Fyrsta UM tilraunin til að búa til steingervinga

Árið 1997 voru nokkrir þættir steinrunaferlisins orðnir þekktir. Margir staðir þar sem steingervingar hafa fundist hafa verið rannsakaðir og það varð ljóst að flestir steingervingar lágu í lituðu leirseti sem virtist ekki hafa neina þekktan uppruna á yfirborðinu í umliggjandi landslaginu. Að lokum var ljóst að litaða leirsetið hafði komið úr gosbrunnum. Þetta var set sem barst úr iðrum jarðar í útrennsli flóðvatna sem eitt sinn þakti gjörvallt yfirborð jarðarinnar. Sá viðburður hafði gersamlega breytt jarðskorpunni og það á aðeins skömmum tíma. Það finnast steingervingar á hæstu fjöllum, þannig að dýpt vatnsins sem hlaut að hafa verið nógu djúpt til að þekja fjöllin, var reiknuð sem gat myndað þann nauðsynlega þrýsting fyrir steinruna.

Háþrýstiofn (þrýstiketill) var keyptur, ásamt tæki sem gat búið til allt að 20.000 psi þrýsting innan í háþrýstiofninum. Þrýstikatlarnir voru pípur úr ryðfríu stáli með sérstaka vélunna enda til að leyfa þeim að haldast lokuðum undir háum þrýstingi og sem hægt var að taka í sundur á ný. Upphaflega (1997) var nákvæma uppskriftin til að búa til steingervinga ekki þekkt. Lítill trjábútur var skorinn til og settur í þrýstiketilinn ásamt vatni og lituðum leir sem náttúrulegir steingervingar fundust í. Undirbúningstilraunir fólu í sér nokkrar breytur: þrýstingur, leirset, sandset og mismunandi gerðir vatns voru prófuð, en án árangurs. Engan steinruna var að sjá. Greinilega vantaði í tilraunir okkar mikilvægt íblendi eða eðlisfræðilega kennistærð en rannsóknir og tilraunir í áraraðir höfðu ekki afhjúpað svörin sem vonast var eftir. Hugmyndirnar voru settar „á hilluna“, bæði bókstaflega og í höfðinu en bíða þurfti eftir skilningi sem myndi leyfa frekari tilraunir.

Það liðu tvö ár þegar ný viðbót við uppskriftina af steingervingum kom í ljós. Það var orka. Á þeim tíma virtist orkan vera ‚segulsvið‘ jarðarinnar (jarðsviðið sem talað er um í kafla 9.6 var enn ekki uppgötvað). Á því ári voru gerðar 100 eða fleiri nýjar tilraunir að gerð steingervða trjáa, nú með rafmagni sem streymdi í gegnum háþrýstiofninn, aftur með mismunandi breytur – en enn enginn steinruni. Tilraunin var sett á hilluna á ný.

En svo í febrúar 2000 varð alger viðmiðunarbreyting. Þýskur steindasali var að selja manngerða kvars steina í Tucson steina- og gimsteinasýningunni. Þetta var í fysta sinn sem við sáum slíka tegund af manngerðum kristalli. Samstundis varð okkur ljóst að ferlið sem notað var til að búa til smíðaða kvars kristalla sé lykillinn sem vantaði. Mælt var með bókinni eftir Kurt Nassau, Gems Made by Man, og hún umbylti hugsunargangi okkar og lagði grundvöllinn að endurhönnun vaþrývarma ferlisins. Þessi eina uppgötvun tengdi síðar saman tugi púslustykkja í viðfangsefnunum vatnspláneta, allsherjar flóð, veður, aldur og steingervingar.

Önnur uppgötvun leiddi í ljós að orkan sem vantaði var ekki orkusvið jarðarinnar, heldur hiti. Þegar hér var komið við sögu, var ljóst að kvika er ekki til, en það var hins vegar ekki ljóst hvaðan hitinn kom sem knýr eldgos. Brátt uppgötvuðust þó núnings-hitalögmálið og síðar þyngdarafls-núningslögmálið. Þetta leiddi til þess að menn gerðu sér grein fyrir mikilvægi hitastigsins á vatninu, ekki aðeins fyrir vöxt steingervinga, heldur einnig fyrir allan vöxt náttúrulegra steinda.

Saga tilrauna til að búa til steingervinga

Árið 1968 skrifaði Ryan W. Drum um tilraun sína til að „steinruna plöntuefni“ í tímaritinu Science. Þetta var fyrsta þekkta tilraunin þessarar gerðar:

Óvitaður um nokkurt áður samstillt átak til að steinruna eða steingerva plöntuefni, reyndi ég að steinruna trjágrein í rannsóknarstofu. (Silification of Betula Woody Tissue in vitro, Ryan W. Drum, Science, 12. júlí 1968, bls. 175).

