Tareas de aprendizaje: Análisis de formación y preservación de fósiles

Descripción de la tarea ① Analizar correctamente las condiciones de formación de los fósiles y comprender la petrificación de los fósiles; ② Comprender los tipos de fósiles comunes ③ Competente en la identificación de tipos de fósiles;

1. El concepto de fósil

Los fósiles hacen referencia a los restos biológicos y de periodos históricos geológicos conservados en formaciones rocosas. Por lo tanto, los fósiles se diferencian de las rocas ordinarias en que deben estar relacionados con organismos antiguos. Deben tener características biológicas como forma, estructura, patrón y composición química orgánica, o deben ser vestigios producidos y preservados por actividades de vida biológica. Algunos objetos conservados en los estratos que no tienen nada que ver con organismos y actividades biológicas, aunque muy similares en forma a ciertos fósiles, sólo pueden denominarse pseudofósiles, como piedras de jengibre, piedras de tortuga, grietas de barro, gravas ovaladas y marcas de ondas. , los agregados minerales cristalizados radiales, los nódulos minerales, los precipitados dendríticos de hierro, etc., no son fósiles.

Debido a que la paleontología se basa en fósiles y la paleontología se compara con criaturas vivientes, tienen diferencias en los tiempos de vida. Por lo general, el límite temporal entre los organismos antiguos y modernos se establece en hace unos 10.000 años. Es decir, los organismos que vivieron antes del Holoceno se denominan organismos antiguos, mientras que los organismos posteriores al Holoceno pertenecen a la categoría de organismos vivos. Por lo tanto, los restos biológicos enterrados en sedimentos modernos no son fósiles, y los artefactos arqueológicos de toda la historia de la humanidad generalmente no se consideran fósiles.

2. Tipos de fósiles

Entre los fósiles estudiados en paleontología, algunos organismos y fósiles son de gran tamaño y pueden estudiarse directamente a simple vista utilizando métodos convencionales. macrofósiles. Sin embargo, se han descubierto ciertos grupos biológicos, como foraminíferos, radiolarios, ostrácodos, dinoflagelados y diatomeas, etc., así como partes diminutas u órganos diminutos de ciertos grupos biológicos antiguos, como conodontos, carófitos y polen de esporas, etc. Los fósiles son tan pequeños que generalmente son difíciles de identificar a simple vista. Estos fósiles se llaman microfósiles. El estudio de los microfósiles debe utilizar técnicas y métodos especializados para procesar, separar los fósiles de la roca o molerlos en rodajas.

Las piedras de tortuga, gravas ovaladas, agregados minerales cristalizados radiales, nódulos minerales, sedimentos dendríticos de hierro-manganeso, etc. conservados en la formación son muy similares a los fósiles en su forma, pero no tienen nada que ver con los seres vivos. cosas o actividades de vida biológica, y los llamamos pseudofósiles (Figura 1-8).

Figura 1-8 Fósiles falsos

(Según Guo Baoyan, 2009)

3. El proceso de formación de los fósiles

Estudio. de la muerte biológica Luego enterrada en los sedimentos, la disciplina que forma fósiles junto con la fosilización de los sedimentos se llama tafonomía. Desde una perspectiva tafonómica, todo el proceso de formación de fósiles se puede dividir en varias etapas, como se muestra en la Figura 1-9.

Figura 1-9 El proceso de formación de fósiles

(Según Sun Yuewu et al., 2006)

◎Comunidad biológica: una variedad de especies en una determinada zona o el mismo entorno Unidad estructural en la que las poblaciones biológicas se combinan entre sí. Este tipo de unidad está vagamente combinada y no está fijada antes y después de su formación, sino que está en constante evolución, pero la evolución es regular y la comunidad también tiene relativa estabilidad.

