempat. Sementara beberapa hewan mati secara langsung di dataran banjir yang dulu ada di lokasi, banyak sisa-sisa di West Coast Fossil Park dipindahkan dan terkonsentrasi oleh air di lokasi tunggal ini seiring waktu.

Kemungkinan 'leluhur' Sungai Berg dikosongkan ke Atlantik di dekat taman saat ini ketika tulang-tulang itu disimpan. Sebuah bar pasir lepas pantai mungkin telah menjaga sisa-sisa agar tidak keluar ke laut, dan mungkin juga secara bersamaan bertindak untuk menjebak sisa-sisa yang tersapu dari laut.

Merekonstruksi Lingkungan

Hewan dan tumbuhan yang berbeda memiliki kebutuhan habitat yang beragam; dengan demikian, mengidentifikasi sisa-sisa untuk menetapkan komunitas apa yang ada memberikan petunjuk tentang ekosistem masa lalu. Tugas ini menjadi lebih sulit untuk endapan yang mewakili fauna yang sepenuhnya punah (seperti dinosaurus dari formasi Jurassic Morrison), tetapi sisa-sisa di West Coast Fossil Park berusia 5 juta tahun. Sementara sebagian besar spesies yang dilindungi di taman ini punah, mereka terkait erat dengan spesies modern.

Dalam hal mengidentifikasi hewan, Anda tidak perlu 100% dari tulang individu untuk mengidentifikasinya secara meyakinkan. Ini sangat penting, karena seluruh kerangka jarang ditemukan, terutama di Konzentrat-Lagerstätten di mana tulang telah didartikulasi dan diangkut. Sering ada bias pelestarian tambahan, di mana tulang halus kecil dihancurkan selama transportasi, sementara tulang yang lebih tebal dan lebih kuat cenderung tetap utuh. Terlepas dari kesulitan ini, ahli paleontologi cukup berhasil dalam mengklasifikasikan dan mengidentifikasi tulang untuk menggambarkan komunitas kuno.

Hewan-hewan yang ditemukan di West Coast Fossil Park menunjukkan bahwa daerah itu dekat dengan batas daratan dan lautan, mengingat bahwa kedua hewan laut (misalnya anjing laut, hiu megalodon, 4 spesies penguin) dan mamalia darat (misalnya jerapah berleher pendek, aardvark , hyena, kuda nil, mammoth, antelope, kuda tiga kaki, kucing bergigi saber) ditemukan bersama. Kehadiran tambahan katak (setidaknya 8, mungkin sebanyak 12 spesies terwakili dalam endapan) menunjukkan bahwa pasti ada air tawar yang berdiri. Sementara banyak spesies katak menunjukkan toleransi terhadap air garam, tidak ada amfibi yang diketahui mendiami habitat laut murni.

Tempat tidur tulang: Tempat tidur tulang in-situ dipajang di West Coast Fossil Park, Afrika Selatan. Tulang rahang di tengah milik Sivathere, kerabat jerapah modern yang punah. Tali menandai grid 1 meter.

Carbon Isotop: Lebih dari sekedar penanggalan usia

Pemahaman yang lebih rinci dapat datang dari memeriksa isotop karbon yang disimpan dalam tulang dan gigi. Sementara kebanyakan orang akrab dengan isotop C-14 karena penggunaannya dalam penanggalan sisa-sisa baru-baru ini (lihat diskusi di bawah), karbon memiliki dua isotop yang lebih umum, dan tidak radioaktif. C-12 adalah isotop karbon yang paling umum, dengan C-13 menjadi isotop stabil sekunder. Karena mereka stabil, mereka tidak membusuk seiring waktu.

Kelompok tanaman yang berbeda memiliki rasio isotop karbon yang berbeda yang dapat digunakan sebagai sidik jari untuk paleodiet hewan purba. Karbon dalam tanaman digunakan untuk membangun tulang dan gigi, sehingga rasio dalam tanaman tercermin dalam tulang hewan yang mengkonsumsinya.

Tanda tangan isotopik yang berbeda ini disebabkan oleh jalur metabolisme yang berbeda yang digunakan oleh tanaman. Banyak rerumputan yang secara geologis baru dan merupakan “tanaman C4,” sementara pohon dan tanaman herba adalah “tanaman C3”. Sabana terdiri dari tanaman C4 dan C3 karena ada pohon, semak, dan rumput. Hutan di sisi lain, akan didominasi tanaman C3. Flora yang unik di Afrika Selatan adalah fynbos (diucapkan: "finebose"), yang juga C3.

