Los tipos y el entorno de formación de la madera petrificada (Zheng Shaolin, Zhang Wu)
1.1.1 Madera mineralizada penetrante
Según los diferentes componentes del medio de mineralización, la madera mineralizada se puede dividir en madera petrificada, madera calcificada y madera pirita.
1.1.1.1 Madera petrificada
Entre los ejemplares de madera fósil recolectados en todo el mundo, la madera petrificada es el fósil de madera más abundante y común. Debido a que su composición material mineralizada consiste principalmente en sílice (SiO2), se le llama madera petrificada. La sílice es un producto secundario de rocas volcánicas o plutónicas y un producto de soluciones de agua caliente, a menudo combinadas con calcedonia (SiO2 nH2O) y sílice (SiO2). En condiciones exógenas, la sílice es gel de sílice amorfo, una parte se deposita in situ y otra se lleva a diversos cuerpos o medios acuáticos. Cuando la madera se empapa en una solución acuosa que contiene una concentración adecuada de sílice, después de un largo período de infiltración, todos los tejidos y células dentro del tronco se llenarán con una solución de sílice y, después de la deshidratación y petrificación, se convertirá en madera petrificada. Se ha demostrado que el contenido de sílice en el medio acuoso es un factor muy importante en la calidad de la madera petrificada. Debido a que el contenido de sílice es demasiado bajo, no es fácil formar madera petrificada o la madera se pudre antes de ser silicificada. En este caso, incluso si la madera forma madera petrificada, su calidad no es buena porque el cuerpo de la planta se llenará de impurezas como barro y arena, y la estructura celular a menudo no se conserva bien. Si el contenido de sílice es demasiado alto, tendrán un fuerte efecto destructivo sobre las células de la planta, porque las soluciones de sílice sobresaturadas tienden a producir "agación", que colapsa o destruye la pared celular y la estructura tisular de cada parte (Zhang Wu et al., 2005; Zheng et al., 2008).
Los ambientes de formación de la madera petrificada son diversos, pero se pueden dividir principalmente en dos categorías: tipo de entierro in situ y tipo de entierro ex situ. Cuando un bosque denso es repentinamente golpeado por una erupción volcánica, debido a la alta temperatura y la ola de calor acompañada por el flujo de lava de la erupción volcánica, los bosques cercanos al centro de la erupción volcánica serán tragados por el flujo de lava caliente o quemado y reducido a cenizas. Sin embargo, los bosques alejados del centro de la erupción no sólo serán quemados por olas de calor de alta temperatura, sino también sepultados por la caída de ceniza volcánica en sus áreas de crecimiento originales, convirtiéndose en tocones de árboles silicificados erguidos o árboles caídos enterrados en el lugar. La longitud de una madera petrificada bien conservada puede alcanzar los 20 ~ 30 m. Por ejemplo, el "Bosque de Madera Petrificada" conservado en el Jardín Botánico Huxian de Shenzhen y el Jardín Botánico de Shenyang (Figura 1.1, Figura 1.1.2) y el "Bosque de Madera Petrificada" en Liaoning Benxi y el Geoparque Nacional Chaoyang (Figura 1.65438). Todas las maderas petrificadas mencionadas anteriormente se producen en las capas intermedias de toba (164 ~ 165 Ma) del sistema de roca volcánica de la Formación Tiaojishan del Jurásico Medio en el oeste de Liaoning, China (Chen Wen et al., 2004). Estas maderas petrificadas están enterradas in situ en el lugar de origen.
La madera petrificada enterrada in situ está ampliamente distribuida por todo el mundo. Por ejemplo, en el Parque Nacional Nampen, en Australia Occidental, hay cientos de pilas verticales de madera silicificada con pequeñas agujas sobre un campo arenoso. Se produjeron en el Pleistoceno hace unos 40.000 años (Figura 1.1.5). Los tocones erguidos de los árboles tipo "secuoya" del Parque Nacional de Yellowstone se formaron en la época del Eoceno, hace unos 50 millones de años (Figura 1.1.6).