◎Enjambre de zombis: Enjambre de cadáveres o enjambre de muerte formado por la acumulación de cadáveres tras la muerte de organismos por diversos motivos. El grupo de acumulación de cadáveres puede pertenecer a los componentes de una misma comunidad, o puede ser la acumulación mixta de componentes de varias comunidades después de la muerte. Esto está controlado principalmente por factores como la tasa de deposición de sedimentos, la estabilidad ambiental y la bioturbación.

◎Grupo de entierro: Una vez enterrado el grupo de cadáveres, se le llama grupo de entierro. Puede ser enterrado in situ, o puede trasladarse a otro lugar o mezclarse con los grupos de cadáveres de otros grupos para. convertirse en entierro ex situ. El entierro in situ es diferente del entierro in situ. Generalmente, después de la muerte, siempre que los organismos estén enterrados dentro del rango de la comunidad a la que pertenecen, se entierran in situ.

◎Grupos fósiles: Los grupos enterrados forman grupos fósiles al mismo tiempo que los sedimentos circundantes mediante petrificación. Se denomina comunidad fósil a un grupo de fósiles enterrados in situ cuya composición se forma a partir de los componentes de una comunidad biológica. Una comunidad fósil es una parte preservada de una comunidad biológica. No puede indicar completamente la relación entre sí (como alimentación, protección, etc.), pero puede indicar que originalmente vivieron en el mismo lugar. Los grupos de fósiles formados mediante entierros ex situ se denominan conjuntos de fósiles.

Los conjuntos fósiles pueden incluir especies relictas in situ, es decir, especies que conservan algunas de las especies enterradas in situ, pero el tamaño y el número de individuos no son los mismos que antes de las especies migratorias, es decir, especies del mismo período que migraron; de diferentes ambientes; especies translocadas, es decir, especies que van acompañadas de especies más antiguas. Diferentes tipos de rocas transferidas y redepositadas en diferentes períodos. El estudio de las comunidades fósiles enterradas in situ y las especies residuales in situ enterradas en otros lugares puede restaurar el entorno original. Las especies reubicadas pueden proporcionar información útil para estudiar el entorno paleogeográfico, como la intensidad del flujo, la dirección del flujo, el nivel de energía, etc. Generalmente, los fósiles enterrados in situ están en su mayoría bien conservados y rara vez sufren daños. A veces pueden conservar sus condiciones de vida originales. Los fósiles enterrados en otros lugares suelen sufrir diversos grados de desgaste o clasificación después de su transporte.

4. Condiciones para la formación de los fósiles

Después de ser enterrados en sedimentos, los restos biológicos y las huellas de sus actividades vitales en el período geológico han experimentado un largo tiempo geológico. diagénesis, los organismos enterrados en el sedimento sufren transformaciones físicas y químicas bajo la diagénesis, es decir, petrificación, para formar fósiles. La formación y conservación de fósiles depende de las siguientes condiciones.

(1) Las condiciones del organismo mismo

Desde la perspectiva de las condiciones del organismo mismo, es mejor tener un cuerpo duro, porque el cuerpo blando es fácil de se pudre, se descompone y desaparece, y el cuerpo duro está compuesto principalmente de minerales. Está compuesto de sustancias que pueden resistir diversos efectos dañinos a largo plazo. Sin embargo, la composición mineral de los cuerpos duros es diferente, y también lo es la posibilidad de conservarlos como fósiles. El hardware biológico compuesto de minerales como la calcita, compuestos silíceos y cianofosfato de calcio es relativamente estable durante la diagénesis y la petrificación y se conserva fácilmente como fósiles, como la calcita que contiene magnesio, se conserva fácilmente antes de transformarse en minerales estables que sufren daños. Los cuerpos orgánicos duros como cutículas, madera, películas de quitina, etc., aunque susceptibles de sufrir daños, pueden carbonizarse durante el proceso diagenético y conservarse como fósiles, como hojas de plantas, paredes corporales de graptolitos, etc. En condiciones extremadamente especiales, las partes blandas de algunos animales a veces pueden conservarse como fósiles, como los fósiles de insectos envueltos en colofonia en Fushun, mi país (Figura 1-10 No. 1), y el rinoceronte lanudo en el Asfalto de Staluny. Lago en Polonia (Figura 1-10 de 2), fósiles de mamut en el suelo helado del Cuaternario de Siberia (Figura 1-10 de 3, 4), etc.