Steingervingar gegna mikilvægu hlutverki í réttum skilningi manna á hinu liðna og það er forvitnilegt að tilraun til að steinruna (breyta í stein) lífrænt efni átti sér ekki stað fyrr en 1968. Af öllum þeim þekktum steingervingum eru steingervð tré allsráðandi: þessi kvars steinar finnast um allan heim og eru eftirverkan á fornum atburði. Nokkrum áratugum áður en Drum reyndi að steinruna, höfðu tæknifræðingar tekist að búa til kvars í umhverfi vaþrývarma í rannsóknarstofu, en ekki var tekið eftir neinum tengslum á milli kvars og steingervingum byggða á kvars. Tilraun Drums tók ekki tillit til þáttsins um háan þrýsting eða hátt hitastig, en hann fann nokkra mikilvægar kennistærðir steinruna:

Nokkrar birkigreinar voru settar í natríummetasilikat lausnir (5.000 til 10.000 hlutar af milljón) og leyft að standa í 12 til 24 klukkutíma, en þá voru þær þvegnar og skolaðar með ösku og krómsýru. Ópalgerður kísill var settur á innra yfirborð frumuveggjanna þannig að kísilafmyndun hinna mismunandi frumuhola mynduðust. Heilar greinar voru algengar… Þessi tækni býður upp á nýjan möguleika á að rannsaka grunnvef viðs og meðvitaða aðferð steinruna á tiltölulegan stuttum tíma inni í rannsóknarstofu. (Silification of Betula Woody Tissue in vitro, Ryan W. Drum, Science, 12. júlí 1968, bls. 175).

Drum, sem var ekki jarðfræðingur, vann við plöntudeild háskólans í Massachusetts, Amherst. Tilraunir hans sýndu þrjár megin staðreyndir um myndun steingervinga úr kísil:

1. Mikilvægi ofurmettaðs vatns.
2. Hinn stutti tími sem þarf til að steinruna.
3. Ópal myndast undir lágum þrýstingi og lágu hitastigi.

Rannsóknin fékk ekki mikla athygli vegna þess að vísindamenn töldu ekki að hún hefði notagildi á náttúrulegum viðburðum: Vatnsstraumar innihéldu ekki magn af uppleystum kísil sem næði 5.000-10.000 milljónarhluta og ópal steingervingar eru óalgengir í náttúrunni. Og fyrir öllu, þá skyggði viðmiðunin um jarðfræðilegan tíma milljóna ára yfir hvaða hugmynd sem er sem fjallaði um steinruna á stuttum tíma, eða nokkurra daga. Aðrir rannsakendur reyndu lengri tímabil (allt að einu ári), en þeir framleiddu ópal eða í mesta lagi smásæja kvars kristalla – ekkert nálægt þeim steingervðum trjám úr kísil sem finnast í náttúrunni.

Tíu árum síðar, árið 1978, bar Anne C. Sigleo úr deild lífrænni jarðefnafræði í háskólanum í Arizona saman náttúrleg steingervð tré við lignín úr trjám nútímans með því að hita bæði upp og bera saman gasútblæstrina. Sigleo efnagreindi gastegundirnar og tók eftir að steingervða tréð hafði „orðið fyrir mildum áhrifum hita.“ Það sem Sigleo meinti með mildum var í raun nokkuð heitt:

Grenilignín Brauns var hitaleyst og greint með GC-MS sem samanburð fyrir gögnin úr steingervða trénu. Fyrsta hitasundrunin við 300°C þrepið var CO2, H2O, etanól og própanól. Megin afurðin við 450°C var 4-metýl-2-metoxýfenól (metýl gvæjakól), en við 600°C voru hitasundranirnar svipaðar, bæði í samsetningu afurðarinnar og í hlutfallslegu magni og þeim úr steingervðu trénu. Niðurstöðurnar segja til um að steingervða tréð hafi orðið fyrir mildum áhrifum hita þar sem eter tengin rofnuðu og súrefnisleysi átti sér ásamt endurröðun upprunalegs trjáviðar í mjög stöðuga fjölliðu. (Silification of Betula Woody Tissue in vitro, Ryan W. Drum, Science, 12. júlí 1968, bls. 175).

Próf Sigleos sýndi að steingervð tré hafi eitt sinn orðið fyrir hita í allt að 450°C, vegna þess að losun beggja gerða (steingervða og ekki steingervða) var mismunandi þar til beitt var hæsta prófið með 600°C, sem framkallaði „svipaða“ losun. Þetta voru vissulega ekki „mild áhrif hita“ miðað við náttúrlegt umhverfi í dag, heldur leiddu athuganir hennar í ljós efri mörk vaþrývarma sem steingervð tré hafa orðið fyrir. Þó svo að hún hafi ekki gert sér grein fyrir marktækni uppgötvun sinnar, þá var þetta fyrsta tilraunin til að nota vaþrývarma hitastig.