En la larga historia geológica, cada vez que ocurren tormentas, terremotos, tsunamis o intrusiones oceánicas, la madera petrificada enterrada en diferentes lugares puede causar deslizamientos de tierra o deslizamientos de tierra, colapsar grandes áreas de bosque o provocar inundaciones que arrasan los espacios verdes del bosque. , o los huracanes arrancan o rompen árboles. Las inundaciones arrasaron una gran cantidad de árboles dañados. Después de la inundación, la madera flotante quedó varada, como la madera flotante que quedó varada en la playa de la costa este de la provincia de Taiwán (Figura 1.1.7). Si estas maderas flotantes se exponen al aire durante mucho tiempo, desaparecerán debido a una lenta descomposición. Si se transportan a masas de agua bajas y se entierran rápidamente en barro y arena, se convertirán en madera petrificada bajo la acción de una solución acuosa que contiene una cantidad adecuada de sílice.
Figura 1.1.1 La madera fosilizada conservada en el Jardín Botánico Huxian de Shenzhen (foto de Zhang Wu)
Figura 1.1.2 La madera fosilizada conservada en el Jardín Botánico de Shenyang (fotografiada por Zhang Wu)
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El entorno de formación de la madera petrificada incluye facies de lecho de río, facies de llanura aluvial, facies de cuencas lacustres y acumulación de cuencas entre montañas.
En comparación con la madera petrificada enterrada in situ, la madera petrificada enterrada fuera del sitio no tiene raíces ni tocones verticales, sino sólo unos pocos troncos o árboles que están casi paralelos al suelo. Un buen ejemplo de entierro ex situ de madera petrificada son los fósiles de árboles de coníferas depositados en los conglomerados de la Formación Shahe del Cretácico Inferior en Shangshidonggou, condado de Yixian, provincia de Liaoning, China (Fig. 1.1.8).
Figura 1.1.3 Madera petrificada conservada en diferentes lugares del Geoparque Nacional Benxi, Liaoning (foto de Zhang Wu)
Figura 1.1.4 "Madera petrificada conservada en diferentes lugares del Parque Nacional Chaoyang Geoparque, Bosque de Liaoning" (foto de Zhang Wu)
Figura 1.1.5 Bosque petrificado en el Parque Nacional Nanpeng, Australia Occidental (según Lu·)
Figura 1.1.6 El vertical "América del Norte" en el Parque Nacional de Yellowstone, Estados Unidos Tocón de "Sequoia" (según Lu·)
Figura 1.1.7 Madera flotante varada en la playa de la costa este de la provincia de Taiwán, China. Debido a las inundaciones repentinas, los troncos de los árboles y los fragmentos de madera fueron arrastrados del bosque y llevados a la playa por las inundaciones (Foto de Zheng Shaolin)
Figura 1.1.8 Formación del Mar de Arena del Cretácico Inferior del Alto Shidonggou, Yi Condado, provincia de Liaoning, China Troncos silicificados enterrados en diferentes lugares de la capa de conglomerado (foto de Zheng Shaolin)
1.1.1.2 Madera calcificada
La madera calcificada se refiere a la madera que se sumerge en Una solución acuosa que contiene carbonatos de madera petrificada formada por diagénesis. Los minerales carbonatados son en su mayoría exógenos y se forman principalmente por sedimentación. Los cristales de minerales carbonato también se llaman calcita (CaCO3). La calcita es uno de los minerales más distribuidos en la naturaleza. Los agregados de minerales carbonatados se presentan en diversas formas, incluidos los densos y masivos, como la piedra caliza, y los granulares, como el mármol. La piedra caliza y el mármol se disuelven en el agua subterránea y entran en solución acuosa durante la meteorización. Cuando la madera se empapa en una masa de agua de este tipo, el carbonato de calcio se precipitará en las células y diversos tejidos de la planta, provocando que la madera se calcifique. Desde la perspectiva de la investigación de fósiles de madera, la calidad de la madera calcificada no es tan buena como la de la madera petrificada, porque la solución coloidal amorfa de silicato no forma cristales a temperatura y presión normales y no tiene ningún efecto destructivo sobre la estructura celular, excepto la solución de carbonato; no forma cristales a temperatura y presión normales. Debajo se pueden formar cristales romboédricos de calcita u otros cristales isomorfos, que a veces destruyen la estructura celular de la planta y hacen que la estructura anatómica no quede clara. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la madera calcificada conserva una estructura interna esencialmente buena después de la disección. Por lo tanto, la madera calcificada es también una de las fuentes importantes de ejemplares de madera fosilizada. Los cuerpos de agua que contienen carbonatos generalmente se concentran en áreas donde se desarrollan formaciones de piedra caliza, o en cuerpos de agua o medios acuáticos relacionados con el agua de mar, porque el agua de mar suele ser rica en minerales carbonatados.