(2) Condiciones ambientales para la muerte de los organismos

El entorno físico y químico en el que se coloca el cuerpo de un organismo después de la muerte afecta directamente la conservación y formación de fósiles. En condiciones hidrodinámicas de alta energía, los cadáveres biológicos se dañan fácilmente por el desgaste cuando el valor del pH del cuerpo de agua es inferior a 7,8, el cuerpo duro compuesto de carbonato de calcio es fácil de disolver y la materia orgánica se descompone fácilmente; ambiente oxidante, mientras que la materia orgánica es fácil de conservar en condiciones reductoras. Además, la ingestión de animales que vivían en la época y los efectos corrosivos de las bacterias también afectaron la conservación de los fósiles.

Figura 1-10 Fósil sólido completo

(Según Scott, 1978; Departamento de Biología, Universidad Normal de Hebei, 1975; Xia Shufang, 1978)

1. En fósiles de insectos de color ámbar; 2. Fósiles de rinoceronte lanudo en lagos de asfalto; 3, 4. Fósiles de mamut en permafrost

(3) Condiciones de entierro

Enterrados después de la muerte Diferentes sedimentos tienen diferentes posibilidades de ser preservados como fósiles. Si el cadáver biológico está enterrado bajo sedimentos químicos o biogénicos, entonces, excepto las partes blandas del cuerpo, el cuerpo duro es relativamente fácil de conservar. Si están enterrados bajo sedimentos clásticos gruesos, los cadáveres biológicos son susceptibles a sufrir daños debido a la movilidad mecánica y la alta porosidad de los sedimentos clásticos gruesos. Sin embargo, en algunos sedimentos especiales (como la colofonia y el suelo helado de los glaciares), las partes blandas del cuerpo de algunos organismos también pueden conservarse intactas (Figura 1-10).

(4) Condiciones de tiempo y condiciones de diagénesis

Solo cuando los organismos se entierran rápidamente después de la muerte pueden conservarse como fósiles. Si los cadáveres de los organismos se exponen al aire, lo harán. verse afectado. Se daña por oxidación o por ser comido por otros organismos. Incluso las partes duras serán destruidas por la intemperie a largo plazo. Por lo tanto, después de que un organismo muere, debe ser enterrado rápidamente mediante algún tipo de sedimentación para poder conservarse bien. Los cadáveres biológicos enterrados deben pasar por un largo período de petrificación (es decir, diagénesis) antes de que puedan formar fósiles.

A veces, los organismos son enterrados rápidamente después de la muerte, pero pronto vuelven a exponerse por diversas razones y sufren daños y no pueden formar fósiles. A veces, los cadáveres de organismos enterrados en sedimentos poco profundos pueden ser devorados por organismos que viven en el fondo de lodo. Por otro lado, los fósiles conservados en algunas formaciones rocosas más antiguas se dañan fácilmente debido a la deformación y el metamorfismo de las formaciones rocosas.

Durante el proceso de consolidación y diagénesis de los sedimentos, su compactación y cristalización afectará a la petrificación y conservación de los fósiles. Algunos sedimentos clásticos con mayor porosidad y mayor contenido de agua tienen una compactación significativa, por lo que los fósiles conservados en ellos tienen efectos de deformación evidentes. En el caso de los fósiles conservados en sedimentos carbonatados, debido a la recristalización diagenética de los sedimentos, los organismos compuestos de carbonato cálcico también se recristalizarán, por lo que la estructura de los organismos se destruye fácilmente. Sólo se pueden encontrar fósiles bien conservados si la compactación es menor y no han sufrido una recristalización severa.

