Myndun steingervinga á náttúrulegan hátt

Til er einföld ástæða fyrir því hvers vegna við sjáum ekki náttúrulega steingervinga myndast í dag. Umhverfisskilyrðin sem steingervingar á landi mynduðust í – eru hvergi til á meginlöndunum í dag.

Hins vegar, ef við lítum nánar, þá eru til staðir þar sem plöntur og dýr varðveitast – í mjúku kolefnisástandi sínu. Þau hafa ekki orðið að steinum, en dauði lífveranna leiddi ekki til rotnunar dýrsins eða plöntunnar, vegna þess að örverurnar sem valda rotnun hafa ekki getað lifað í því umhverfi þar sem lífveran dó, eða var grafin. Þetta er ágætis staður til að byrja að skilja uppruna steingervinga. Síðar munum við rannsaka vísbendinguna um pólsteingervinga, þar sem umhverfi í lágu hitastigi olli varðveislu lífvera. Í frosnu hitastigi er ekki mikið vatn til staðar þar sem örverur geta lifað.

Önnur leið sem lífverur geta varðveist í sínu mjúka ástandi er að þær verða umvafðar umhverfi þar sem lítið sem ekkert súrefni er til. Eitt gott dæmi um þetta eru svokallaðar bláar holur (sjá mynd), sem almennt eru op gosbrunna, nú fyllt með vatni. Bláar holur eru skildar sem kalksteinshellar sem sökkva venjulega niður í sjóinn þar sem óvenjulegt súrefnislaust umhverfi þrífst. Plönturnar og dýrin sem finnast þar eru ótrúlega vel varðveitt, eins og sagt er frá vísindamanni sem rannsakaði bláar holur á Bahamaeyjum:

‚Í sumum bláum holum‘, segir Albury, ‚höfum við fundið heilar beinagrindur og mjúka vefi varðveitta á skjaldbökuskeljum, þúsundir ára gamlar. Laufblöð hafa enn byggingu sína og litarefni, og skordýravængir eru enn lithverfir, bláir og grænir.‘ Eins og steingervingafræðingur leiðangursins Steadman útskýrir, er súrefnislausa umhverfið blárra hola fullkomið til að varðveita lífrænt efni. Væri það ekki vegna blárra holanna, segir Steadman, myndu mikið af steingervingaskrá dýranna frá Bahamaeyjunum sem eru þúsundir ára gömul, ekki vera til. (Deep Dark Secrets, Andrew Todhunter, National Geographic, ágúst 2010, bls. 52).

Vísindamenn hafa komið auga á umhverfi þar sem fínar lífrænar byggingar geta varðveist við yfirborðshitastig – í súrefnislausu vatni. Að sjálfsögðu eru steingervingarnir sem eru á víð og dreif í landslaginu ekki á botni blárrar holu, en súrefnissnauða vatnið sýnir gerð umhverfis sem er nauðsynlegt til að varðveisla geti átt sér stað.

Fyrsta lykilhráefnið í uppskrift af náttúrulegum steinruna er vatn. Af þeim þúsundum steingervingum sem hafa verið fundnir og safnaðir í áratugi, var aldrei neitt tilfelli þar sem steingervingur myndaðist ekki í umhverfi vatns. Til að sýna mikilvægi vatns í steinrunaferlinu, bendi ég aftur á steingervðu sporin. Sporin eru útskýrð af nútíma steingervingafræðingum að þau hafi myndast í leðju og síðan þakin einhvern veginn í seti flóðs, áður en þau gátu skemmst.

