Fosilización

Representación esquemática del destino de dos cadáveres de dinosaurios ( saurópodos ) con muerte, incrustación, mineralización (diagénesis fósil) y finalmente excavación de los fósiles.

Como fosilización se llama formación de fósiles . Estos son procesos complejos que tienen lugar durante períodos de tiempo geológicos. El Fossilisationslehre o Taphonomy (también Tafonomie , griego . Tafos "grave") también se ocupa de los fósiles de evaluación conservado y se basa en los resultados de varias otras disciplinas. Esto incluye química y bioquímica , geología , así como biofísica y fisiología (para rastros de movimiento ). Las principales características de esta ciencia fueron desarrolladas por primera vez en 1940 por Ivan Antonovich Yefremov .

Formación de fósiles

Vídeo sobre la formación de fósiles utilizando el ejemplo de la piedra caliza de Solnhofen

El proceso de formación de fósiles tiene lugar en fases sucesivas, que se describen con más detalle a continuación:

Dependiendo de las circunstancias, estas fases pueden tener lugar repetidamente o en un orden diferente. Puede darse el caso de que un organismo se incruste inmediatamente después de su muerte o incluso muera a través de la incrustación (en medios como betún , arenas movedizas o hielo ). Un organismo también puede volver a exponerse mucho después de haber sido incrustado y luego descomponerse para finalmente volver a incrustarse. Esto sucede a menudo con los cadáveres de hielo, que se liberan de un glaciar después de miles de años de incrustación y son atacados por microorganismos y macroorganismos recientes antes de que se vuelvan a incrustar, finalmente se incrustan en sedimentos y se fosilizan en rocas después de períodos geológicos de tiempo .

muerte

El cadáver de una gaviota argéntea ( Larus argentatus ) en la playa de Düne, que se encuentra en las primeras etapas de incrustación . Sin embargo, el potencial de su conservación futura como fósil es muy bajo, incluso si está incrustado en la tierra (ver texto), ya que lo más probable es que sea completamente destruido en este entorno propicio para la vida incluso después de un entierro completo.

La fosilización comienza con la muerte del organismo. Es ventajoso que los contemporáneos que se alimentan de cadáveres no noten la muerte . Para una buena conservación también es importante que la muerte no sea causada por fuerzas altamente destructivas, como una caída de rocas. La muerte por enfermedad o ahogamiento es más barata .

En principio, todos los cuerpos se pueden conservar en condiciones adecuadas, independientemente de cuán grande sea su contenido de partes duras y blandas, pero las condiciones adecuadas para la conservación de las partes blandas y las partes duras de filigrana ocurren con mucha menos frecuencia que las condiciones adecuadas para la conservación de sólidos. partes duras.

descomposición

Los fósiles son básicamente restos incompletos de seres vivos. La incompletitud es más o menos pronunciada dependiendo de las condiciones que haya experimentado un organismo fósil después de su muerte o de los procesos por los que haya pasado. Por regla general, es muy pronunciado.

decaer

Como proceso de descomposición aeróbica , la putrefacción no es una etapa de fosilización. No obstante, un organismo que ha sido transmitido en forma fósil a menudo está inicialmente expuesto a la putrefacción, porque esta comienza inmediatamente después de la muerte. Durante la putrefacción, los compuestos orgánicos de los tejidos corporales ( proteínas , grasas , azúcares ) finalmente se descomponen en compuestos inorgánicos simples ( dióxido de carbono , sales ) (ver mineralización ). Los microorganismos intervienen principalmente en la parte química de la putrefacción , mientras que la parte mecánica la realizan microorganismos necrófagos y vertebrados ( carroñeros ) que evisceran cadáveres y se llevan o simplemente comen partes del cuerpo. Si el organismo permanece en la superficie del sedimento, el tejido blando desaparecerá por completo. Si inicialmente está parcialmente incrustado, la descomposición puede afectar principalmente a las áreas no incrustadas.

La caries no progresa por igual en todas las partes del cuerpo. Especialmente las áreas alrededor de los orificios corporales naturales ( ojos , boca , ano , etc.) o "no naturales" ( lesiones ) decaen mucho más rápido. En los vertebrados, el área alrededor de la boca se descompone de manera particularmente rápida, lo que a menudo conduce a la pérdida de la mandíbula inferior , especialmente en los cadáveres que flotan libremente o los que se reposicionan durante la descomposición. Estas partes faltan entonces en tales fósiles.