Árið 1982 birtist ein af fyrstu jarðfræðilegum vísindagreinum um steingervð tré. Hún var eftir C. L. Stein og gefin út í Journal of Sedimentary Petrology:

Hingað til hafa fáar tilraunir verið gerðar til að rannsaka steindafræði steingervða trjáa á kerfisbundinn hátt. (Silica Recrystallization in Petrified Wood, C. L. Stein, Journal of Sedimentary Petrology, Vol. 52, No. 4, desember 1982, bls. 1277).

Reyndar hefur okkur ekki tekist að finna neinn steingervingafræðing sem hefur á virkan hátt rannsakað hvernig steingervingar eru myndaðir! Þetta kom ekki mjög á óvart vegna þess að steingervingafræðin virtist hafa lítinn áhuga á myndun steingervinga í rannsóknarstofum í sínum fræðum.

Stein lýsti hinni vinsælu kenningu sem sveif yfir vötnum síðan u.þ.b. 1970, sem hafði „kísilríka lausn“ sem framleiddi ópalgerðan steingerving, sem eftir „milljónir ára“ myndi einhvernveginn umbreytast í kvars:

Enn fremur hefur það verið lagt til að þessi ópalgerði kísill muni komast í betri kristallaskipan á tímabili margra milljóna ára og að lokum umbreytast í kvars. (Silica Recrystallization in Petrified Wood, C. L. Stein, Journal of Sedimentary Petrology, Vol. 52, No. 4, desember 1982, bls. 1279).

Því miður reiða þeir rannsakendur sem trúa ópal-í-kvars kenningunni á vísindafjarveruna úr gömlum tímum, vegna þess að það eru ekki til neinar sannanir byggðar á tilraunum. Fáfræði um grundvallarvöxt kristalla er ástæðan fyrir því hvers vegna jarðfræðingar og steingervingafræðingar í dag vita ekki hvernig steingervingar myndast. Skýringamyndin um ástand kísils (sjá mynd í færslu hér) sýnir að kísill breytist ekki í aðrar kristalbyggingar, nema ákveðnar eðlisfræðilegar breytur séu til staðar. Kröfurnar um hátt hitastig og háan þrýsting uppfyllist ekki í jarðskorpunni þar sem steingervð tré eru fundin í dag. Án þessara þátta getur tíminn ekki breytt kristalbyggingunni.

Stein reyndi að bera kennsl á jarðfræðilegar sannanir á ópal-kvars kenningunni með því að safna nokkrum sýnum af steingervðum trjám úr seti með ‚þekktan‘ aldur. Hann tók sýnin og muldi þau til að mæla kristalbygginguna í þeim samkvæmt hinum meinta jarðfræðilega aldur setsins. Eftir að hafa lesið kaflann um aldurslíkanið, sjáum við strax hvert þetta var að stefna. Stein setti niðurstöður sínar í skýringarmynd eftir aldri, en ‚yngstu‘ og ‚elstu‘ steingervðu trén sýndu kristöllun í sama mæli. Stein lauk mat sitt með eftirfarandi orðum:

Þess vegna eru þessar niðurstöður … áætlaðar að hafa takmarkað gildi. (Silica Recrystallization in Petrified Wood, C. L. Stein, Journal of Sedimentary Petrology, Vol. 52, No. 4, desember 1982, bls. 1278).

Þetta sýndi sig sem annað dæmi um hvernig jarðfræðilegur tími hefur afmyndað þeirri hugmynd um hvernig steinar raunverulega mynduðust.

Árið 1984 gáfu tveir ástralskir jarðfræðingar út aðra grein, Petrification of Wood by Silica Minerals (Steinruni trjáa með kísilsteindum). Titillinn gaf það næstum því til kynna að rannsakendur höfðu framleitt steingervt tré, en það höfðu þeir ekki gert. Rannsakendurnir athuguðu 77 sýni af steingervðum trjám, en höfðu ekki reynt að endurskapa þau. Greinilega vissi enginn hvernig átti að gera það.

Vísindamenn verða fyrst að hafa viðmið vaþrývarma til að geta búið til steingerving byggðan á kvars á árangursríkan hátt. Það viðmið myndi gera meira en að búa til steingervinga – það myndi afhjúpa þann vísdóm um hvernig kristöllunarferlið varðveitir leifar af kolefni. En vegna þess að þeir höfðu enga þekkingu á vaþrývarma, ályktuðu áströlsku rannsakendurnir ranglega:

Lokastig steinruna inniheldur vatnstap og jafnvel ummyndun einnar tegundar kísils í aðra. (Petrification of Wood by Silica Minerals, G. Scurfield, E. R. Segnit, Sedimentary Geology, 39, 1984, bls. 149).

