Окаменение

В геологии окаменение окаменение или « (от древнегреческого πέτρα ( pétra ) камень, камень») — процесс, при котором органический материал становится ископаемым посредством замены исходного материала и заполнения исходных поровых пространств минералами . Окаменевшая древесина является типичным примером этого процесса, но все организмы, от бактерий до позвоночных, могут окаменеть (хотя более твердые и прочные вещества, такие как кости, клювы и раковины, переживают этот процесс лучше, чем более мягкие останки, такие как мышечная ткань, перья или кожа). . Окаменение происходит за счет сочетания двух схожих процессов: перминерализации и замещения. Эти процессы создают копии исходного образца, похожие на микроскопическом уровне. ^[1]

Процессы

Перминерализация

Одним из процессов, связанных с окаменением, является перминерализация. Окаменелости , созданные в результате этого процесса, обычно содержат большое количество исходного материала экземпляра. Этот процесс происходит, когда грунтовые воды, содержащие растворенные минералы (чаще всего кварц , кальцит , апатит (фосфат кальция), сидерит (карбонат железа) и пирит ), ^[2] заполняет поры и полости образцов, особенно костей, ракушек или дерева. ^[3] Поры тканей организмов заполняются, когда эти минералы выпадают в осадок из воды. Двумя распространенными типами перминерализации являются окремнение и пиритизация.

окремнение

Окремнение — это процесс, при котором органическое вещество насыщается кремнеземом . Распространенным источником кремнезема является вулканический материал. Исследования показали, что в этом процессе большая часть исходного органического вещества разрушается. ^[4]^[5] Кварцевание чаще всего происходит в двух средах: либо образец погребен в отложениях дельт и пойм, либо организмы погребены в вулканическом пепле. Для того чтобы произошло окварцевание, должна присутствовать вода, поскольку она уменьшает количество присутствующего кислорода и, следовательно, уменьшает разрушение организма грибами, поддерживает форму организма и позволяет транспортировать и откладывать кремнезем. Процесс начинается с пропитки образца водным раствором кремнезема. Стенки клеток образца постепенно растворяются, и в пустых пространствах откладывается кремнезем. В образцах древесины по ходу процесса целлюлоза и лигнин, два компонента древесины, разлагаются и заменяются кремнеземом. Образец превращается в камень (процесс, называемый литификацией) по мере потери воды. Для того чтобы произошло окремнение, геотермические условия должны включать pH от нейтрального до слегка кислого. ^[6] а температура и давление аналогичны осадочным средам на небольшой глубине. В идеальных природных условиях окремнение может происходить со скоростью, приближающейся к скорости искусственного окаменения. ^[7]

Пиритизация

Пиритизация — это процесс, аналогичный окварцеванию, но вместо этого он включает отложение железа и серы в порах и полостях организма. В результате пиритизации могут образовываться как твердые окаменелости, так и сохранившиеся мягкие ткани. В морской среде пиритизация происходит, когда организмы погребены в отложениях, содержащих высокую концентрацию сульфидов железа. При разложении организмы выделяют сульфид, который вступает в реакцию с растворенным в окружающей воде железом. Эта реакция между железом и сульфидами образует пирит (FeS ₂ ). Карбонатный материал оболочки организма затем заменяется пиритом из-за более высокой концентрации пирита и более низкой концентрации карбоната в окружающей воде. В меньшей степени пиритизация происходит у растений в глинистых средах. ^[3]

Замена

Замена, второй процесс окаменения, происходит, когда вода, содержащая растворенные минералы, растворяет исходный твердый материал организма, который затем заменяется минералами. Это может происходить крайне медленно, повторяя микроскопическую структуру организма. Чем медленнее скорость процесса, тем лучше будет определена микроскопическая структура. Минералы, обычно участвующие в замещении, — это кальцит , кремнезем , пирит и гематит . ^[3] Биотические останки, сохранившиеся только за счет замещения (в отличие от перминерализации ), встречаются редко, но эти окаменелости представляют важность для палеонтологии, поскольку они, как правило, более подробны. ^[8]^{[ ненадежный дополнительный источник? ]}

Использование

Окаменелости, полученные в процессе окаменения, не только используются для палеонтологических исследований, но также используются как декоративные и информативные предметы. Окаменевшая древесина используется несколькими способами. Плиты окаменелого дерева можно превратить в столешницы, а сами плиты иногда выставляют в декоративном виде. Кроме того, из более крупных кусков дерева вырезаны раковины и тазы. Из других крупных предметов также можно сделать стулья и табуретки. Окаменелое дерево и другие окаменелые организмы также использовались в ювелирных изделиях, скульптурах, часах, пепельницах и вазах для фруктов, а также в ландшафтных и садовых украшениях.