Las observaciones actuales de gaviotas recientes han demostrado que los cadáveres de aves solo se pueden conservar completamente en forma fósil en tierra o en la costa. En el agua, el cuerpo se desintegra mientras se desplaza por la superficie debido a su alta flotabilidad (debido a los huesos huecos).

La descomposición se acelera por las altas temperaturas ambientales y un ambiente húmedo, que se hace más difícil a temperaturas bajo cero o, por ejemplo, en corrientes de aire seco en áreas desérticas.

Putrefacción

Si el cuerpo de un ser vivo muerto entra en un ambiente anóxico , la descomposición no ocurre o se detiene temprano o temporalmente. Debido a la falta de oxígeno, se produce la putrefacción , que descompone los materiales corporales sin oxígeno. En estos casos, solo pueden participar microorganismos anaeróbicos , pero dejan significativamente más tejido blando en el cuerpo. (ver también bioestratinomía )

Momificación

El becerro de mamut lanudo "Dima" en el lugar en la cuenca del noreste de Siberia Kolyma en la antigua Beringia . Un trabajador encontró la momia de hielo excelentemente conservada en 1977 mientras extraía oro. El macho, de 6 a 8 meses cuando murió, murió hace unos 39.000 años.

La momificación se produce en determinadas condiciones , por ejemplo, cuando la temperatura ambiente es baja y el aire está seco , con corrientes de aire o cuando prevalecen influencias tóxicas . Luego se crean las primeras momias que, al incrustarse, se convierten en fósiles indestructibles conservando los tejidos blandos. Las momias por sí solas no se convierten en fósiles sin incrustarse, entre otras cosas. porque no hay áreas en la tierra en las que el hielo sobre la superficie de la tierra o las áreas climáticas secas y no perturbadas puedan durar más. No hay ningún otro lugar que haya estado helado o muy seco en la superficie de la tierra durante cientos de millones de años. Si las condiciones ambientales cambian, estos cuerpos generalmente se desintegran por completo. Las momias secas se desintegran muy rápidamente con la ayuda de microorganismos cuando entra la humedad, las momias de hielo pueden incluso ser buscadas y esparcidas nuevamente por carroñeros. Las momias expuestas se desgastarán con el tiempo. Por tanto, no se conocen momias de períodos geológicos . En los suelos de permafrost en Siberia y el norte de América del Norte, que no se han descongelado o solo un poco desde el final de la Edad de Hielo, se han encontrado mamuts completos , rinocerontes lanudos y otros cadáveres de hielo. Sin embargo, estos fósiles muestran una alta sensibilidad a la temperatura y se ven particularmente dañados por procesos de descongelación incontrolados.

Coalificación

Otro proceso de fosilización es la coalificación. En ausencia de aire, se produce una conversión de la materia orgánica, durante la cual se eliminan principalmente los elementos oxígeno, hidrógeno y nitrógeno, por lo que el carbono se enriquece relativamente hasta que casi solo queda carbono. Con el aumento de la carbonificación, se puede producir lignito o carbón duro. El proceso ocurre con material vegetal.

Incrustar

Incrustación primaria y secundaria

La incrustación primaria es la primera incrustación sin que se vuelva a enterrar el organismo. La incrustación secundaria ocurre ocasionalmente en animales del desierto que se han momificado después de la muerte por sed, permanecen en áreas protegidas durante mucho tiempo y en algún momento (posiblemente varias veces) son arrastrados y enterrados en la arena. Las momias de hielo pueden exponerse, descongelarse y transportarse por agua a otro lugar, donde se vuelven a enterrar (en la arena del río).

Hay muchas posibilidades para el destino de un cuerpo antes de que finalmente se incruste. Cuando el organismo finalmente encuentra su lugar de descanso final, entra en el sustrato que determina decisivamente su desarrollo posterior. Dependiendo del tipo de roca que se forme, de ella emergen formas fósiles típicas .

Influencia del sustrato en la conservación

Los diferentes sustratos se adaptan de manera diferente para obtener un cuerpo. El caso ideal es que un organismo esté incrustado en un sustrato inmediatamente después de su muerte , lo que lo protege del suministro de aire y es adecuado para formar un fósil.