Þótt undarlegt megi virðast, útskrifast jarðfræðingar í dag án grundvallar skilnings á kristöllunarferlinu og myndun steinda í vatni. Án vatns gæti steinruni og kristöllun kalsedóns og kvars, sem er megin steintegundin sem steingervð tré eru gerð úr, ekki átt sér stað. Þetta er ferli sem kallast prethermation (þrývermir, eða það ferli sem leiðir til útfellingar á föstu efni í lausnum þegar þrýstingur eða hitastig breytist) og er lýst í undirkafla 7.4 um kristöllunarferlið, en nútíma jarðfræðingar eru ekki meðvitaðir um þetta myndunarferli.

Þrývermir inniheldur útfellingu á föstu efni í lausn/gasi vegna breytinga á þrýstingi eða falli á hitastigi. Uppleystur kísill í vatnslausn getur orðið að kalsedón eða kvars kristalli undir ákveðnum háum þrýstingi og hitastigi, þegar þrýstingurinn breytist eða ef hitastig lausnarinnar fellur. Eðlisfræði þessa ferlis var þekkt fyrir löngu síðan í öðrum vísindagreinum, en sú þekking var greinilega ekki gefin áfram inn í jarðfræðisamfélagið. Í sjálfu sér skilja jarðfræðingar ekki að það getur ekki hafa verið vatnstap og að eina leiðin til að ein tegund kísils gæti breyst í aðra tegund, er að hann leysist upp í vaþrývarma lausn þar sem hann getur þá endurkristallast eftir að hafa orðið fyrir hitastigs- og/eða þrýstingsbreytingu. Breyting á þessum eðlisfræðilegum kennistærðum breytir tegundinni á kvars steingervingum og öðrum kristöllum.

Tveimur áratugum síðar, árið 2005, skrifuðu rannsakendur um að hafa fundið „steinrunninn fugl“ (bleshæna) í útfellingum við hveri í Yellowstone þjóðgarðinum. Það var rannsakendum ljóst að varðveisla fól í sér „útfellingu við hátt hitastig í hverum“ vegna virkra hvera á svæðinu. Þeir tóku einnig eftir „milligöngu örvera“ sem var þáttur tengdur ópal steinruna í vaþrývarma vatni. Þeir ályktuðu að svipaðir eðlisfræðilegar og efnafræðilegar kennistærðir gætu hafa verið ábyrgar fyrir varðveislu annarra steingervinga:

Fyrsti steingervði fuglinn sem náðist úr útfellingu við hátt hitastig í hverum, er þrívíddar útvortis líkamsmót af amerískri bleshænu (Fulica americana) frá Holocene hveraútfellingu í Yellowstone þjóðgarðinum, Wyoming, Bandaríkjunum. Hrúðurmyndun kísils á hræinu og á fjöðrunum, ásamt aðsetur örverusamfélaga gerðist innan við daga eftir dauða og fyrir verulegri rotnun mjúkra vefa, sem leyfði varðveislu á grófri líkamsbyggingu sem venjulega tapast undir öðrum steingervingaferlum. Við settum fram þá tilgátu að aukin tíðni og umfang á ópal-A útfellingu, fengin fram annaðhvort með óvirkri eða virkri milligöngu örvera sem komu í kjölfar útbreiðslu örvera í hræjum, er nauðsynleg fyrir einstaka varðveislu hlutfallslegra stórra og holduga hræja í mjúkum vefum lífvera með myndun útfellingu steinda. (A silicified bird from Quantenary hot spring deposits, Alan Channing, Mary Higby Schweitzer, John R. Horner, Terry McEneaney, Proceedings of the Royal Society, 2005, 272, bls. 905).

Rannsakendurnir höfðu leitt hinn mikilvæga þátt hitastigs í ljós fyrir varðveisluferlið, en það voru nokkrar mikilvægar spurningar eftir ósvaraðar. Í fyrsta lagi, ef heitt vatn er ábyrgt fyrir steinruna á þessum steingervingi, hvers vegna ekki að vænta þess að aðrir steingervingar séu einnig tengdir hita eða heitu vatni, jafnvel þó að þeir séu ekki í námunda við ‚hverasvæði‘ í dag. Rannsakendurnir lögðu eitthvað svipað þessu til í lokaorðum sínum, en gerðu sér líklega ekki grein fyrir þeim afleiðingum slíkrar hugmyndar, þar sem hún yrði heimfærð á steingervinga úr öllum heimsálfum.

Núverandi steingervingakenning tekur ekki tillit til þarfarinnar fyrir heitu vatni, né getur hún útskýrt fíngerðu varðveisluna (fjaðrir fuglsins). Margir steingervingar innihalda svipað magn af varðveittum smáatriðum. Í greininni sem vitnað er í að ofan, Petrification of Wood by Silica Minerals, gefin út árið 1984, sýndu þunn þversnið smáatriði einstakra fruma og samsetningu þeirra í kísilrunnu steingerðu tré. Í dag er hefðbundið grunnvatn ekki heitt og getur þess vegna ekki varðveitt eða kísilrunnið trébút sem er grafinn í jörðunni.