1.1.1.3 Madera a base de pirita
La pirita (FeS2) es un mineral con alto contenido en la corteza terrestre. En rocas sedimentarias, especialmente en estratos con contenido de carbón en ambientes reductores, la formación de madera petrificada con pirita puede estar relacionada con la descomposición de residuos vegetales. Los monocristales de pirita son en su mayoría hexaédricos y los agregados son granulares, en bloques densos, diseminados o esféricos. Los coloides criptocristalinos se denominan fosfato coloidal. Las maderas piríticas generalmente no son adecuadas como especímenes de investigación porque se rompen fácilmente cuando se cortan en rodajas finas y deben hervirse para fortalecerlas. Además, la pirita forma fácilmente cristales hexagonales bajo temperaturas y presiones normales, que pueden dañar la estructura interna de las plantas. Además, una vez que la pirita se erosiona, se convierte en limonita (Fe2O3 nH2O) debido a la pérdida de iones de sulfuro. Su color es más oscuro, lo que es más probable que cause una contaminación similar a la oxidación y haga que la estructura anatómica no quede clara. Sin embargo, en algunos casos también se puede utilizar madera piriteizada. Por ejemplo, Pan Suixian (1983) descubrió algunas briquetas de carbón piritizado en la veta de carbón No. 2-3 de la Formación Taiyuan del Paleozoico Superior en Shanxi, China. Después de la investigación, también se pueden identificar algunas especies de plantas.
1.1.2 Carbón y carbón vegetal (carbón de seda)
El carbón se puede definir como un fósil comprimido. Es una mezcla heterogénea que ha sido comprimida durante un período de tiempo (Scott, 1987). En términos generales, el grado de deterioro del carbón está directamente relacionado con la conservación de los detalles de la planta. El carbón de baja calidad es superior al carbón de alta calidad a la hora de preservar los detalles de la planta. El carbón de mayor calidad significa que se ha deteriorado más y tiene un mayor contenido de carbono. Las calidades de carbón de menor a mayor son: lignito, hulla subbituminosa, hulla bituminosa y antracita. El lignito representa una etapa temprana en el proceso de formación del carbón, por lo que los órganos y tejidos vegetales del lignito no se trituran ni se descomponen y, por lo general, son identificables. En general, la madera fósil y las partes de plantas conservadas en lignito pueden identificarse mediante un microscopio electrónico de barrido (Alvin y Muir, 1969).
Por ejemplo, en el lignito de Brandon, una famosa zona vegetal del Mioceno temprano en Vermont, EE. UU., un buen ejemplo es la combinación de fragmentos de plantas separados y diversas estructuras y su restauración en plantas completas (Haggard y Tiffney, 1997). El carbón bituminoso es un carbón más metamórfico en el que las partes de la planta son más planas, pero también es posible estudiar fragmentos de plantas en el carbón bituminoso. La antracita es el tipo más deteriorado y se ha deteriorado hasta tal punto que rara vez se identifica el material vegetal original.