Hewan yang mengkonsumsi sebagian besar tanaman C3 akan memiliki rasio isotop karbon yang berbeda di tulangnya daripada hewan yang kebanyakan memakan tanaman C4. Analisis yang dilakukan pada sisa-sisa hewan berkuku (mamalia berkuku: kuda nil, kijang, jerapah, babi, dll ...) menunjukkan bahwa lingkungan yang ada di taman fosil 5 juta tahun yang lalu didominasi oleh tanaman C3.

Serbuk sari

Sementara analisis isotop menunjukkan bahwa wilayah itu tidak didominasi oleh rumput, itu tidak dapat membedakan antara pohon, semak dan fynbos. Untungnya, serbuk sari yang dilepaskan oleh tanaman biasanya berlimpah dan terjaga dengan baik di sedimen.

Pollen, tidak seperti rasio isotop, secara unik dapat mengidentifikasi keluarga tanaman atau genus yang ada di daerah tersebut. Sebagai bonus tambahan, tidak seperti sisa tanaman yang lebih besar seperti kayu atau daun, serbuk sari mudah dibawa oleh angin dan air dan karenanya tersebar luas dari lokasi masing-masing tanaman. Meskipun Anda mungkin tidak pernah menemukan daun fosil dari tanaman individu, Anda jauh lebih mungkin menemukan serbuk sari.

Analisis serbuk sari di Taman Fosil menunjukkan bahwa wilayah 5 juta tahun yang lalu termasuk Ranunculaceae herba (mis. Buttercups), Cyperaceae (sedges, mis. Papyrus), Asteraceae (mis. Aster), dan Umbelliferae (mis. Parsley, renda Queen Anne). Kombinasi keluarga botani ini digunakan untuk menyimpulkan habitat dataran pantai. Kehadiran keluarga tanaman Asteraceae, Chenopodiaceae (angsa) dan Amaranthaceae (amaranth) juga menunjukkan kondisi yang lebih kering. Serbuk sari dari pohon famili Proteaceae (mis. Protea), serta Podocarpus (mis. Kayu kuning) dan genus Olea (mis. Zaitun dan kayu besi) juga ada.

Kehadiran semua serbuk sari ini memberikan gambaran tentang komunitas tumbuhan yang mendiami wilayah ini pada saat sedimen fosil ditemukan. Mengetahui tanaman dan hewan mana yang ada pada saat itu dapat digunakan untuk menunjukkan lingkungan masa lalu.

Masalah Kencan Usia Goldilocks

Karbon-14 adalah isotop karbon radioaktif (yang terjadi secara alami) yang merupakan metode yang paling dikenal untuk penanggalan materi lama. Namun, sebagian besar catatan batuan tidak dapat ditanggalkan dengan teknik ini karena waktu paruh C-14 terlalu pendek, dan juga memerlukan keberadaan bahan organik asli (sedangkan, fosilisasi menggantikan bahan organik asli dengan lebih banyak mineral tahan lama). Pada saat bahan organik berumur 75.000 tahun, terlalu sedikit C-14 yang tersisa dalam sampel untuk dapat diukur.

Isotop kalium radioaktif (K-40) memiliki waktu paruh lebih lama daripada C-14 dan hadir dalam batuan beku. Dengan demikian, teknik yang melibatkan Kalium dan produk putrinya Argon, dapat digunakan pada bahan yang meletus dari gunung berapi lebih dari 100.000 tahun yang lalu (karena waktu paruh sangat lama, teknik ini tidak dapat digunakan pada bahan yang sangat muda karena fraksi yang sangat kecil dari potassium asli telah membusuk sehingga kita tidak dapat mengukurnya dengan akurat).

Sayangnya, Afrika Selatan tidak aktif secara vulkanis pada saat hewan-hewan ini mati, sehingga sedimen tidak dapat diberi tanggal secara langsung menggunakan kalium-argon. Namun, metode lain yang melibatkan pola perubahan permukaan laut, paleomagnetisme, dan fosil dapat digunakan untuk menunjukkan usia sedimen.

Menghubungkan Abad dengan Fosil

Biostratigrafi adalah metode pemesanan catatan batuan berdasarkan sisa-sisa hewan yang ada, dan merupakan alternatif yang berguna untuk memberikan batasan usia pada batuan fosil. Beberapa garis keturunan hewan seperti babi dan gajah, tampaknya berubah dengan cepat (dalam arti geologis), sehingga mengidentifikasi kelompok hewan yang berbeda ini dapat membantu menentukan usia batu.