Los organismos pueden, por ejemplo:

  • siendo arrastrado por la arena del desierto
  • ser bañado por arena aluvial en áreas fluviales y, por lo tanto, completamente cubierto
  • ser enterrado en el barro
  • hundirse en el barro y morir así en primer lugar
  • estar incrustado en hielo

La incrustación en un sustrato aluvial como arcilla o barro es particularmente beneficiosa. Sin embargo, los depósitos de arena pura (arenisca) rara vez contienen fósiles, ya que estos se destruyen en procesos posteriores de guijarros (diagénesis). Las marismas salinas son adecuadas para preservar y secar por completo inicialmente el organismo, pero no permiten que se desarrollen fósiles, ya que la sal también disuelve el organismo en el curso geológico posterior. Es por eso que las vetas de sal no contienen fósiles. Incluso los cadáveres del pantano inicialmente relativamente bien conservados solo se transmiten en forma fósil cuando el sustrato se seca y los fósiles en sí o cuando se vuelve a enterrar.

Incrustar en arena

Incrustarlo en arena es muy eficaz y permite que la sustancia se conserve bien. Sin embargo, en la diagénesis puede conducir fácilmente a la destrucción del fósil.

Incrustado en barro

En barro , debido a su grano fino, las carrocerías se pueden conservar con gran detalle. El lodo se produce en todos los entornos acuáticos , pero solo en las zonas de aguas tranquilas . En particular, los cuerpos de agua estratificados en el fondo pueden crear un entorno químico que es excelentemente adecuado para la conservación de fósiles debido a la falta de oxígeno (cf. →  Quimioclina , →  Sapropel , →  Black Shale ). Algunos de los más famosos depósitos fósiles tenían sus orígenes en un sedimento fangoso, incluida la pizarra Maotianshan , la pizarra de Burgess , el Hunsrück pizarra , la pizarra de Posidonia de Holzmaden , y el esquisto bituminoso desde el foso de Messel . Los lodos suelen estar sujetos a una compactación relativamente fuerte durante la diagénesis, por lo que los fósiles suelen transmitirse en las rocas correspondientes aplanadas ("bidimensionales").

Incrustar en sal

La incrustación en salmuera conduce a una muy buena conservación de los tejidos blandos, pero rara vez forma fósiles antiguos. Una alta concentración de sal inhibe la descomposición microbiana.

Incrustación en asfalto

También se produce la incrustación en asfalto ( aceite “degradado” ). Si un gran vertebrado terrestre , como un gran dinosaurio o mamífero, entra accidentalmente en un lago o estanque de asfalto , se hunde en la masa viscosa y pegajosa y ya no puede liberarse, sus sonidos de pánico atraen a grandes carnívoros, que a su vez regresan al el asfalto se puede atrapar. Así es como a menudo se desarrollan las tanatocenosas autóctonas en las piscinas de asfalto . Uno de los ejemplos más conocidos de tal depósito fósil es La Brea Tar Pits en California.

Incrustar en la savia del árbol

Las resinas de árboles son ideales como medio de incrustación y pueden preservar la estructura de animales y plantas hasta el último detalle. Los animales pequeños pueden encerrarse en una gota de savia de árbol, que con el tiempo se vuelve ámbar . Tales inclusiones se llaman inclusiones . La mayoría de los animales que se han conservado en ámbar son insectos y arácnidos , pero también aparecen gusanos o caracoles e incluso pequeños reptiles . Además de los animales, partes de plantas como el polen , las semillas , las hojas, la corteza y los brotes también se conservan como inclusiones de color ámbar. Sin embargo, cuando se incluyó en las resinas de los árboles, nunca se formaron fósiles antiguos, ya que el ámbar se desintegra durante la diagénesis. Por ejemplo, no se ha conservado ámbar del carbono . La mayoría de las inclusiones de ámbar provienen de los períodos Terciario y Cretácico.

desgasificación

Cuando la desgasificación se denomina proceso anaeróbico en el que se agotan todos los componentes del cuerpo que se pueden utilizar energéticamente de los microorganismos . Esto sucede con la formación de dióxido de carbono , hidrógeno , amoníaco , sulfuro de hidrógeno y otros gases. El tejido blando se hunde, pero aporta otras sustancias que llenan el espacio. Con el tiempo, la carcasa pierde mucha sustancia y deja estructuras secundarias en el sedimento circundante. Los gases escapan hacia arriba a través del sustrato de empotramiento. Si se obtienen trazas de estos gases, posteriormente podrá determinar la posición espacial del cuerpo en esta fase. Esto también crea libélulas , cavidades llenas de gas que luego se llenan con nuevas sustancias que se pueden reconocer en el fósil (niveles de espíritu geológico). La extensión de los pequeños canales, que luego se llenan de arena fina u otras sustancias, muestra hasta qué punto la canal aún contenía tejido blando antes de ser incrustada. Idealmente, no estaba dañado, pero a menudo estaba picado.

