Contenu
- introduction
- Découverte et développement de sites
- Former un Konzentrat-Lagerstätte
- Reconstruire un environnement
- Isotopes de carbone: bien plus qu'une simple datation
- Pollen
- Le problème de l'âge des Goldilocks
- Relier les âges aux fossiles
- Conclusions
- A propos de l'auteur
Reconstruction d'un environnement: Les scientifiques combinent de nombreuses preuves afin de comprendre le passé de la Terre. Les fossiles (A) indiquent spécifiquement les animaux qui vivaient dans une région, tandis que les sédiments entourant les os fournissent des indices importants sur le cadre de déposition. Les os peuvent être analysés plus avant pour leurs compositions isotopiques, qui sont influencées par les plantes que l'animal a consommées vivantes (B). De plus, le pollen libéré par les plantes a tendance à être facilement préservé dans les archives géologiques, fournissant ainsi un enregistrement détaillé des communautés florales du passé.Tous ces éléments de preuve peuvent être combinés pour créer des reconstructions détaillées d'environnements qui existaient il y a des millions d'années (C).
Parc de fossiles de la côte ouest: Carte de localisation montrant l'élévation de l'Afrique (1) avec l'extension de la région du Cap occidental en Afrique du Sud (2). Sur la carte 2, l'étoile orange du sud est l'emplacement de Cape Town et l'étoile bleue du nord représente le parc fossile de la côte ouest. Le sous-ensemble de la région 3 est élargi pour indiquer les conditions actuelles du niveau de la mer (3A) et la situation il y a 5,2 millions d'années, lorsque le niveau de la mer était environ 30 mètres plus élevé que le présent (3B). À cette époque, le site occupé par le parc fossile se situerait près de la côte, où l’ancienne rivière Berg se serait écoulée dans l’Atlantique. Le fond de carte Elevation of Africa provient de l’ensemble de données CleanTOPO2 et l’imagerie satellitaire est celle du Landsat GeoCover de la NASA circa 2000.
introduction
Comment savons-nous à quoi ressemblait l'ancienne Terre avant que les gens ne soient là pour observer et enregistrer les conditions? L'un des principaux moyens par lesquels les géoscientifiques découvrent les climats et les écosystèmes passés consiste à mener des études détaillées sur les gisements contenant les vestiges préservés de plantes et d'animaux anciens.
La formation de fossiles est généralement rare et la découverte de poches de restes de fossiles concentrés ou très détaillés est donc d'une valeur scientifique. Les gisements fossilifères remarquables par leur diversité ou leur détail sont appelés Lagerstätten (en allemand pour «filière mère» ou «lieu de stockage»), qui peuvent être divisés en deux types principaux.
Konservat-Lagerstätten sont des endroits où les détails d'un organisme sont conservés (notez la similitude entre l’allemand et l’équivalent anglais en italique). Dans ces sites, les parties molles d'un organisme, qui normalement se décomposent, sont enregistrées sous forme d'empreintes ou de films de carbone. Les schistes de Burgess, en Colombie-Britannique, et la formation de Green River, dans l'ouest des États-Unis, en sont des exemples bien connus.
La deuxième variété est la Konzentrat-Lagerstätte, qui est un lieu où se trouve un grand concentration des os. Bien que ces sites ne fournissent pas beaucoup de détails fins sur les organismes, ils peuvent donner un aperçu d'un ancien écosystème en concentrant les os d'animaux qui seraient normalement répartis sur une vaste zone. Les exemples incluent les expositions de la Formation de Morrison d'âge Jurassique au monument national Dinosaur dans l'Utah et le lit de Bones de 15-16 millions d'années de Sharktooth Hill en Californie.
Un autre exemple de Konzentrat-Lagerstätten se trouve dans les dépôts de sédiments de la formation Langebaanweg dans le parc fossile de la côte ouest en Afrique du Sud. Les nombreux vestiges de ces couches fossilifères fournissent des informations importantes sur les communautés biologiques et le climat de la région il y a environ 5 millions d'années.