Sum steingervð dýraspor, eins og þau í Coconino setberginu í norðanverðu Arizona, sýna för undir yfirborðinu (ekki undir berum himni):

Mikið af steingervðum sporum hryggdýra í Coconino setberginu í norðanverðu Arizona sýna nokkur atriði sem benda til þess að þessi spor mynduðust ekki undir berum himni. Sum sporin byrja eða enda snögglega á ótrufluðu lagseti og í öðrum sporum er stefna einstaka spora önnur en stefna leiðarinnar. Þessi atriði benda til uppdrifs dýrsins í vatni. Dýrin voru að hluta til að synda í vatninu og að hluta til að ganga á undirlaginu, og þau voru stundum að þoka sig upp halla á yfirborði sands undir vatni, á meðan þau voru að reka til hliðar af hliðarstraumum. Athuganir á hreyfingum á eðlum í settanki fylltan vatni, styðja þetta líkan. (Fossil vertebrate footprints in the Coconino Sandstone (Permian) of northern Arizona: Evidence for underwater origin, Leonard R. Brand, Thu Tang, Geology, Vol. 19, desember 1991, bls. 1201).

Slíkar athuganir gefa til kynna að varðveislan gerðist í vatni. Hins vegnar, alveg eins og sýnt var með bananaflögurnar – varðveisla er ekki steinruni.

Þetta er eitt af stærstu ósvöruðum grundvallar spurningum nútíma vísinda. Eru laufblöð, skordýravængir eða annað fíngert lífrænt efni að breytast í kvarsstein í bláum holum eða í vatni í dag? Nei!

Hvers vegna ekki – vegna þess að umhverfisskilyrðin eru ekki vaþrývarmi og þau samanstanda ekki af þeim nauðsynlegum efnum til að geta hlúað að vexti kvars. Til þess að geta búið til steingervinga, þá þurfum við fyrst að búa til steina.

Uppruni steingervinga

Næstu færslur fjalla um hvernig náttúrulegir steingervingar myndast. Steinrunaferlið mun vera kynnt hér í smáatriðum og margir þættir ferlisins á ákveðnum steingervingum munu vera ræddir. Einkum verður uppruni steingervða trjáa skoðaður vandlega, þar sem þau eru svo algeng í steingervingaskrá jarðarinnar. Sú saga gegnir mikilvægu hlutverki í skilningi okkar á því hvernig steingervingar myndast.

Nokkur dæmi munu hjálpa við að koma uppruna steingervinga á fót: Standandi steingervðu trén í Yellowstone, ormétinn viður, steingervð tré með málmgrýti og ómótmælanlega sönnunin á steingervingum. Þessi undirkafli lýkur með hinum þremur grundvallar steinrunaferlum sem hjálpar að setja á fót ramman að steingervingalíkaninu í stærri skilningi, sem tekur tillit til ferla kísilruna, kölkunar og kolunar.

Gervisteingervingar

Kaflinn um falskenninguna um steingervinga útskýrði hvers vegna núverandi kenningar um steinruna í nútíma vísindum séu rangar. Til þess að skilja hvað steingervingar raunverulega eru, þá hjálpar það að vita hvað þeir eru ekki.

Fremst á myndinni hér að ofan sést hvernig þurrkaður banani er varðveittur vegna þess að allur raki var fjarlægður úr honum. Bananinn í bakgrunninum er ekki varðveittur en munurinn liggur í því að búið er að fjarlægja vatn úr sneiðunum áður en hrörnun gat átt sér stað. Þegar bananar falla af tré í náttúrunni, þá varðveitast þeir ekki. Aðeins sérstakt varðveisluferli mun gera bananasneiðarnar geymsluþolnar. Ferlið gæti innihaldið að dýfa sneiðarnar í sítrónusafa og sykurvatn áður en þær eru settar í þurrkara. Þetta hjálpar að viðhalda litnum og innsiglar efnið þannig að það hrörnar ekki í nokkur ár. Ef hins vegar vatni sé bætt í bananaflögurnar, þá byrja þær að hrörna samstundis og missa útlit sitt sem bananasneiðar. Bananaflögur eru klárlega ekki steingervingar. UM skilgreiningin á steingervingi er að hluturinn verður að verið varðveittur náttúrulega í allsherjar flóðinu (venjulega myndast steindir) áður en hægt sé að líta á hann sem ‚steingerving‘. Til að skýra þetta enn frekar, þá getur lífvera steinrunnið í vaþrývarma á hafsbotni í dag (eða eins og við munum sjá brátt, í rannsóknarstofu), en til þess að verða að raunverulegum ‚steingervingi‘ eins og það er notað í UM, verður það að vera fornt. Þess vegna eru náttúrulegir steingervingar þau eintök sem eru tengd tímabili allsherjar flóðsins.