Í öðru lagi, fuglasteingervingurinn í Yellowstone varðveittist með ópal, sem er svipað þeim niðurstöðum tilrauna í rannsóknarstofu sem áður hefur verið minnst á, sem sýndi trjáfrumur sem höfðu umbreyst í ópal í vatni sem var ofurmettað kísil. Hins vegar fór mikilvægi hás hitastigs fram hjá þessu tilraunafólki, alveg eins og vísindamenn fuglasteingervingsins fóru á mis við þá staðreynd að meira en 99% steingervinga heimsins eru ekki ópal – heldur eru kristallar byggðir á kvars. Og kvars getur ekki vaxið í hverum án þess að hafa háan þrýsting. Þetta færir okkur til baka til vaþrývarma, hins sanna uppruna steingervinga.

Steinrunaferlin þrjú

Steinrunaferlið er betur hægt að skilja þegar maður skilur hvenær steinruni átti sér ekki stað. Að vita hvenær tré steingervist ekki er ómetanlegt í skilningi okkar á uppskriftinni að steinruna.

Hin miklu setlög sem Colorado hásléttan er gerð úr, eru dæmi um vatnsset sem komu úr gosbrunnum, knúin af neðanjarðar ám. Vegna þess að mest allt vatnssetið kom neðan úr yfirborðinu, er ekki búist við steingervingum á þeim stöðum. Raunin er sú, að flest öll rauðu sandsteinslögin í Colorado hásléttunni eru gersamlega án steingervinga (sjá mynd hér að neðan). Flest lög Colorado hásléttunnar sem eru sjáanleg úr Miklagili hafa enga steingervinga innan um setlögin. Það eru engin fiski- eða dýrabein í öllum lögum Miklagils og nútíma steingervingafræði á enga handtæka útskýringu á þessari staðreynd á grundvelli jarðfræðilegs tíma og þróunarkenningarinnar.

Steingervingar í heiminum eru aðallega yfirborðssteingervingar, sem finnast innan við nokkra metra frá yfirborðinu. Þeir mynduðust í vaþrývarma í einum eða fleiri af eftirfarandi steinrunaferlum:

1. Kísilruni (byggt á kvars)
2. Kölkun (byggt á kalkspat)
3. Kolun (byggt á kolefni)

Til eru aðrar minniháttar gerðir steinruna, eins og raf steinruni sem mun vera rætt síðar, en þessar minniháttar gerðir steinruna eru sjaldgæfar og atvikuðust í takmarkaðri dreifingu miðað við hinar þrjár megin aðferðir sem taldar voru upp hér að ofan.

Kísilruni steingervinga gerist þegar kvarsríkir jarðskorpusteinar leysast upp og ofurmetta vatnið. Hækkað hitastig var bráðnauðsynlegt til að þetta gæti gerst. Eftir upplausn kísilsins leyfði vaþrývarmi allsherjar flóðsins kísilruna (kristöllun) steingervinga eins og steingervð tré. Hitastig og þrýstingur vatnsins voru mjög skilmerkileg: þrýstingur var á milli 13.000 og 20.000 psi og hitastigið á bilinu 325°C og 425°C með 50-70°C hitastigul innan kerfisins.

Kölkun steingervinga gerist eftir að þörungar og bakteríublómar ofurmettuðu umlykjandi vatnið með kalsíumkarbónat í vaþrývarma allsherjar flóðsins. Kalkspat, kristallaform kalsíumkarbónats, á uppruna sinn í ummyndunarferli sem knúin var af örverum í jarðskorpunni, hitaðs vatns og öðrum uppleystum steindum. Kölkun getur átt sér stað í vatni í dag með hækkuð hitastig undir lágum þrýstingi, en hún mun þó ekki framkalla kristalbyggt kalkspat eða kalkstein sem krefst hás þrýstings.

Kolun er gerð steinruna sem er nokkuð frábrugðin aðferðum kísilruna og kölkunar. Í undirkafla 8.11 sem fjallar um vegsummerki kols, var greint frá að tilraunir rannsóknastofa hafa sýnt að kolun krefst aðeins umhverfis heits vatns. Hár þrýstingur er ekki nauðsynlegur til að búa til kol, en hærri þrýstingur hraðaði þó ferlið. Kolun getur gerst á forsendum með miklu stærri breidd hitastigs og þrýstings, en benda þarf á að nauðsynleg hitastig fyrir kolun eru miklu hærri en sá hiti sem nokkurn tímann fyrirfinnst á svæðum þar sem kol í jörðinni finnst í ríkum mæli.