Découverte et développement de sites
À l'origine une mine de phosphate, les fossiles ont été découverts à la fin des années 50. Les phosphates sont aujourd'hui exploités principalement pour leur utilisation dans les engrais, et l'acide phosphorique est couramment utilisé dans les boissons non alcoolisées. Cependant, ces roches ont été initialement exploitées pour être utilisées dans les armements de la Seconde Guerre mondiale.
Les gisements de phosphate sédimentaire sont produits dans des régions à forte productivité biologique marine, comme les plateaux continentaux modernes. En raison des conditions changeantes, le niveau de la mer dans ce cas, des régions auparavant sous-marines sont maintenant exposées sur terre et accessibles pour la détection et l’excavation. L'exploitation minière active sur le site des fossiles a cessé en 1993 avec la fermeture de la mine et la zone où les fossiles avaient été découverts a été classée Monument national (qui deviendra bientôt un site du patrimoine national). L’activité minière a peut-être détruit 80% des fossiles de ce site, mais on estime encore à 1 million le nombre de spécimens conservés dans les collections du Musée sud-africain d’Iziko.
Roche phosphatée avec matière organique: Un centimètre près du rocher phosphaté. Les grains rouges représentent la matière organique phosphatée. Photo par Alexandra Guth.
Former un Konzentrat-Lagerstätte
Il est courant de visualiser le processus de fossilisation comme un seul animal mourant puis enterré sur place. Bien que certains animaux soient morts directement dans les plaines inondables qui existaient sur le site, de nombreux vestiges du parc fossile de la côte ouest ont été déplacés et concentrés par l’eau dans ce lieu unique au fil du temps.
L’ancêtre de la rivière Berg a probablement coulé dans l’Atlantique près du parc actuel au moment du dépôt des os. Un banc de sable en mer peut avoir empêché les restes d'être emportés en mer et peut également avoir simultanément agi pour piéger les restes emportés par l'océan.
Reconstruire un environnement
Différents animaux et plantes ont des besoins variés en matière d'habitat; ainsi, identifier les restes pour établir quelle communauté est présente fournit des indices sur les écosystèmes passés. Cette tâche devient plus difficile pour les gisements qui représentent une faune entièrement éteinte (comme les dinosaures de la formation Jurassic Morrison), mais les vestiges du parc fossile de la côte ouest ne datent que de 5 millions d’années. Bien que la plupart des espèces conservées dans le parc soient éteintes elles-mêmes, elles sont étroitement apparentées aux espèces modernes.
Pour identifier un animal, vous n’avez pas besoin de 100% des os d’un individu pour l’identifier en toute confiance. Ceci est particulièrement important, car des squelettes entiers ne sont pas couramment trouvés, en particulier à Konzentrat-Lagerstätten où les os ont été désarticulés et transportés. Il existe souvent un biais de préservation supplémentaire, où de petits os délicats sont détruits pendant le transport, tandis que des os plus épais et plus robustes sont plus susceptibles de rester intacts. En dépit de ces difficultés, les paléontologues réussissent assez bien à classer et à identifier les os pour représenter la communauté antique.
Les animaux retrouvés au West Coast Fossil Park indiquent que la zone était proche des côtes terrestre et océanique, étant donné que les animaux marins (par exemple, le phoque, le requin mégalodon, 4 espèces de manchots) et les mammifères terrestres (par exemple, la girafe à collier , hyène, hippopotame, mammouth, antilope, cheval à trois doigts, chat à dents de sabre) ont été trouvés ensemble. La présence supplémentaire de grenouilles (au moins 8, voire peut-être 12 espèces sont représentées dans les dépôts) indique qu'il doit y avoir eu de l'eau douce. Alors que de nombreuses espèces de grenouilles font preuve d'une certaine tolérance à l'eau salée, aucun amphibien connu n'habite dans des habitats purement marins.
Lit d'os: Le lit d'os in situ exposé au West Coast Fossil Park, en Afrique du Sud. L'os de la mâchoire au centre appartenait à un Sivathere, un parent éteint de la girafe moderne. La chaîne marque une grille de 1 mètre.