Para obtener información sobre la madera petrificada, se corta el carbón en finas láminas en las que se pueden identificar fragmentos de madera, esporas y granos de polen. Además, el carbón se puede incrustar en resina epoxi, la superficie del carbón se puede pulir y se puede grabar en un campo de plasma de baja temperatura. La superficie grabada se puede convertir en una película delgada rasgándola y el carbón se puede desgarrar. identificados mediante microscopía óptica o microscopía electrónica de barrido (Winston, 1989). Este método puede determinar con éxito el contenido de diversas plantas en diferentes tipos de carbón (Winston, 1986). También se pueden utilizar agentes químicos para impregnar fragmentos sólidos de carbón y liberar fragmentos de plantas. Mediante el examen de los componentes de las plantas se identificaron mejor las especies de plantas que crecían en antiguos pantanos de carbón. La aplicación de técnicas de resonancia magnética nuclear (RMN) de 13C y análisis de cromatografía de gases por pirólisis identificaron las diferentes etapas de la formación del carbón (Hatcher et al., 1989). La misma técnica se ha utilizado para identificar hojas y madera fósiles del Cenozoico (Yang et al., 2005). La composición del carbón también se puede utilizar en análisis paleoecológicos (Poole et al. 2006).
Carbón vegetal o carbón de seda: El carbón vegetal se produce mediante la combustión incompleta de materia orgánica, también conocida como sericita o carbón de seda, y es una de las fuentes importantes de materiales vegetales antiguos (Cope y Chaloner, 1985; Lu Pía, 1995). Los restos de plantas carbonizadas se remontan a las primeras plantas terrestres (Glasspool et al., 2004b). Hay una serie de técnicas para examinar el carbón fósil (Sander y Gee, 1990; Bastin, 1998; Figueiral et al., 2002) que proporcionan información sobre tafonomía y paleoecología (Scott et al., 2000), incluida la composición atmosférica pasada (Scott y Glasspool, 2006) y la presencia de incendios forestales en paleoecosistemas (Uhl et al., 2004, 2007a; Collinson et al., 2007). Se han encontrado flores quemadas bien conservadas en estratos del Cretácico en todo el mundo (Tiffney, 1977; Frith y Scabby, 1981). Estos descubrimientos nos han permitido obtener mucha información sobre la madera fósil.
El carbón de seda es el. resultado de la actividad de los incendios forestales durante el tiempo geológico. Los incendios forestales son un fenómeno natural en los ecosistemas áridos-semiáridos, y sus causas pueden estar relacionadas con la actividad volcánica y los rayos en la atmósfera. Cuando terminen los incendios forestales, habrá muchos incendios forestales sin explotar. Los fragmentos y bloques de carbono pueden retener parte de la estructura de la madera y convertirse en carbón sedoso después de la compresión diagenética. Después de lixiviar con una solución ácida, el carbón sedoso se convierte en una sustancia transparente de color amarillo-marrón y la estructura de la madera, las células y varios tejidos se deterioran. claramente visible. He Dechang (1995) obtuvo muchas muestras de carbón de seda de las yacimientos de carbón de Huolinhe y Yimin en Mongolia Interior, China, y en consecuencia identificó algunos géneros y especies de madera fósil (Figura 1.1.9), que enriquecieron enormemente el contenido de la madera del Cretácico. Ensamblaje fósil en China Sin embargo, la mayoría de los materiales de carbono de seda son pequeños fragmentos de tallo, aunque se pueden obtener buenas características anatómicas en secciones radiales y cordales, y los materiales de sección transversal de madera a menudo son difíciles de obtener, por lo que se necesitan estudios estadísticos y comparativos detallados. El entorno de formación del carbón de seda puede ser un entierro ex situ, pero no se puede descartar la posibilidad de un entierro in situ. He Dechang (1995) creía que en la Formación Yimin, la veta de carbón 16 es rica en fósiles de madera de carbón de seda. Se estima que el contenido de carbón de seda es de hasta un 20 %, y se forman por oxidación de plantas in situ en lugar de como resultado de la quema de madera. Recientemente, Zhang Wu y otros descubrieron una madera fosilizada en el parque forestal protegido de madera petrificada. Ciudad de Chaoyang, Liaoning occidental. En su conjunto, fueron silicificadas, pero algunas de ellas son de madera carbonizada. El hecho de que sus estructuras de madera estén bien conservadas después de los estudios de corte (Figura 1.1.10) indica que hay ejemplos de madera carbonizada. por rayos o incendios forestales durante la historia geológica.