Kolun getur gerst hratt. Í rannsóknarstofu tók það kol aðeins eina klukkustund að myndast við 300°C. Það virðist vera þannig að efni sem líkjast koli myndast auðveldlega þegar hitastig hækkar snögglega eða ef steindir þær sem nauðsynlegar eru fyrir kísilruna eða kölkunar eru ekki til staðar til að falla út í lífræna efnið. Þetta gerðist nokkrum sinnum í vaþrývarma tilraunum til að búa til steingervt tré. Annar þáttur sem var virkur í kolunarferlinu, var súra vatnið sem það gerðist í. pH-gildi vatnsins varð að vera mjög lágt (súrt), sem er náttúrulegt ferli sem á sér stað þegar lífrænt efni verður fyrir heitu vatni.

Í Blackhawk kolalögunum í Utah, Bandaríkjunum, tóku rannsakendur eftir fjölda sporum eftir risaeðlur í tengslum við kolið en einnig við „steingervða trjáboli“:

Eins og mörg önnur yfirborð lofta á Blackhawk námunum, þá er mikið að steingervingum laufblaða, láréttir trjábolir og tré í vaxtarstefnu sem eru beintengdir sporum eftir risaeðlur. Rowley hefur nýlega safnað eitthvað af burkna, laufblöðum tvíkímblöðrunga, steingervðum trjábolum, skeldýrum og snigla úr loftinu á Prince River námunni, en allar þessar lífverur eru hluti af lífríki mýrar á þeim tíma sem fótsporin voru gerð. (Dinosaur tracks and Traces, Lee R. Parker, Cambridge University Press, 1989, bls. 354).

Þar sem þessir trjábolir voru fundnir í námunda við risaeðluspor og kolalög, sýna bolirnir, ef þeir innihalda kísil, að gjörvallt lagið myndaðist í vaþrývarma undir háum þrýstingi. Hins vegar, ef bolirnir innihalda ekki kísil og eru gerðir úr koli, þá gæti kolunarferlið hafa gerst við miklu lægri þrýsting.

Að vita þetta hjálpar til við að skilja myndun kols og steingervinga og hjálpar einnig til við að útskýra hið gríðarlega mikla magn kolalaga sem nú finnst víða um heim. Hvað varðar kol Blackhawk námunnar og sporin; þegar yfirborðsplöntur voru skolaðar í lægri hæðir í miklu flóðstreymi ofsaveðurs, voru heilu svæðin þakin plöntum þar sem plöntuúrgangur staflaðist upp. Þetta gerðist öðru hverju þegar vatnsborð hélt áfram að hækka. Dýr sem reyndu að flýja vatnaganginn, þeyttust yfir gegnblauta og flædda umhverfið. Fá dýraspor finnast í kolalögum og bein eru mjög sjaldgæf. Lífræna efnið í láglendismýrinni var ekki langtíma ástand, enda var það brátt undir heitu og rísandi vatni. Með vaxandi vatnsborði botnféll fínt set, leir og sandur úr flóðvatninu sem þakti og innsiglaði sporin sem skilin voru eftir af dýrum sem áttu leið um og voru að flýja upp í hærri hæðir. Síðar færði orkuríkt vatnsflóð og óveður meira magn af seti sem myndi þekja þykka plöntulagið, en vatnið hitnaði með núningi úr hraðri og endurtekinni jarðskjálftavirkni, innra hruni og vaxandi þrýstingi úr æ dýpra vatni. Kolun var hraðvirk og setið sem þakti sporin steinrunnu í vaþrývarmaferlinu þegar vatnsflóðið reis í nokkurra kílómetra dýpt. Þetta hraðvirka kolunarferli útskýrir hinar mismunandi gerðir kols: brúnkol myndaðist undir mjög lágum þrýstingi, en linkol aftur á móti myndaðist undir háum þrýstingi. Harðkol, dekksta og þéttasta gerðin af koli og sú gerð sem brennur heitast, myndaðist undir háum þrýstingi. Við hinn gríðarlega háan þrýsting sem var til staðar í gosrásunum, gat kolefni eins og t.d. áður kolað efni, umbreyst í demantskristalla. Demantar eiga uppruna sinn í efnum í gosrásum gosbrunna.

Kolunarferli UM svarar spurningunni um hvers vegna kolalög mynduðust á svo stórum svæðum í dýpri setlögum, samanborið við aðra steingervinga kísils eða kalks, sem eru nánast einungis innan nokkurra tuga sentimetra frá yfirborðinu.

Ómótmælanlega sönnunin á steingervingum

Kaflinn um vatnsplánetulíkanið setti vatnsinnlyksur fram sem ‚ómótmælanlega vísindalega sönnun‘ sem styður vatnsplánetulíkanið. Umlukið kvars kristöllum, varðveita innlyksur úr vatni, lofti eða úr öðrum vökva vísbendingar um hið forna umhverfi vaþrývarma.

