先史時代の動物の骨や歯の発見は研究者の間で大きな関心を呼び起こす傾向にありますが、最近の出版物では、数百万年にわたる地球の地質学的歴史を理解する上で化石化した木材が極めて重要であることが強調されています。植物の残骸は、地球の進化を解明するための基礎となります。
ドイツ北部のザーレ川流域にあるキフホイザー山脈で発見された化石化した木材に焦点を当てた研究では、木材が耐性のある有機組織の中で石化に対する化学親和性が最も高いことが示されています。
この特定の木材の例は、恐竜の時代よりずっと前の石炭紀に繁栄していた森林の大木から採取されたものです。木々は、乾期と洪水期を繰り返す超大陸パンゲアの熱帯地域の川床に埋もれていた。
研究によると、埋葬後、木材は数百万年にわたって4段階の鉱物化を経た。各サイクルで異なる種類の石英が生成され、植生が発達した盆地に関する重要なデータが得られました。
ドイツのミュンスター大学のシュテフェン・トランパー博士は声明で、「多くの場合手のひらほどの大きさの化石が、数億年にわたる地域全体の地質学的歴史を記録できることは驚くべきことだ」とコメントした。
地球の過去を明らかにする化石化プロセス
研究では、3億400万年前から2億9900万年前の間に、特定の条件によって埋もれた木材にケイ酸が侵入できたことが詳述されている。これによりオパールが形成され、植物材料の細胞壁の構造が保存されました。
その後、2 億 9,900 万年前から 2 億 9,000 万年前の期間に、化石は堆積物で覆われ、50℃から 70℃の温度にさらされました。この加熱により、オパール化された木材が繊細な水晶結晶に変化しました。トリュンパー氏と彼のチームが報告したように、これらの出来事は、現在は存在しない進化系統の保存にとって極めて重要であり、針葉樹はそれらに最も近い現存する親戚であるが、化石の他の変化はあまり観察されていない。
科学者チームは、すでに鉱化した木材の上に十分な層の地層が蓄積すると、熱、圧力、塩分の組み合わせにより、微結晶石英の大部分がより厚い石英ヘマタイト結晶に置き換わることを発見した。しかし、このプロセスにより、患部の解剖学的構造の保存が失われることになりました。
研究者らは、170℃から290℃の範囲の高温にさらされる前に、その後の長期間の非活動期間について説明しています。この条件により、ブロック状の別のタイプの水晶である正面体結晶が誕生しました。
変態の最後の段階にはバリウム石英の形成が含まれ、これは電子が衝突したときの青色光の放出によって識別され、カソードルミネッセンスとして知られる現象です。
これら 4 つの石英の変化に最も関連する点は、それぞれが特定の温度と圧力条件を必要としたことです。さらに重要なことは、化石化した木材は、これらの地質学的段階のそれぞれがいつ起こったかを示す正確な証拠を保持することができ、時間の真の記録となったことです。
ウラン鉛年代測定法が地質時代を明らかにする方法
水晶はその形成中に環境からウランを吸収しますが、鉛は吸収しません。時間の経過とともに、ウランはゆっくりと鉛に分解され、地質学者はこれらの元素の比率から結晶が作成されてからの期間を判断できます。鉛は他の経路を通じて結晶に取り込まれたり、結晶から除去されたりする可能性があるため注意が必要だが、トランパー氏のチームはこれらの要因を考慮したと述べた。研究者はさらに、「実際、石炭紀の終わりの最初の鉱化作用で始まった時計が、その後の過程でも完全には戻らなかったことには非常に驚いた」と述べた。
この方法論は、科学に、長年にわたる大陸の進化と移動を追跡するための新しくて強力なツールを提供します。
トリュンパーと彼のチームは、各形成段階で残った結晶の年代を分析することで、その変化の年表を作成しました。彼らは、2 億 5,700 万年前から 2 億 6,000 万年前に赤鉄鉱石英が形成され、1 億 8,000 万年前から 1 億 5,000 万年前に正面体石英が形成され、約 1 億年前に重晶石石英が形成されたことを確認しました。
地質学的変化には正確な温度と圧力条件が必要であり、各時代に木材が存在していた深さに直接関係します。このようにして、研究チームは、さまざまな時期に古代の木材を覆っていた物質の量の歴史を再構築することができました。たとえば、最終的な変換には深さ 3 ～ 5.5 キロメートルが必要でした。
現在、化石化した木の表面は、ドイツで最も高い彫像の一つであるキフホイザー記念碑の前の興味深い場所で発見されている。この表面的な位置は、地質学者に、最近の地質学的過去において土地の重大な隆起が起こったことを示唆しています。これらすべての出来事を総合すると、この地域の 3 億年にわたる地質学的歴史が明らかになります。
トリュンパー氏はメモの中で、「水晶内の小さな流体内包物は、結晶の成長中の正確な条件に関する情報を保存しているため、特に明らかになった」と説明した。同氏は、「木の化石は世界中の多くの岩石層で発生するため、これにより貴重な情報源が開かれる。これは科学に大陸の進化を追跡するための新しいツールを提供する」と付け加えた。
しかし、すべての森林が化石化木材に変わるわけではないのと同じように、ほとんどの化石化プロセスはキフホイザーで観察されたすべての段階を完了するわけではありません。 80キロ南のマネバッハでも、針葉樹の幹が鉱化作用を起こしている。
研究著者らは、マネバッハでは「キフホイザーよりも細胞構造の繊細な保存がはるかに優れており、細胞内真菌さえも発見できる」と指摘している。それにもかかわらず、ウラン鉛同位体システムを使用して流体包有物を分析し、マネバッハ化石の年代を特定する試みは効果的な結果をもたらしませんでした。
トリュンパー氏は、マネバッハ氏のサンプルにレーザーを照射すると、「同位体組成の分析に必要な小さな破片ではなく、より大きな破片がサンプルから剥がれた」と説明した。研究チームは、この問題が他の化石化木材の分析でどの程度一般的であるかはまだ分かっていない。
しかし、トリュンパー氏は、中国での化石化木材に関する最近の研究で、キフホイザーで見られたものと同様の一連の変化を記録するのに「有望に見える」遺跡が説明されていると述べた。