Cuando el cadáver está incrustado en arena o barro blando, lo que puede conducir a la formación de fósiles extremadamente duraderos, rara vez se conserva el tejido blando.

Los mejillones que mueren en la arena a menudo crean embudos de desgasificación típicos . También sucede que las cavidades llenas de gas no pueden conectarse con el mundo exterior y permanecen intactas durante los tiempos geológicos. Con el transcurso del tiempo, tales inclusiones se llenan de depósitos cristalinos estables o quedan desfiguradas por fracturas o reordenamientos.

Posibles conclusiones:

Diagénesis y metamorfosis

Conversión diagenética de calcita en marcasita (oscura) en el caso de una troquita abierta longitudinalmente

La carcasa embebida y desgasificada corre la misma suerte que el sustrato que la rodea. Está cada vez más cubierto (de lo contrario no se forman fósiles) y está bajo la influencia de una mayor presión y, a menudo, también una mayor temperatura.

Una primera etapa de transformación se llama diagénesis ; es decisivo para el futuro destino de la sustancia dura de los seres vivos. Comienza cuando las rocas sedimentarias se desarrollan a partir de los sedimentos más blandos hasta la solidificación , transformando así el sedimento depositado originalmente. Esta transformación también afecta a los restos almacenados de seres vivos, que se convierten en fósiles reales.

La diagénesis comienza con la transformación del sedimento suelto en sustrato sólido a medida que la presión continúa aumentando. La diagénesis también significa que los fósiles a menudo ya no contienen el material original del que se hicieron los organismos muertos. A menudo se reemplaza por compuestos de silicio (silicificación). Entonces se habla de metamorfosis de la roca .

Las rocas que se transforman bajo alta presión y temperatura pierden su estructura y ya no contienen fósiles. Estas rocas se denominan rocas metamórficas o rocas metamórficas .

Etapas de la diagénesis

Se pueden distinguir diferentes niveles:

  • drenaje
    • con el aumento de la presión se produce el drenaje
    • Los cuerpos fósiles se aplanan y luego se ajustan a la imagen del fotógrafo de fósiles
  • Compactación
    • mayor compresión del fósil resultante a través de la presión de la roca
    • a veces se encoge considerablemente, principalmente verticalmente
  • Lixiviación
    • en varias etapas
    • Las soluciones salinas ajustan gradualmente sus concentraciones entre sí.
    • El fósil adopta la misma estructura cristalina que el material circundante.
    • gran parte del material original se pierde
    • Aquí juegan un papel los gradientes de concentración de las diferentes clases de iones de sal . En la mayoría de los casos, los niveles de compuestos de silicio son uno.
  • Rotura y deformación mecánica
    • Deformaciones y fracturas que nuevamente están sujetas a transformación química. Ninguna cavidad, por pequeña que sea, puede existir sin que las sales la depositen y la llenen.
  • Recristalización
    • la estructura química del fósil sigue cambiando.
    • Continúan los reagrupamientos graduales de material en la roca circundante
    • En casos extremos, la roca se vuelve metamórfica y pierde su información fósil.
    • Los fósiles encerrados en rocas de efusión a menudo se comportan de manera algo diferente, ya que la roca de efusión no meteorizada es en sí misma muy compacta. Se conocen los troncos de árboles que rápidamente fueron rodeados y encerrados por lava: sus superficies suelen ser reconocibles en cada detalle.
  • Separación de aglutinantes
    • Los aglutinantes son diversas sustancias inorgánicas o productos de descomposición química de origen orgánico que son químicamente estables.
    • Se depositan o se convierten del sustrato con el tiempo.
  • Formación de concreción
    • El material que ha migrado del fósil a la roca circundante generalmente permanece, dependiendo de la sustancia, en las inmediaciones y enriquece la roca allí con elementos y compuestos. Los efectos que surgen en el medio ambiente son, por ejemplo, concreciones.
    • Los depósitos minerales representan una especie de aura
    • en fósiles más jóvenes, estos cambios se pueden ver a simple vista, y las excavaciones se pueden utilizar para prepararse para el hallazgo.

Debido a la diagénesis, la edad de un fósil a menudo no se puede determinar a partir de su sustrato.

conservación

Sobras orgánicas

Especialmente con fósiles más jóvenes o fosilización incompleta, todavía se pueden encontrar residuos orgánicos en una matriz inorgánica. Es importante que el oxígeno se selle rápidamente en un material que se solidifique posteriormente, por lo que los fósiles suelen encontrarse en lugares con una alta tasa de sedimentación, como pantanos , páramos , lagos o mares poco profundos . Sin embargo, solo una cantidad muy pequeña de la biomasa total convertida se ve afectada por la fosilización, aunque esto se basa en gran medida en las condiciones regionales.