5. La petrificación de fósiles

La petrificación de fósiles se refiere a la transformación de restos biológicos enterrados en sedimentos mediante reacciones físicas y químicas durante el proceso diagenético para formar fósiles. Hay principalmente 3 tipos de la siguiente manera.

(1) Efecto de relleno mineral

Algunos huecos en el tejido biológico del cuerpo duro se llenan mediante cierta precipitación mineral a través de la petrificación, y el cuerpo biológico duro se vuelve denso y sólido. Este efecto de relleno puede producirse en estructuras biológicas duras, como los microporos de las conchas, la médula ósea de los vertebrados, etc., o entre estructuras biológicas duras, como las cámaras de las conchas de los foraminíferos y las particiones de los corales.

(2) Reemplazo

Durante el proceso de petrificación, los materiales constituyentes originales de los organismos se disuelven y gradualmente se llenan de minerales extraños. Si las velocidades de disolución y llenado son equivalentes y se reemplazan las moléculas, se puede conservar la microestructura original del organismo. Por ejemplo, en la madera petrificada del Pérmico en el norte de China, todas las fibras de la madera originales han sido reemplazadas por silíceas, pero. la microestructura de los organismos originales se puede conservar, por ejemplo, los anillos de crecimiento y los contornos de las células todavía son claramente visibles (Figura 1-11) en especímenes de animales silicificados del Triásico en el centro occidental y el norte; América. Si la tasa de reemplazo es menor que la tasa de disolución, no se conserva la microestructura del organismo, sólo su forma externa. Los efectos de reemplazo comunes incluyen silicificación, calcificación, dolomitización y piritización.

Figura 1-11 Proceso petroquímico

(Según Tong Jinnan, 2007)

(3) Carbonización

Biología durante el proceso de fosilización Los componentes inestables de los restos se volatilizan y desaparecen mediante descomposición y destilación, dejando sólo una película carbonosa relativamente estable conservada como fósil. Por ejemplo, cuando el graptolito y las hojas de las plantas, que están compuestas principalmente de quitina (C15 H26 N2 O10), se someten a destilación, el H, el N y el O se volatilizan y escapan, dejando una película fósil carbonosa (Figura 1-11).

6. Tipos de preservación de fósiles

Según las características de preservación de los fósiles, los fósiles se pueden dividir en cuatro categorías: fósiles sólidos, fósiles fundidos, fósiles traza y fósiles químicos.

(1) Fósiles sólidos

Se refiere a los restos de seres vivos o sus partes conservadas como fósiles. En circunstancias extremadamente especiales, debido al sellado, la refrigeración, el secado y otras condiciones para evitar la oxidación del aire y la corrosión bacteriana, el hardware y el software apenas han sufrido cambios y se pueden conservar de forma relativamente completa. Por ejemplo, el mamut (descubierto en 1901 en el permafrost siberiano durante la Edad del Hielo Cuaternario, vivió hace 25.000 años, no sólo con esqueletos completos, sino también con piel, pelaje, carne y sangre intactos, e incluso con la comida en su estómago) ( Figura 1- 10 de 3, 4). Otro ejemplo son los fósiles de insectos bien conservados de mosquitos, abejas, arañas y otros insectos que se encuentran comúnmente en ámbar del grupo Fushun (Eoceno a Oligoceno) del Paleógeno en Fushun Coalfield, mi país (Figura 1-10 No. 1). Además, los organismos perdieron humedad debido al clima seco y se conservaron como momias (momias).

(2) Los fósiles fundidos

son diversas impresiones y réplicas dejadas por restos biológicos en el sustrato o rocas circundantes. Aunque no es la entidad en sí, puede reflejar las principales características del organismo. Según su relación con las rocas circundantes, incluyen principalmente:

◎Impresiones: se refieren específicamente a las huellas que dejan los restos de organismos después de que mueren y se asientan en la capa inferior blanda y densa.

Los restos biológicos han sido destruidos y desaparecidos. Los fósiles de impresiones comunes incluyen hojas de plantas, tentáculos de animales, medusas celenteradas, etc. (Figura 1-12).