Myndin hér að ofan sýnir tvær myndir af gervisteingervingum sem mynduðust í nútíma steinsteypu. Laufblaðið og fuglasporin mynduðust á gangstétt og sýnir hvernig gervisteingervingar myndast. Gervisteingervingur er far eftir lífveru sem umbreyttist í stein á ónáttúrulegan hátt. Að sjálfsögðu er steinsteypan sem þessir gervisteingervingar mynduðust í, ekki að finna í náttúrunni. Þetta er ástæðan fyrir því að við finnum ekki slík fuglaspor eða far eftir laufblað varðveitast á náttúrulegan hátt í dag.

Til að skilja réttan uppruna á náttúrlegum steingervingum, þá verðum við að snúa okkur að dæmum í náttúrunni þar sem varðveisla hefur átt sér stað, og fylgja því síðan eftir hvernig hin varðveitta lífvera umbreyttist í steind.

Steingervð mót og fótspor

Auðveldlega er hægt að mynda far í mjúkum farvegi með sporum dýra, manna, fugla og jafnvel skordýra þegar þau ferðast yfir farveginn. Spor hjartardýra í dag í leir og sandi eru sýnd í mynd hér að neðan. ‚Fersku‘ sporin munu þó ekki varðveitast lengi, það er aðeins spurning um nokkra daga að sporin hafa afmáðst algerlega. Hvernig er það mögulegt fyrir dýraspor að varðveitast í steini? Það er ólíklegt ferli þar sem við sjáum þetta hvergi gerast í náttúrunni.

En til eru þúsundir spora um allan heim. Í næstu mynd sjást varðveitt spor nokkurra risaeðla, skriðdýra og jafnvel sandgárur úr bylgjuhreyfingum. Hvernig er hægt að útskýra þetta undir þeim röngu forsendum sístöðuhyggju úr jarðfræðinni ef við sjáum ekki spor varðveitast í dag? Steingervð mót eru ein af einföldustu vísbendingum sem sanna að nútíma kenning steingervingafræðinnar sé röng.

Börn skilja strax að spor hjartardýra á fyrri myndinni munu aldrei verða að steini, en samt trúir steingervingafræðin því staðfastlega að það eru einhversstaðar ferli í gangi sem gæti hulið þessi spor og umbreytt þau í stein, þrátt fyrir að hafa aldrei tekið eftir slíkum ferlum. Reyndar getur hún ekki útskýrt hvernig það á að gerast.

Glundroði falskenningarinnar um steingervinga eykst vegna þess að það eru engin spor hjartardýra til, og hvergi í heiminum eru slík spor að steingervast. Það eru ekki til för eftir birni, úlfa, ljón, hesta eða þúsundir annarra dýra í steinum.

Spor nútíma dýra ættu að vera varðveitt á sama hátt og risaeðluspor voru varðveitt. Vegna þess að þessi dýr eru nýlegri, ættu fjölbreytni og dreifing steingervða spora að vera miklu meiri. Tölfræðilega séð, byggt á milljónum ára í kenningu steingervingafræðinnar, myndu eldri steingervingarnir vera eyðilögð að lokum, og endurnýjuð af ‚yngri“ steingervðum sporum í miklu meira mæli, en samt er næstum því ekkert til af þeim!

Vísbendingar steingervða spora í dag hrekja núverandi kenningu um steingervinga og sannar staðfastlega að hugmynd að myndun steingervinga innan sístöðuhyggjunnar sé röng. Steingervðu sporin í síðustu mynd sýna nokkur dæmi um steingervðar sandgárur (neðst á myndinni). Gárurnar líta alveg út og þær sem sjást við sjávarströnd eða bakka stöðuvatna í dag. Til eru svona steinar út um allan heim!