Conservación de partes duras

Las partes duras también están sujetas a descomposición abiótica y biótica (meteorización) y con frecuencia se rompen o desgastan de diversas formas. Sin embargo, no se pudren tan rápidamente como los tejidos blandos y, por lo tanto, se conservan con más frecuencia. Los mejillones y los caracoles suelen tener una superficie lisa en sus partes duras, lo que los protege de diversos ataques de su entorno durante su vida. Los compuestos de calcio como el carbonato de calcio , el nácar , la apatita y otros son una protección ideal contra diversas influencias ambientales. Los componentes proteicos incorporados están inicialmente protegidos y solo se desintegran durante la transformación posterior del material incrustado en la roca.

Los componentes óseos de los vertebrados, que consisten principalmente en sustancias inorgánicas como compuestos de calcio ( fosfatos de calcio ), se conservan así mucho más completamente que los componentes blandos antes y después de la incrustación. Sin embargo, están sujetos a las leyes que rigen la sedimentación en todos los aspectos y se comportan de la misma manera que la roca durante todos los procesos y transformaciones.

Fósiles

Los fósiles más comunes son los fósiles. La deformación de la corteza terrestre es una de las razones que aseguran que cada vez se encuentren menos fósiles en las capas más antiguas de la tierra. En los animales, esto generalmente deja solo componentes duros como huesos , dientes o conchas . Si la madera es penetrada por ácido silícico , esto se llama silicificación , incluso se pueden conservar los anillos anuales , lo que es particularmente evidente en el caso de los bosques petrificados . Sin embargo, en casos raros, los tejidos blandos también se pueden conservar, por ejemplo, en la fauna de Ediacara en Australia , los fósiles de Burgess Shale en Canadá o los fósiles de Chengjiang en China .

Núcleos de piedra

Los núcleos de piedra surgen de animales marinos invertebrados con un exoesqueleto o partes duras similares a las de un alojamiento. Estas partes duras generalmente consisten en carbonato de calcio y tienen un potencial de mantenimiento significativamente mayor que el cuerpo blando dentro de la carcasa. Cuando se descompone por completo después de la incrustación, queda una carcasa hueca en el sedimento. Esto luego se puede llenar con sedimento. Si, después del llenado, la carcasa real se destruye (disuelve) como resultado de procesos diagenéticos , su relleno de sedimentos, que ahora se ha solidificado en roca, continúa representando la carcasa como un drenaje. La actividad de las bacterias que una vez descompusieron el cuerpo blando puede hacer que la superficie del núcleo de piedra tenga un color diferente al del sedimento circundante. El núcleo de piedra en relieve es una forma especial del núcleo de piedra . Aquí, la forma exterior de la carcasa está impresa en el relleno de sedimentos que aún no se ha solidificado por completo. Los núcleos de piedra son una forma típica de conservación en las amonitas .

Icnofósiles

No solo los cuerpos y las partes del cuerpo de los seres vivos se pueden transformar en fósiles, sino que también se pueden conservar las huellas . Los icnofósiles se encuentran entre los fósiles más comunes. Estos incluyen pistas de excavación, pistas de rastreo, pistas para correr, pistas para comer o pistas de estiércol. En ocasiones, se han conservado rastros que indican las circunstancias de la muerte.

La preservación de las pistas presupone que el sedimento que las transporta y el sedimento en la parte superior consisten en sustratos (al menos ligeramente) diferentes , de lo contrario, las dos capas se fusionarán inseparablemente y se convertirán en una capa sin estructura. A menudo hay bancos de arena húmeda con rastros de animales que llegaron al agua. Poco después, la arena fue lavada lentamente por el agua, por lo que los sedimentos del río se asentaron. Ocasionalmente, las huellas en los ríos con agua estacional son muy largas porque los animales usan los valles de los ríos como un pase de juego.

La evaluación de las pistas de atletismo es muy eficaz porque, basándose en el conocimiento moderno de la fisiología del movimiento , pero también de la ciencia del deporte , se sabe exactamente cómo se crean los tipos de huellas y bajo qué circunstancias. Esto permite sacar conclusiones sobre el peso del animal, su velocidad de carrera , su edad , la estructura de la pelvis y las posibles lesiones.

literatura

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enlaces web

Evidencia individual

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