Petrography and Palynology of Carbonate Concretions From the Lower Cretaceous Romualdo Formation Lagerstätte, Brazi

Diep in de lagen van de aarde wordt het verhaal van het oerleven vaak geschreven in steen, maar de inkt kan vervagen, de pagina's kunnen verbrokkelen en de details kunnen vervagen. Voor wetenschappers die de geschiedenis van het leven bestuderen, zijn de meest kostbare vondsten die zeldzame momenten waarop de natuur als een perfecte bewaker optreedt, waarbij een wezen of een plant op een manier wordt gevangen die de tijd stilzet. In het sedimentaire record is een van de meest effectieve natuurlijke tijdcapsules de carbonaatconcretie. Dit zijn harde, ronde gesteentemassa's die zich rond een stuk organisch materiaal vormen, zoals een dode vis of een stap bladeren, kort nadat deze op de bodem van een meer of een zee is neergedaald. Terwijl de omringende modder langzaam in gesteente verandert, harden deze concreties uit rond hun inhoud, waardoor ze worden beschermd tegen het verpletterende gewicht van nieuwe lagen erboven en de chemische veranderingen die normaal gesproken zacht weefsel vernietigen. Omdat ze zo snel ontstaan, kunnen ze driedimensionale vormen, delicate huid en zelfs microscopische gemeenschappen bewaren die anders zouden verdwijnen, wat een venster biedt op oude ecosystemen dat veel scherper is dan het gebruikelijke fossiele record.

In het noordoosten van Brazilië, een regio die bekend staat als de Araripe-bekken, komen deze concreties in overvloed voor binnen een gesteentelaag die de Romualdo-formatie wordt genoemd. Dit gebied staat bekend als een van de belangrijkste plekken ter wereld voor het vinden van uitzonderlijk goed bewaarde fossielen uit het Vroeg-Krijt, ongeveer 113 tot 100 miljoen jaar geleden. Hoewel wetenschappers al lang de spectaculaire vissen, pterosauriërs en planten bestuderen die in deze gesteenten te vinden zijn, hebben zij minder aandacht besteed aan de gesteenten zelf en de minuscule, microscopische zaden en sporen die erin gevangen zitten. Een nieuwe studie door onderzoekers van verschillende Braziliaanse universiteiten heeft de focus verlegd naar deze verborgen details. Door acht specifieke concreties te onderzoeken die zijn verzameld op een locatie genaamd Sobradinho, hebben de onderzoekers stukje bij beetje gereconstrueerd hoe deze gesteenten precies zijn gevormd en wat het microscopische leven in hen onthult over de omgeving waarin deze wezens ooit leefden.

De onderzoekers begonnen door de concreties met het blote oog te bekijken en keken vervolgens dieper met behulp van krachtige microscopen. Ze ontdekten dat de gesteenten zich vormden rond drie verschillende soorten organische centra: stukken vis, gefossiliseerde uitwerpselen (coprolieten) en plantenfragmenten. De concreties zelf zijn gemaakt van een fijnkorrelig carbonaatgestente, vergelijkbaar met krijt, maar ze bevatten een complexe geschiedenis van hun eigen creatie. Door een combinatie van chemische analyse en gedetailleerde beeldvorming stelde het team vast dat deze gesteenten niet in één keer zijn gevormd. In plaats daarvan groeiden ze in drie duidelijke stadia, beginnend bijna onmiddellijk nadat het organische materiaal op de zeebodem was neergedaald.

