化石は、地球上の生命の歴史への比類のない窓を提供します。化石が地層を通じてどのように変化するかは、生物の進化、環境の変化、および大量絶滅イベントの発生に関する情報を提供します。しかし、もし化石が化石化後に地球システムで何が起こったのかについての手がかりを提供できるとしたら?
動物が死んだ後、条件が良好で、死体が急速に埋められた場合、熱、圧力、および流体との相互作用の組み合わせにより、動物の骨と歯の化学的性質が変化します。この化石化の過程で、流体中の微量元素が再結晶化された生体材料に取り込まれます。通常、これは希土類元素 (REE)、ウラン (U)、および鉛 (Pb) の濃度の増加を意味します。 U の取り込みにより、放射分析の「時計」が開始されます。これは理論的には、堆積層の年代を決定するための新しいツールを提供する可能性があります.
しかし、化石は簡単に改変される傾向があるため、化石の年代測定は厄介な問題になっています。最近の研究では、現場微量元素地球化学と化石歯の U-Pb 年代測定を組み合わせることで、この問題に対処しようとしています。この比較により、化石の既知の堆積年代よりも若い日付に関連付けられた地球化学トレーサーの識別が可能になります。結果として得られる画面は、化石化の時代を保存している可能性が最も高い化石を特定する方法を提供するだけでなく、火山のエピソード、造山活動、そしておそらく気候変動の急激な時期さえも年代測定する可能性を紹介します.
イットリウムスクリーン
この探索的研究では、ニューメキシコ州の 2 つの 6570 万年前の骨床からのワニ科の歯と、アルバータ州の 2 つの 7200 万年前の骨床からのティラノサウルスとワニの歯が、断面に沿ったいくつかの点で分析されました。 .歯が選択されたのは、エナメル質に囲まれているためです。エナメル質は、骨よりも液体を通過させることによる変形に対して歯をより耐性にする可能性のある、粒子が細かく、よりコンパクトな素材です。使用される分析方法であるレーザー アブレーション イオン結合プラズマ質量分析法では、0.01 mm 未満のレーザーでサンプルを爆破し、非常に細かいスケールで空間変動を解決する能力を提供します。化石化後の修飾の可能性により、サンプルが化学的に均一である可能性が低くなるため、これは重要です。
微量元素の有意な変動は、同じ層の歯の間と個々の歯の間の両方で測定されます。微量元素濃度の均一性が高いことは、それらの元素の拡散性が高いこと、または周囲の堆積物中の濃度が高いことを反映しています。いずれの場合も、歯間および歯内濃度が最大の要素は、変化が最も少ないか最も遅いことを反映している可能性が高いため、変更の追跡に最適に使用できます。歯全体と歯の間で最大かつ最も滑らかな変化を持つ要素は、イットリウム (Y) と REE です。これらのいずれも化石化後の修飾を追跡するために使用できますが、ほとんどの REE よりも高濃度で存在し、酸化還元感受性または分別効果がないため、Y が選択されています。
ニューメキシコスイートとアルバータスイートの両方で、断面 Y 変動が最大の 2 つの化石が、それぞれのホスト層の既知の年代に最も近い年代を記録する化石でした。ニューメキシコ州のサンプルの中で、Y 濃度が最も低い分析は単一の歯の中心にあり、これらの分析のみが化石化の時期と一致する U-Pb 日付を保持しています。この歯のエッジは、Y の劇的な増加を示しており、U-Pb 年代が乱れた歯の組成に近づいています。これは、化石化後の修飾の効果として解釈され、Y 濃度が増加し、U-Pb システムがオーバープリントされます。
アルバータ スイートでは、逆の傾向が観察され、システムはより複雑に見えます。化石化されていない歯よりもイットリウム濃度が高いことは、おそらく化石化中に濃縮が起こったことを示唆しているが、ストロンチウムなどの元素の濃度が低いことは、その後に枯渇が起こったことを示唆している.最も古い U-Pb 日付を保持しているサンプルは、Y 範囲が再び最大になりますが、最も手付かずのニュー メキシコのサンプルとは反対のプロファイルを持ちます。保存された日付は、化石化の時期の不確かさの範囲内ですが、年代はロッキー山脈の隆起期に最も類似しています。これは、化石化後に発生する微量元素の変化が、これらのイベントの正確なタイミングを記録するのに十分なほど短命である可能性を高めます – したがって、それらの原因のヒント.
変更イベントの性質
ほとんどの化石は、ホスト層の年齢より若い記録日付を分析しました。ニューメキシコ州では、Y 範囲の減少 (および平均 Y の増加) に伴い、U-Pb 同位体が化石化の痕跡から 2,500 万年前 (25 Ma) の第 2 年代まで徐々に移行します。この二次的な日付は、この地域のマグマ活動と火山活動の激しい期間の終わりに対応するため、注目に値します。マグマ体から放出された微量元素に富む流体、または地表の火山物質から微量元素を浸出させた地下水との相互作用は、これらのサンプルに記録された U-Pb データと微量元素濃縮の両方を説明する可能性があります。
化石化中の最初の濃縮後に化石が微量元素で枯渇したように見えるアルバータ州では、若い日付は70 Ma、49 Ma、および32 Maの周りの変更を示しています.後者の 2 つの日付は、数キロ離れた場所で収集された化石に記録されており、これらの流体の流れのイベントが局所的な現象ではなかったことを示唆しています。これらの日付がどこから来たのかはまだはっきりとはわかっていませんが、前の 2 つの日付 (70 Ma と 49 Ma) は、ロッキー山脈形成の最後の 2 つのパルスの終わりに似ており、後者の日付 (32 Ma) は南極の氷床が形成され始めた急激な気候の寒冷期。
その後のロッキー山脈の隆起または侵食が、アルバータ州盆地の地下水のパターンに影響を与え、化石化した U-Pb サインをオーバープリントした可能性があります。地下水は通常、わずかに酸性で微量元素の少ない雨水によって供給されており、これらの化石で観察された微量元素の枯渇と一致している可能性があります。しかし、急激な地球規模の寒冷化がこれらの化石にどのような影響を与えたのか、あるいはこの関係が直接的か間接的かは明らかではありません.
結論
化石に記録された第 2 の年代は、最も顕著なマグマ、テクトニクス、および気候の地域的および世界的なイベントに対応しています。これは、化石が少数の大規模だが短命のエピソードによって変更され、これらのイベントが脊椎動物の化石を使用して確実に年代測定できるという刺激的な新しい可能性をもたらします。これらの重ね刷りイベントの起源と普及を確認するには、さらに多くの作業が必要ですが、これらの二次的な日付は、化石化の日付自体よりもよく保存されているようです.
これは、化石のすべての断片、すべての博物館のすべての骨格に、有機体の生命より後の無数の地質学的出来事の性質とタイミングに関する密集した詳細な情報が含まれている可能性を高めます.これは、古代の流体の流れの出来事を理解するための前例のないリソースであることが証明されるかもしれません.
参考文献:
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