Hugmyndin að gárur gætu grafist niður á svipstundu í flóðvatni í dag, og ekki skemmst, og umbreyst í stein á löngum tíma, er fjarstæðukennd. Þó er það nákvæmlega þetta sem vísindamenn eru að segja í dag. Enginn vafi leikur á því að steingervð spor og sandgárur í sandsteini eru alger leyndardómur í nútíma vísindum og það krefst nýrrar útskýringar á uppruna þeirra.

Í nokkur hundruð ár hefur maðurinn fundið fótspor dýra í steinum, en það eru ekki einu fótsporin sem fundist hafa í jarðfræðiskránni – mannsspor og jafnvel sandalaspor hafa verið fundin. Ágreiningur er í kringum slíka fundi vegna ályktanir sem menn draga af þeim. Munum að steingervð fótspor eiga að taka ‚milljónir‘ ára til að myndast og nútíma maðurinn á ekki að hafa verið til fyrir milljónum árum síðan. Því miður hafa margar uppgötvanir ekki verið skráðar nægilega vel og sumar voru afhjúpaðar sem fölsun. Samt var borið kennsl á nokkrum vel skráðum fundum af mannssporum á síðastliðnum áratug eða svo, og skrifað var um það í vísindaritum.

Í undirkafla 10.6, Vísindalegi aldursleikurinn, var aldur 269 fótspora nálægt Mexíkóborg metinn. Mismunandi aðferðir aldursgreininga sýndu gersamlega ólíkan aldur milljóna ára og þúsundir ára gamla. Auðvitað geta þeir ekki verið bæði, en burt séð frá hinu greinilegu fráviki, þá var yngri aldurinn mikilvægur vegna þess að hingað til gerðu rannsakendur ráð fyrir því að steingervð spor gætu aðeins myndast á milljónum árum. Núna halda þeir því skyndilega fram að steingervð spor væru aðeins þúsundir ára gömul.

Árið 2003 voru uppgötvuð eitt stærsta safn steinrunnaðra mannsspora í Ástralíu (sjá mynd að ofan). Samkvæmt rannsakendum gengu einstaklingar yfir mjúkan leirinn og skilið eftir fótspor sín á milli 19.000 og 23.000 árum síðan:

‚Þeir fundu pönnusvæðu úr leir uppi í sandöldunum nálægt eitt af vötnunum og fundu fyrstu af síðar 450 uppgötvuðum fótsporum á rúmlega 700 fermetra svæði eða svo.‘ Hann sagði að teymið hafi fundið 22 slóðir, sumar allt að 20 metra langar, þar sem einn maður gekk í eina átt. Sporin eru á milli 19.000 og 23.000 ára gömul, aldursgreint með hæð síðasta jökulskeiðs. (Earliest human footprints in Australia).

Eitt fyrstu vandamálana sem vísindamenn hittu á, meðan þeir reyndu að komast að aldri fyrir fótsporin, er að þeir gátu hvorki notað venjulegu geislakolsaðferðina né aðferð bráðnaðs bergs. Förin eru ekki kolefni og steingervðu fótsporin voru í setbergi, ekki í storkubergi. Þess vegna gátu menn ekki notað tvær af algengustu aðferðum aldursákvörðunar, en aðrar aðferðir nútíma vísinda eru ekki eins nákvæmar. Þess vegna gaf hin valda aðferð, aldursgreining með ljósi, óáreiðanlega aldra.