De eerste fase vond plaats direct op de grens tussen het water en de modder. Terwijl bacteriën het organische materiaal begonnen af te breken, gaven ze chemicaliën vrij die ervoor zorgden dat minuscule kristallen van een mineraal genaamd fluorapatiet direct op het oppervlak van de visbeenderen of plantenresten vormden. Dit was de kiem van de concretie. Terwijl er meer sediment bovenop stapelde en het groeiende gesteente begroef, begon de tweede fase. In de eerste meters van begraving zorgde de veranderende chemie van het water in de poriën van het sediment ervoor dat carbonaatmineralen neersloegen, waardoor het gesteente werd gecementeerd en de organische resten op hun plaats werden vergrendeld. Ten slotte, toen het gesteente dieper werd begraven en de omgeving zuurstofarmer werd, nam een derde fase het over. Onder deze reducerende omstandigheden combineerden ijzer en zwavel om pyriet te vormen, een mineraal dat vaak "gekkengoud" wordt genoemd, dat de kleine ruimtes opvulde die werden achtergelaten door opgeloste schelpen en de binnenkant van microscopische dierlijke kleppen verving. Dit stapsgewijze proces verklaart hoe het gesteente erin slaagde de delicate structuren uit het verleden zo perfect te bewaren.

Binnen de gesteentematrix vonden de onderzoekers ook een rijke gemeenschap van microscopisch leven dat samen met de grotere fossielen was gevangen. Ze identificeerden kleine geschilde dieren genaamd ostracoden en eencellige organismen bekend als foraminiferen, die gebruikelijk zijn in mariene en brakke omgevingen. Belangrijker nog, ze analyseerden het microscopische stuifmeel en de sporen die in het gesteente bewaard zijn gebleven. De collectie werd gedomineerd door stuifmeel van een type kegelboom genaamd Classopollis, samen met sporen van varens en andere oerplanten. De aanwezigheid van deze specifieke soorten stuifmeel, gecombineerd met de mariene microscopische dieren, schetst een duidelijk beeld van de oude wereld. Het suggereert een warm, semi-aride kustmilieu waar een rivier in de zee uitmondde, wat een mengeling van zoet en zout water creëerde. De hoge concentratie van bepaalde soorten stuifmeel geeft aan dat het nabijgelegen land bedekt was met vegetatie die aangepast was aan droge omstandigheden, terwijl de mariene fossielen bevestigen dat de zee dichtbij was, wat het lokale ecosysteem beïnvloedde.

Een van de meest significante bevindingen van de studie is dat het microscopische leven binnen de concreties overeenkomt met het leven dat in de omliggende moddersteenlagen wordt gevonden. Deze gelijkenis bevestigt dat het gesteente zich rond de organische objecten heeft gevormd met exact hetzelfde sediment dat op dat moment op de zeebodem lag. Dit valideert het idee dat deze concreties niet zomaar willekeurige gesteenten zijn die later zijn gevormd, maar ware momentopnames zijn van het milieu op het moment van begraving. De onderzoekers merkten ook op dat de concreties die vis en uitwerpselen bevatten, werden gevonden in diepere, meer door de zee beïnvloede delen van het oude bekken, terwijl de concretie met plantenfragmenten afkomstig was uit een ondieper, meer aan land grenzend gebied. Dit verschil helpt bij het in kaart brengen van de oude kustlijn, waarbij wordt getoond hoe het milieu in de loop van de tijd verschoof van open water naar een meer estuarium-achtige setting.

De studie beschrijft niet alleen hoe deze gesteenten zijn gevormd; het gebruikt ze om het klimaat en de geografie van een verloren wereld te reconstrueren. Het bewijs wijst op een tijd waarin de Zuid-Atlantische Oceaan net begon te openen, en de wateren van de Araripe-bekken een warme, ondiepe lagune of estuarium waren. De planten die in de buurt groeiden waren taai en bestand tegen droogte, en gedijden in een heet, droog klimaat, terwijl het water bruiste van het leven dat verschillende zoutgehalten kon verdragen. Door de chemie en de minuscule fossielen in deze gesteenten te analyseren, hebben de onderzoekers een gat in onze kennis van deze beroemde fossiele locatie opgevuld. Ze hebben aangetoond dat de concreties niet alleen containers zijn voor de beroemde grote fossielen, maar zelf gedetailleerde verslagen zijn van het water, het klimaat en het microscopische leven dat naast de gigantische pterosauriërs en oeroude vissen bestond. Dit werk versterkt de waarde van het kijken naar het gesteente zelf, en niet alleen naar de botten erin, om het volledige verhaal van het leven op aarde miljoens van jaren geleden te begrijpen.