Figura 1.1.9 Cortes transversales, tangenciales y radiales de madera de carbón de seda muestran la estructura interna de la madera.
Figura 1.1.10 Especímenes de madera carbonizada en el Parque Forestal de Maderas Raras y Petrificadas en la ciudad de Chaoyang, Liaoning occidental (según Zheng Shaolin)
1.1.3 Briquetas
< Las briquetas de carbón representan una filtración. Un depósito de turba extraída y mineralizada, está formado casi en su totalidad por partes vegetales conservadas en carbonato cálcico. Algunas de las briquetas descubiertas por primera vez en Gran Bretaña eran casi siempre esféricas, de ahí el nombre de briquetas. Sin embargo, su forma real es irregular, su volumen varía y su espesor puede variar desde unos pocos centímetros hasta varios metros. Sabemos más sobre la anatomía, morfología y biología de las plantas de las turberas de carbón del Carbonífero que en cualquier otra época, en gran parte gracias al descubrimiento de las briquetas de carbón. Durante el Período Carbonífero, América del Norte y Europa estaban cerca del ecuador y había grandes áreas de bosques tropicales. Hoy en día, proporcionan a estas áreas abundantes recursos de carbón. Asociadas con estos carbones están las briquetas, que se presentan en diversas formas en las vetas de carbón. Para los mineros del carbón, estas briquetas de carbonato representan una impureza en la veta de carbón, que a menudo es un "obstáculo" para la extracción del carbón, pero para los paleontólogos proporcionan una fuente de información muy fascinante; Esta información se puede utilizar para estudiar la biología de las plantas que crecieron en las turberas hace cientos de millones de años. Algunas de las briquetas más antiguas se producen en el Alto Namur (subetapa del Alto Mississippi) en Alemania y la República Checa, y también en los estratos carboníferos del Pérmico en China (Li Xingxue et al., 1995; Wang Shijun et al., 2009). ). Se pueden estudiar mediante técnicas de sección y descubrimiento (Fig. 1.1.11).Figura 1.1.11 Corte transversal de madera de briquetas: muestra la médula, el cilindro xilemático secundario y la corteza del tallo.
Algunos paleobotánicos han comentado sobre la formación de briquetas (Falcon-Lang, 2008). Fue estudiado por Stopes y Watson (1908), pero su proceso de formación no se comprende completamente hasta la fecha. La turba fresca o la vegetación parcialmente descompuesta ha sido penetrada por una solución que contiene carbonatos (calcita fibrosa) antes de que esté completamente compactada. Debido a que algunas briquetas están asociadas con la piedra caliza marina, también se ha sugerido que estas plantas crecían en zonas pantanosas bajas cercanas al mar. Esta hipótesis proporciona una paleogeografía aplicable a los continentes mesoamericano y norteamericano durante el Carbonífero. Durante tormentas o transgresiones, las turberas de carbón se inundan con agua de mar, que proporciona una fuente de carbonato de calcio para la infiltración y mineralización de las plantas (Mamay y Yochelson, 1962). Esta hipótesis explica la presencia de restos de plantas y animales marinos en algunas briquetas y sugiere la naturaleza mixta de la vida de agua dulce y salada.
Scott y Rex (1985) propusieron que no todas las briquetas se formaban de la misma manera y propusieron un modelo de formación no marina argumentando que los fluidos mineralizantes provenían de la infiltración de aguas subterráneas con alto contenido de carbonatos. Scott et al. (1996) examinaron la génesis de las briquetas de carbón en Europa, América y China durante los períodos Carbonífero y Pérmico, e incorporaron algunos enfoques complejos, argumentando que su génesis debería depender de la región y la ubicación de las briquetas dentro del carbón. costura. Basándose en los isótopos de carbono, descubrieron que algunas briquetas estaban asociadas con la penetración de una mezcla de agua de mar y agua dulce a través de la turba, y la mayoría de las briquetas se formaban en al menos algunas cuencas de agua dulce influenciadas por factores marinos. Aquí hay una pequeña duda de que la formación de briquetas es un proceso altamente especializado, porque no sabemos nada sobre las briquetas después del Carbonífero-Pérmico (Taylor et al., 2009).