Petunjuk dari hewan fosil membatasi usia sedimen Taman Fosil Pantai Barat menjadi sekitar 5,2 juta tahun yang lalu. Suid (babi) Nyanzachoerus kanamensis telah ditemukan di Afrika Timur dan di taman fosil. Karena rifting aktif dan aktivitas vulkanik terkait di Afrika Timur, tanggal usia absolut (seperti dalam, kita dapat menyematkan angka pada itu), telah dikaitkan dengan spesies itu. Karena keluarga babi mengalami perubahan geologis yang cepat, dengan menemukan spesies itu kita dapat mengatakan sesuatu tentang usia sedimen di taman.

Informasi Lebih Lanjut
1 Analisis Isotop dan Sejarah Jagung: Robert H. Tykot, Bab 10 dalam: J.E. Staller, R.H. Tykot dan B.F. Benz (editor), Sejarah Jagung: Pendekatan Multidisiplin untuk Prasejarah, Linguistik, Biogeografi, Domestikasi, dan Evolusi Jagung, Academic Press (Elsevier), 2009.
2 Batu dan Mineral Cape Town: J.S. Compton, Double Storey Books, Cape Town, Afrika Selatan, 112 halaman, 2004.
3 CleanTOPO2: Edited SRTM30 Plus World Elevation Data: Tom Patterson, US National Park Service, 2013.
4 Konteks regional dan global dari situs palaeontologi Cenozoic Langebaanweg Akhir: Pantai Barat Afrika Selatan: David L. Roberts, dkk., Tinjauan Ilmu Bumi, Volume 106: 3-4, halaman 191-214, 2011.
5 Lingkungan 5-5,2 Juta Tahun Lalu: artikel di situs West Coast Fossil Park, terakhir diakses Desember 2016.

Kesimpulan

Merekonstruksi suatu lingkungan seringkali dapat menjadi rincian halus: tanda tangan isotopik pada tulang, pola mikrowear pada gigi (goresan pada permukaan gigi dapat mengindikasikan apakah hewan itu adalah penggembala, penjelajah, atau pengumpan mode campuran), kumpulan serbuk sari dalam sedimen , dll ...

Saat ini, taman tersebut ada di iklim Mediterania dan terletak lebih dari 10 km dari laut. Namun, semua bukti gabungan menunjukkan bahwa lima juta tahun yang lalu Taman Fosil Pesisir Barat akan ada di hutan subtropis di dekat tempat Sungai Berg kuno dikosongkan ke Atlantik.

Sisa-sisa hewan dikombinasikan dengan petunjuk mikroskopis dan kimia membuat gambar yang kohesif seperti apa wilayah ini meskipun tidak ada manusia di sekitarnya untuk menyaksikannya secara langsung. Dengan cara inilah para geosains mengungkap misteri kehidupan dan iklim Bumi di masa lalu.

Saat ini, fosil-fosil ini dapat dilihat secara in situ (di tempat) di Taman Fosil Pantai Barat di Afrika Selatan, dan para tamu bahkan dapat membantu melengkapi gambar lingkungan dengan mencari mikrofosil burung, katak, tikus, dan banyak hewan kecil lainnya di saringan. layar. Setiap temuan ditambahkan ke koleksi museum - pengunjung tidak diizinkan untuk mengumpulkan spesimen untuk diri mereka sendiri, karena semua fosil dilindungi oleh negara di Afrika Selatan.

Taman Fosil Pantai Barat

Taman Fosil Pantai Barat terletak 120 km di utara Cape Town di Afrika Selatan. Situs web mereka berisi banyak informasi tentang situs, petunjuk terperinci, informasi tentang penelitian yang terjadi di sana, serta animasi dan lembar kerja pendidikan. Penulis artikel ini ingin mengucapkan terima kasih kepada manajer Taman Fosil, Pippa Haarhoff, atas bantuan dan dorongannya.

Tentang Penulis

Alex Guth adalah lulusan PhD dari Michigan Technological University, dan disertasinya berfokus pada evolusi vulkanik dari Kenya Rift. Dia telah mengunjungi wilayah Cape Barat Afrika Selatan beberapa kali untuk membantu penasihatnya dengan kamp lapangan geologi, dan penelitiannya di Afrika telah menghasilkan beberapa peluang untuk bekerja dengan National Geographic. Situs webnya dapat dilihat di: //www.geo.mtu.edu/~alguth/