Figura 1-12 Fósiles de huellas y sus restauraciones de cuerpos blandos del Cámbrico Inferior en Chengjiang, Yunnan

(Según Hou Xianguang et al., 1989)

1. Impresiones de cuerpos blandos de animales;

2. Imágenes restauradas de cuerpos blandos de animales

◎Impresiones: se refieren principalmente a las impresiones de cuerpos duros biológicos (como conchas, etc. ) en la roca circundante. Se puede dividir en molde exterior y molde interior (Figura 1-13). El molde exterior es una impresión de la superficie del hardware; el molde interior es una impresión de la superficie interior del hardware. Todos los fósiles de impresión pueden reflejar las características morfológicas y estructurales de los protistas, pero las estructuras decorativas que contienen son opuestas a las superficies cóncavas y convexas de los protistas.

◎Núcleo: El núcleo fósil contiene el significado del todo y puede reflejar las características de forma biológica, tamaño, decoración y otras características. El núcleo se divide en núcleo interno y núcleo externo. En algunos organismos, como los bivalvos, el espacio que deja la descomposición y desaparición del cuerpo blando en la doble capa cerrada se rellena con arena, formando una entidad completa con la misma forma y tamaño que el espacio original, que es el núcleo. La superficie del núcleo es también el molde interno. De manera similar, si el espacio dentro del caparazón aún no se ha llenado y su espacio tiene la misma forma y tamaño que el espacio del caparazón original, si este espacio se llena nuevamente, el molde exterior originalmente impreso en la roca circundante se imprimirá en el relleno, es decir, será del mismo tamaño que la cáscara original. Todo el cuerpo que es consistente y tiene una composición uniforme se llama núcleo externo, que también se puede llamar réplica, es decir, réplica de la cáscara original. (Figura 1-14).

Figura 1-13 La capa posterior de un braquiópodo y sus fósiles de impresión

◎Elaboración: La capa biológica está enterrada en el sedimento y se han formado el molde exterior y el núcleo. y luego el caparazón del cuerpo se erosiona y los huecos que quedan se rellenan con otras sustancias, que se convierten en el molde de los restos biológicos originales. La superficie del molde es consistente con el núcleo externo, y ambos son similares a fósiles sólidos modificados o sin cambios, pero la estructura interna de los restos no se conserva y la composición es completamente diferente a la del organismo original (Figura 1-14). . La diferencia entre el molde de fundición y el núcleo exterior es que este último no contiene un núcleo interior.

Figura 1-14 Fundición de fósiles y su proceso de formación

(Según Tan Guangbi et al., 1983)

1. válvulas; 2. El cuerpo blando se pudre después del entierro; 3a. El interior del caparazón se llena; 4a. El espacio dentro del caparazón se disuelve para formar el núcleo; se erosiona; 4 b. Se llena todo el espacio para formar el núcleo externo (duplicado 3 c. Se llena el espacio dentro de la cáscara y se llenan los espacios con otros materiales para formar un molde;

(3) Rastros fósiles

Reservados en la capa de roca Los rastros y reliquias de actividades de vida biológica se denominan rastros fósiles. Los rastros de fósiles son de gran importancia para estudiar patrones y hábitos de actividad biológica, así como para restaurar ambientes antiguos. Las huellas de vertebrados entre los rastros de fósiles son las más fascinantes. A partir de las huellas, ya sean de patas o de cascos, se puede inferir si el animal era carnívoro o herbívoro. Se han descubierto muchas huellas fósiles en mi país. Por ejemplo, la huella de Iguanodon del Período Jurásico de Shenmu East Cliff en la provincia de Shaanxi es una de las huellas fósiles más grandes (Figura 1-15 No. 1). Entre los invertebrados, los rastros de rastreo de los vermiformes, las madrigueras de conchas y gusanos con forma de lengua (9, 10 de la Figura 1-15) y los rastros de alimentación de algunos organismos son todos rastros fósiles comunes.