Það væri sjaldgæft að finna lífveru sem hefur umbreyst í kvars steingerving með vatnsinnlyksu sem gerði okkur það kleift að ‚sjá‘ vatnið sem útfelling steingervingsins gerðist í. Vatnsinnlyksu-steingervingur væri vissulega ómótmælanleg sönnun á steingervingum. Í undirkafla 8.16, Vegsummerki innlyksu, kom fram að innlyksur í vatnsinnlyksum væru í raun steindir og gös sem voru til staðar í sjónum á tímapunkti myndunarinnar. Þær innihéldu einnig vísbendingar um þrýsting og hitastig umhverfisins.

Uppgötvun vatnsinnlyksu-steingervings myndi auk þess sanna að steingervingurinn myndaðist í vaþrývarma, líkt og vatnsinnlyksu steinarnir. Að sjálfsögðu væri besta dæmið kvars steingervingur sem afhjúpar vísbendingar um það vaþrývarma umhverfi sem hann óx úr fyrir þúsundum árum síðan.

Dean Sessions, höfundur bókaraðarinnar Universal Model, skrifar reynslu sína:

Í meira en áratug hafði ég verið að safna vatnsinnlyksum og var í þeirri erfiðri leit að vatnsinnlyksu-steingervingi, en án árangurs. Hvergi var slíkur steinn til sölu og engin rannsókn fannst. En síðan gerði ég óvænta uppgötvun í febrúar 2006 þegar ég var á stærstu steina- og gimsteinasýningu heims.

Sýningin í Tucson, Arizona, laðar steina- og steingervingasöfnurum en einnig söluaðila að úr hverju heimshorni. Hvaða stein eða steingerving sem hægt er að hugsa sér er hægt að finna þarna og söluaðilar eru með bása og hafa leigt sér hótelherbergi og stór tjöld víða um alla borgina. Það er ómögulegt að sjá alla hlutina sem eru til sölu, jafnvel eftir að hafa rýnt í gegnum að því er virðist endalaus söfn í sölubásum dögum saman.

Það var erfitt að finna góð eintök af vatnsinnlyksum með því að skoða óteljandi marga bakka og kassa, þannig að ég bað um aðstoð sölumanna. Brasilía, Kína, Rússland og önnur lönd buðu öll úrval af vatnsinnlyksum, enginn vissi hvernig þær mynduðust, en allir voru ákafir í að selja þessi æ verðmætari gripi.

Á sýningunni 2006 sagði einn sölumaður sem ég hafði þekkt um nokkurra ára bil, að hann ætti engar vatnsinnlyksur, þó svo að hann væri með aðra fallega steina og steindir sem hann og vinur hans höfðu safnað í norðvestur hluta Bandaríkjanna. Þegar ég var að fara, kallaði hann á eftir mér: „Ég er samt með eitthvað sem þú gætir haft áhuga á.“

Hann sótti sívalningslaga box úr bakpokanum sínum. Hann sagði að hann geymdi hér eitthvað sem hann sjálfur hafði fundið fyrir mörgum árum síðan. Þetta væri ekki til sölu, en hann kom með þetta á sýninguna til að sýna vinum og samstarfsmönnum. Þetta var ótrúlegt eintak af vatnsinnlyksu-steingervingi hjartíguls (sjá mynd að neðan), sú eina sinnar tegundar sem ég hef nokkurn tímann séð.

Nokkrir stuðningsmenn UM sem voru með mér skoðuðu hann og voru allir yfir sig hrifnir eins og ég sjálfur. Ég vissi að þetta var mikilvægur UM gripur. Ég eyddi nokkrum mínútum í að kynna eigandanum fyrir UM, og eftir að hafa útskýrt mikilvægi gripsins var hann reiðubúinn að selja hann. Þetta var sérstakt augnablik fyrir þá sem voru viðstaddir.

Steingervðir hjartíglar eru þekktir sem steingervingar ígulkers. Flest ígulker hafa holan innvið, en verða venjulega hörð í steinrunaferlinu, eins og sést á myndinni neðst til hægri. Skel ígulkera í dag er gerð úr kalsíumkarbónat og þegar þau deyja, þorna þau hratt og fíngerða skelin brotnar auðveldlega. Steingervingar ígulkera úr kvarsi eru frekar sjaldgæfir og eru ekki hálfgagnsæir eins og þær vatnsinnlyksur sem hafa verið skoðaðar, einkum þær með sjáanlegar vatns- eða gasbólur.

Þessi vatnsinnlyksu-steingervingur af hjartígli sem fannst undan strönd Washington fylkis í Bandaríkjunum, er sönnun um það að kvars steinrunaferli er ekki viðburður lágs hitastigs og lágs þrýstings: þetta næstum hreina kvarseintak gat aðeins hafa myndast í umhverfi kristöllunarferlis kvars, sem fyrirfinnst hvergi á yfirborði jarðar í dag.