Vegna þess að fótsporin voru staðsett í setlögum sem talið er að sé tengt síðasta jökulskeiði, ákváðu rannsakendur að steingervðu mannssporin hljóta ekki að vera milljónir, heldur aðeins þúsundir ára gömul. Það er mikilvægt að skilja hvernig rannsakendur bjuggu til kenningar um hvernig leirset varð steinrunnið. Í fyrstu trúðu rannsakendur greinilega að steingervð fótspor voru hörnuð „eins og steinsteypa“ vegna „kalsíumkarbónats“:

Hann sagði að fótsporin, sum allt að 15 mm djúp, hafi verið sett niður í leðjuborinn leir sem innihélt kalsíumkarbónat sem harðnaði eins og steinsteypa þegar hún þornar. Þurru sporin voru síðan þakin með meira leirlagi og loks af nokkrum metra af sandi úr sandöldunum. Sandurinn fauk síðan burt, sem afhjúpar þessi spor, sagði Cupper. (Earliest human footprints in Australia).

Eitt vandamál með þessa útskýringu er að leir og kalsíumkarbónat, eða kalk, þornar ekki í náttúrunni til að verða að sementi. Það þarf að hita sementsblönduna í hitastig sem er hærri en 1400°C til að mynda sement sem notað er í byggingaframkvæmdum. Hvergi á yfirborði meginlandanna getur hitastig sem þetta náðst á náttúrulegan hátt á stórum svæðum.

Rannsakendur fótspora, Steve Webb, Mathew L. Cupper og Richard Robins gáfu síðar út skýrslu árið 2006, þar sem þeir greindu frá því að gifs væri valdur sementsbindingarinnar:

Harða lagið í setinu er um það bil 150 mm þykkt og er samansett af að minnsta kosti tíu ofanáliggjandi þunnum sneiðum úr gifsríku leðjubornum leir. Þessi set hafa harðnað með fínkorna fylliefni úr gifsi. (Pleistocene human footprints from the Willandra Lakes, southeastern Australia).

Harðnaður gifs-leir kallar fram leyndardóm sem er enn óskiljanlegri en kenningin um sementsbindingar kalsíumkarbónats. Að minnsta kosti var nóg af útfallandi karbónati í náttúrunni til staðar í karbónat-sements kenningunni. En harðnað gifsset er ekki svo algengt og það er mjög sjaldgæft að finna ofurmettað vatnskerfi þar sem gifs fellur nægilega fljótt út til að útskýra varðveislu þessara fótspora. Af þessari ástæðu kom það ekki á óvart að rannsakendur gáfu enga útskýringu á því hvernig gifs-leir varð steinrunnið. Í næsta undirkafla komum við aftur að þessum leyndardómi í nútíma vísindum, sem einungis er hægt að skilja með þekkingu á vaþrývarma allsherjar flóðsins.

Rannsakendur einblíndu á mannfræðilegu hliðina á fótsporunum og framkvæmdu mjög góða og ýtarlega vinnu og útreikninga varðandi stærð beggja fótspora og á þeim einstaklingi sem gerði þau. Það kom á óvart að útreikningar þeirra sýndu að þrír hávöxnustu einstaklingarnir (vitað eru um átta einstaklinga) voru líklega karlmenn, 191 cm, 196 cm og 198 cm háir!

Lengd fótspors í T1-4 er á milli 270 mm og 300 mm, sem bendir til hávaxinna til mjög hávaxinna, næstum örugglega karlmanna. Hæðir rokka frá 1,78 ± 0,13 m í T2 og T4 til 1,98 ± 0,15 m í T1, sem er hávaxnasti einstaklingurinn á vettvangnum. (Pleistocene human footprints from the Willandra Lakes, southeastern Australia).

Jafnvel á okkar mælikvarða er 1,98 m hár maður mjög hávaxinn. Þess vegna skildu fótsporin rannsakendur eftir með miklu fleiri spurningar heldur en svör. Í þeirra huga eiga þeir erfitt með þá hugmynd að frumbyggjar Ástralíu eru afkomendur svo hávaxinna forfeðra. Sé þróunarkenningin rétt, hvers vegna eru íbúar Ástralíu að minnka? Næstu tveir kafla munu rekja og leysa eitthvað af þessum spurningum, en fyrir þessar stundar sakir standa nútíma vísindi án svara um það hvernig þessi steingervðu mannsspor mynduðust.