Isotopes de carbone: bien plus qu'une simple datation
L'examen des isotopes de carbone conservés dans les os et les dents permet de mieux comprendre. Bien que la plupart des gens connaissent l'isotope C-14 en raison de son utilisation pour dater les restes récents (voir la discussion ci-dessous), le carbone a deux isotopes plus communs, non radioactifs. Le C-12 est l'isotope le plus commun du carbone, le C-13 étant un isotope stable secondaire. Parce qu'ils sont stables, ils ne se détériorent pas avec le temps.
Différents groupes de plantes ont des ratios distincts d'isotopes de carbone pouvant être utilisés comme empreinte digitale pour les animaux paléodiètes. Le carbone des plantes est utilisé pour construire les os et les dents, de sorte que les rapports dans les plantes se reflètent dans les os des animaux qui les consomment.
Ces différentes signatures isotopiques sont dues aux différentes voies métaboliques utilisées par les plantes. De nombreuses herbes sont géologiquement récentes et sont des «plantes C4», tandis que les arbres et des plantes herbacées sont des «plantes C3». Une savane est composée de plantes C4 et C3, avec des arbres, des arbustes et des herbes. Une forêt, par contre, sera principalement composée de plantes C3. Le fynbos (prononcé: “finebose”) est également une flore unique en Afrique du Sud, également appelée C3.
Un animal qui consomme principalement des plantes C3 aura dans ses os un rapport d'isotopes de carbone différent de celui d'un animal qui mange principalement des plantes C4. Les analyses effectuées sur les restes d'ongulés (mammifères à sabots: hippopotames, antilopes, girafes, cochons, etc.) indiquent que l'environnement présent dans le parc aux fossiles il y a 5 millions d'années était dominé par les plantes C3.
Pollen
Bien que l'analyse isotopique ait indiqué que la région ne soit pas dominée par les herbes, elle n'a pas pu différencier les arbres, les arbustes et les fynbos. Heureusement, le pollen libéré par les plantes est généralement abondant et bien conservé dans les sédiments.
Contrairement aux rapports isotopiques, le pollen peut identifier de manière unique une famille de plantes ou un genre présent dans la région. En prime, contrairement aux plantes plus grandes qui restent comme le bois ou les feuilles, le pollen est facilement transporté par le vent et l’eau et se répand donc largement à partir de l’emplacement d’une plante. Bien que vous ne puissiez jamais trouver une feuille fossile d'une plante individuelle, vous êtes beaucoup plus susceptible de trouver son pollen.
L’analyse du pollen au parc des fossiles indique que la région, il ya 5 millions d’années, comprenait les herbacées Ranunculaceae (par exemple, renoncules), Cyperaceae (carex, par exemple, papyrus), Asteraceae (par exemple, marguerites) et Umbelliferae (par exemple, parsley, dentelles de Reine Anne). La combinaison de ces familles botaniques a été utilisée pour déduire un habitat de plaine côtière. La présence de familles de plantes Asteraceae, Chenopodiaceae (pied d'oie) et Amaranthaceae (amarante) a également indiqué des conditions plus sèches. Le pollen des arbres de la famille des Proteaceae (par exemple Protea), ainsi que des genres Podocarpus (par exemple Yellowwood) et Olea (par exemple des oliviers et des bois de fer) était également présent.
La présence de tout ce pollen fournit une image des communautés végétales qui habitaient cette région au moment du dépôt des sédiments fossilifères. Connaître les plantes et les animaux présents à ce moment-là peut alors être utilisé pour indiquer l'environnement passé.
Le problème de l'âge des Goldilocks
Le carbone 14 est l'isotope radioactif (d'origine naturelle) du carbone qui est la méthode la plus connue pour la datation de vieux matériaux. Cependant, la grande majorité des roches enregistrées ne peuvent pas être datées avec cette technique car la demi-vie de C-14 est trop courte et nécessite également la présence de la matière organique d'origine (alors que la fossilisation remplace la matière organique d'origine par plus minéraux durables). À l’âge de 75 000 ans, il n’ya plus trop de C-14 dans l’échantillon pour permettre une mesure fiable.