Estrictamente hablando, las briquetas en sí no son madera fosilizada, porque además de algunos fragmentos de xilema de tallos de plantas, la mayoría de las briquetas están compuestas por órganos vegetativos de plantas, como hojas, raíces, rizomas y órganos reproductores de helechos, como espigas de microsporas, conos masculinos y femeninos, espigas de frutos, semillas y palinospermas de gimnospermas. Entre los tallos de las gimnospermas, sólo el xilema pertenece al ámbito de estudio de la madera petrificada. El entorno de acumulación del material original de las briquetas de China son los pantanos costeros. Las plantas de briquetas representan antiguos pantanos de turba costeros y grupos de plantas enterradas arrastradas a pantanos de turba. Este ambiente de agregación puede estar relacionado con la formación de muchas briquetas (Tian, et al., 1995). La composición de los materiales mineralizados en las briquetas también es diversa. La mayoría de las briquetas están estrechamente relacionadas con los sedimentos marinos y están principalmente calcificadas debido al rico contenido de carbonato del agua de mar. Sin embargo, en circunstancias especiales también se pueden formar briquetas de pirita (Pan Suixian, 1983). En Europa occidental, las briquetas de carbón silicificado también se encuentran en las briquetas de carbón del Carbonífero tardío Estefaniano, como en el área de Grand Croix en Francia. Sin embargo, las briquetas de carbón en esta área se producen en conglomerado y sus capas estratigráficas son varios cientos de metros más altas. la serie de rocas que contienen carbón generalmente se cree que es acumulación secundaria (Tian, et al.
, 1995).
Figura 1.1.1.12 La sección transversal de madera petrificada metamórfica muestra la médula residual, los cilindros de xilema secundarios y las venas de respuesta secundaria inyectadas a lo largo de los anillos de crecimiento y las direcciones de los rayos de la madera.
Figura 1.1.13 Madera petrificada metamórfica muestra los fragmentos residuales de xilema secundario dentro de la madera petrificada.
Además, se necesita una pequeña explicación sobre "madera petrificada redepositada" y "madera petrificada metamórfica": la primera se refiere a ser transportada a un nuevo sitio de deposición mediante agua corriente después de la mineralización, la erosión y la erosión. y luego nuevamente madera petrificada depositada para formar nueva roca. Este tipo de fósiles de madera despojados, transportados y redepositados deben explicarse plenamente en la investigación, porque no pueden utilizarse como evidencia de la edad de la Tierra, y mucho menos como base para discutir el entorno geográfico. Este último se refiere principalmente a la mineralización de la madera petrificada después de la formación de la madera petrificada. La recristalización se produce cuando se vuelve a fundir un componente del material. Algunas estructuras de madera originales pueden haberse vuelto irreconocibles después del deterioro, y el valor de investigación de dicha madera fosilizada es generalmente bajo. Sin embargo, algunos todavía conservan estructuras de madera locales, y los anillos de crecimiento y las traqueidas se pueden ver claramente en secciones transversales. Debido a los graves daños sufridos por la estructura de madera, generalmente resulta imposible identificar y clasificar con precisión este tipo de madera fosilizada deteriorada. Sin embargo, después del deterioro, se puede mezclar una pequeña cantidad de elementos metálicos raros y teñirlos en varios colores. Parte de la estructura original de la madera aún existe o se conserva, formando hermosos patrones y patrones, que tienen cierto valor ornamental. Por lo tanto, pueden desarrollarse y utilizarse como “piedras extrañas” (Figura 1.1.12, Figura 1.66).