Steingervingaheimurinn er fullur af dæmum sem vitna um ferli vaþrývarma og engin ein bók getur mögulega sýnt allar vísbendingarnar. Að lokum mun ég enda umræðuefnið um uppruna steingervinga með umræðu um steinrunaferlin þrjú. Þessi ferli eða aðferðir gefa okkur yfirsýn yfir þrjár mikilvægar gerðir steingervinga og hvernig þeir mynduðust.

Vísbendingin um steingervð tré með málmgrýti

Næsta dæmi um steingervt tré má sjá á myndinni hér að ofan. Þessi sýni koma úr yfirgefinni koparnámu í Nýja Mexíkó, Bandaríkjunum. Þau eru fyllt með steindum úr kopargrýti og eru mjög þung, enda vega þau næstum því það sama og járnloftsteinn í svipaðri stærð. Vinstra sýnið hefur steindir úr vaþrývarma í hvítum, grænum og bláum litbrigðum sem mynduðust með steingervða trénu í botnfalli gosrásar-námu. Einn steindafræðingur talaði um þetta botnfall kopargrýtistrés:

Samkvæmt Jenks: ‚eirglans og malakít í formi steingervings, umskiptingar eða ummyndanir trjáa, og voru sum mót trjábolanna með lengd yfir 20 metra og allt að einum meter í þvermál, algerlega fyllt með kopargrýti…‘ (Minerals of New Mexico, Stuart A. Northup, University of NM Press, 1959, bls. 181).

Steingervt kopargrýti er hrífandi dæmi um málmgrýti og steingervt tré sem greinilega hafa eitthvað sameiginlegt hvað varðar uppruna sinn. Rannsakendur hafa lítið um þessa þýðingarmiklu hluti að segja, ef til vill vegna þess að þeir skilja þá ekki.

Þetta er mikill leyndardómur fyrir þá sem hafa viðmið hinna myrku tíma jarðfræðinnar, en er auðskilinn með nýrri jarðfræði allsherjar flóðsins.

Einn glöggur rannsakandi sagði að “málmgrýti og steingervð tré“ gætu verið „vísbending“ fyrir „nákvæma gangvirki steinrunans“:

Staðreyndin að bygging málmgrýtis og steingervðs trés sé svo svipuð, gæti verið vísbending fyrir nákvæma gangvirki steinrunans. (Petrified Forest Trails: Jay Ellis Ransom, Mineralogist Publishing Company, 1955, bls. 21).

Rannsakandinn komst að þessari niðurstöðu árið 1955, löngu áður en það var þekkt að málmgrýti var að myndast djúpt á sjávarbotni í vaþrývarma strýtu. Árið 1976 uppgötvaði annar rannsakandi annað mikilvægt samband – steingervð tré og úransteindir í málmgrýti:

Ein af athyglisverðustu leyndardómum varðandi steingervð tré er að það er greinilega algengt að eitthvað af úransteindum sé í nánd við þau. Í upphafstímanum þegar menn sóttust í úran í vesturfylkjunum, þá var greint frá að steingervðir trjábolir í Utah voru oft góðir vísar á mikið magn af alls konar úransteindum. Ekki aðeins að steingervða tréð var oft „málmgrýti“ sjálft, heldur hafði svæðið umhverfis trjábolina einnig háan styrk af úransteindum. (Oddities of the Mineral World, William B. Sanborn, Van Nostrand Reinhold Co., 1976, bls. 98).

Í þessari merkis athugun, gerir vísindamaðurinn það ljóst að það séu tengsl á milli úransteinda og steingervða trjáa. Sumt af steingervðu trjánum sjálf voru meira að segja úran „málmgrýti“! Þetta fangaði hug jarðfræðinga og steingervingafræðinga fyrir löngu vegna þess að deyjandi dýr hafa engar úransteindir í sér. Enn fremur er grunnvatn í grennd við steingervingana ekki ríkt af úran.

Enn og aftur getur skilningur aðeins komið eftir að þekkja uppruna úrans, sem í flestum tilvikum kom úr gosbrunnum allsherjar flóðsins. Áður var sagt að svæðið í kringum Miklagil hefur meira en 200 úran ‚rásir‘ eða steingervða gosbrunna, og það er auðvelt að sjá hvers vegna margir þeirra tengjast steingervingum, einkum þar sem steingervð tré finnast nálægt úranseti. Það myndaðist þegar örverur ofvaxa í hituðu vatni undir jarðskorpunni og þrifust í gífurlega miklu magni þangað til vatnið gaus í gegnum gosbrunna. Flæðandi heita súpan að lokum steingervði trén og aðrar lífrænar leifar sem lágu nálægt yfirborðinu þegar skilyrði vaþrývarma voru uppfyllt. Trjáviðurinn, ef til vill að hluta til rotnaður, innihélt bakteríur sem studdu úran-myndandi örverur þar til steinruni í vaþrývarmanum átti sér stað.