L'isotope radioactif du potassium (K-40) a une demi-vie beaucoup plus longue que le C-14 et est présent dans les roches ignées. Ainsi, les techniques impliquant le potassium et son produit dérivé, Argon, peuvent être utilisées sur des matériaux érodés par des volcans il y a plus de 100 000 ans (en raison de la demi-vie tellement longue, cette technique ne peut pas être utilisée sur des matériaux très jeunes, car une infime fraction du potassium original a pourri que nous ne pouvons pas le mesurer avec précision).
Malheureusement, l'Afrique du Sud n'étant pas volcaniquement active au moment de la mort de ces animaux, les sédiments ne peuvent pas être datés directement à l'aide de potassium-argon. Cependant, d'autres méthodes impliquant des modèles de changement du niveau de la mer, de paléomagnétisme et de fossiles peuvent être utilisées pour indiquer l'âge des sédiments.
Relier les âges aux fossiles
La biostratigraphie est une méthode de classement des roches sur la base des restes d’animaux présents. Elle constitue une alternative utile pour limiter l’âge des roches fossilifères. Certaines lignées d'animaux, comme les cochons et les éléphants, semblent changer rapidement (au sens géologique du terme). Identifier différents ensembles de ces animaux peut donc aider à déterminer l'âge des roches.
Des indices provenant d'animaux fossiles limitent l'âge des sédiments du West Coast Fossil Park à environ 5,2 millions d'années. Le suid (cochon) Nyanzachoerus kanamensis a été trouvé en Afrique de l’Est et dans le parc aux fossiles. En raison du rifting actif et de l'activité volcanique associée en Afrique de l'Est, une date d'âge absolue (comme dans, nous pouvons lui attribuer un numéro) a été associée à cette espèce. Comme la famille de porcs connaissait des changements géologiques rapides, en découvrant cette espèce, nous pouvons dire quelque chose à propos de l'âge des sédiments dans le parc.
Conclusions
Reconstruire un environnement peut souvent se résumer à des détails fins: signatures isotopiques dans les os, motifs de microwear sur les dents (des éraflures à la surface des dents peuvent indiquer si l'animal était un brouteur, un navigateur ou un alimenteur en mode mixte), des assemblages de pollen dans les sédiments , etc...
Pour le moment, le parc existe sous un climat méditerranéen et se trouve à plus de 10 km de l'océan. Toutes les preuves combinées indiquent cependant qu'il y a cinq millions d'années, le parc fossile de la côte ouest aurait existé dans un bois subtropical près de la où une ancienne rivière Berg s'est écoulée dans l'Atlantique.
Les restes d’animaux, combinés à des indices microscopiques et chimiques, créent une image cohérente de la nature de cette région, même si aucun être humain n’y assistait pour la regarder directement. C’est ainsi que les géoscientifiques découvrent les mystères de la vie et du climat de la Terre.
Aujourd'hui, ces fossiles peuvent être vus in situ (sur place) au West Coast Fossil Park, en Afrique du Sud. Vous pouvez même contribuer à compléter le tableau environnemental en recherchant des microfossiles d'oiseaux, de grenouilles, de rongeurs et de nombreux autres petits animaux sur tamis. écrans. Toutes les découvertes sont ajoutées aux collections du musée - les visiteurs ne sont pas autorisés à collecter des spécimens pour eux-mêmes, car tous les fossiles sont protégés par l'État sud-africain.
Le West Coast Fossil Park est situé à 120 km au nord de Cape Town en Afrique du Sud. Leur site Web contient de nombreuses informations sur le site, des instructions détaillées, des informations sur les recherches qui s'y déroulent, ainsi que des animations pédagogiques et des feuilles de calcul. L'auteur de cet article souhaite remercier la responsable du parc aux fossiles, Pippa Haarhoff, pour son aide et ses encouragements.
A propos de l'auteur
Alex Guth est titulaire d'un doctorat de la Michigan Technological University et sa thèse porte sur l'évolution volcanique de la faille du Kenya. Elle s'est rendue à plusieurs reprises dans la région du Cap occidental, en Afrique du Sud, pour assister son conseiller dans le camp de terrain en géologie. Ses recherches en Afrique ont donné lieu à plusieurs occasions de travailler avec National Geographic. Son site Web peut être consulté à l'adresse suivante: http://www.geo.mtu.edu/~alguth/