Figura 1-15 Rastros de fósiles

(Según Xia Shufang, 1978; Ekdale et al., 1984; Seilacher, 1970, 1984)

1. Huellas; 2. Huellas; 3, 4. Marcas de arrastre; 5. Marcas de rastreo 6-8. Marcas de madrigueras

Los rastros de fósiles también incluyen excrementos de animales o huevos; ). Las masas fecales y los gránulos de varios animales también pueden formar coprolitos. El coprolito de pescado (un tipo de coprolito) es relativamente común, como el coprolito de pescado que se encuentra en el sistema Cretácico de Qinggangshao, Tongzi, Guizhou. Los coprolitos se pueden identificar según su forma, tamaño y composición del material. Por ejemplo, los coprolitos en espiral pueden ser excrementos de peces con intestinos de válvula en espiral. Los huevos fosilizados de reptiles y aves son relativamente comunes. Los fósiles de huevos de dinosaurio en los estratos del Cretácico de nuestro país son mundialmente famosos. Se han encontrado fósiles de huevos de dinosaurio apilados en nidos en el área de Laiyang en la provincia de Shandong y en Nanxiong, provincia de Guangdong. A menudo se encuentran fósiles completos de huevos de avestruz en las capas de suelo cuaternario de la meseta de Loess en mi país.

Desde la aparición del hombre, las antiguas herramientas de trabajo humanas, reliquias culturales, etc. pueden clasificarse como fósiles, pero hay que tener en cuenta que se refieren a reliquias del Paleolítico. Por ejemplo, las herramientas de piedra y de hueso utilizadas por los hombres de las cavernas en la cima de la montaña de Beijing. Los restos del Neolítico generalmente pertenecen a la categoría de restos culturales y arqueológicos.

(4) Fósiles químicos

Aunque las partes blandas de la materia orgánica biológica en el período geológico han sido dañadas y no pueden conservarse como fósiles, los componentes orgánicos descompuestos, como los ácidos grasos y aminoácidos, todavía pueden permanecer en las formaciones rocosas. Estas sustancias todavía tienen ciertas estructuras moleculares químicas orgánicas, aunque son difíciles de identificar mediante métodos convencionales, aún pueden separarse o identificarse de las formaciones rocosas con la ayuda de algunos medios avanzados y equipos analíticos para una investigación eficaz. En la actualidad, la gente ha aislado polisacáridos, nucleótidos, pirimidinas, hidrocarburos y diversos aminoácidos de formaciones rocosas. Estos importantes avances han promovido el rápido desarrollo de disciplinas emergentes como la paleontología molecular contemporánea, la paleobioquímica y la biomineralización, y son de gran importancia para explorar el origen de la vida, dilucidar la historia del desarrollo biológico y explorar y estudiar los minerales biogénicos.

7. Entrenamiento de habilidades: identificación de tipos de preservación de fósiles

(1) Requisitos del propósito

(1) Dominar preliminarmente la preservación de fósiles físicos mediante la observación de Especímenes fósiles Escriba, comprenda la morfología de los rastros de fósiles.

(2) Profundizar en la comprensión de los fósiles fundidos mediante la observación de especímenes fósiles y la simulación de la formación de fósiles.

(2) Contenido del entrenamiento

1. Fósiles físicos

①Fósiles biógenos

②Restos fósiles metamórficos

Relleno efecto - huesos de vertebrados

Efecto metasomático - a. Calcificación (trilobites); b. Silicificación (coral, madera petrificada); c. Carbonización (plantas antiguas, graptolitos); p>2. Fósiles fundidos

①Molde externo (trilobites)

②Molde interno (braquiópodos, bivalvos)

③Núcleo interno (gasterópodos)

④Núcleo exterior (modelo de yeso)

⑤Cast

3. Rastrear fósiles

Huellas de iguanodon y huevos de dinosaurio