Архитектура

Окаменевшая древесина также использовалась в строительстве. Заправочная станция окаменевшего дерева, ^[9] Расположенный на улице Мейн-Сент- Ламар, штат Колорадо , он был построен в 1932 году и состоит из стен и полов, построенных из кусков окаменелого дерева. Здание, построенное WG Brown, с тех пор было преобразовано в офисные помещения и магазин по продаже подержанных автомобилей. ^[10] Глен Роуз, штат Техас, предоставляет еще больше примеров использования окаменелой древесины в архитектуре. Начиная с 1920-х годов фермеры округа Сомервелл, штат Техас, начали находить окаменелые деревья. Местные мастера и каменщики затем построили более 65 построек из этого окаменелого дерева, 45 из которых по состоянию на июнь 2009 года все еще стояли. В число этих построек входят заправочные станции, клумбы, коттеджи, рестораны, фонтаны и столбы для ворот. ^[11] Глен Роуз, штат Техас, также известен государственным парком «Долина динозавров» и формацией Глен Роуз , где можно увидеть окаменелые следы динозавров мелового периода. ^[12] Еще одним примером использования окаменелого дерева в строительстве является Агатовый дом Пуэбло в национальном парке Петрифайд-Форест в Аризоне. построенное предками народа пуэбло около 990 лет назад, было построено почти полностью из окаменелого дерева и, как полагают, служило либо семейным домом, либо местом встреч. Это восьмикомнатное здание, ^[13]

Искусственное окаменение

Ученые пытались искусственно окаменеть организмы еще в 18 веке, когда Джироламо Сегато заявил, что якобы «окаменел» человеческие останки. Его методы были утеряны, но основная часть его «произведений» выставлена в Музее кафедры анатомии во Флоренции , Италия. ^[14]

Более поздние попытки были успешными и задокументированы, но их следует рассматривать как полу- или неполное окаменение или, по крайней мере, как создание какого-то нового типа древесного композита, поскольку древесный материал в определенной степени сохраняется; Компоненты древесины (целлюлоза, лигнины, лигнаны, олеорезины и т. д.) не были заменены силикатами, а пропитаны специально разработанными кислыми растворами алюмосиликатных солей, которые образуют гель при контакте с древесным материалом и образуют матрицу силикатов внутри древесины. древесина после того, как ее оставили медленно реагировать в растворе в течение определенного периода времени, или подверглась термическому отверждению для более быстрых результатов. Гамильтон Хикс из Гринвича, штат Коннектикут , получил патент на свой «рецепт» быстрого искусственного окаменения древесины по патенту США № 4612050 в 1986 году. ^[15] Рецепт Хикса состоит из высокоминерализованной воды и раствора силиката натрия в сочетании с разбавленной кислотой с pH 4,0-5,5. Образцы древесины пропитываются этим минеральным раствором путем многократного погружения и нанесения раствора. Древесина, обработанная таким способом, согласно формуле изобретения, не поддается горению и приобретает свойства окаменелой древесины. Некоторые варианты использования этого продукта, как предложил Хикс, включают использование коневодами, которым нужны огнестойкие конюшни, построенные из нетоксичного материала, который также был бы устойчив к жеванию древесины лошадьми. ^[16]

В 2005 году ученые из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории (PNNL) сообщили, что им удалось искусственно окаменеть образцы древесины. Однако, в отличие от естественного окаменения, они пропитывали образцы кислыми растворами, диффундировали их изнутри титаном и углеродом и обжигали в высокотемпературной печи (около 1400 °C) в инертной атмосфере, чтобы получить искусственный керамический матричный композит из титана. карбид и карбид кремния все еще сохраняют первоначальную структуру древесины. В будущем использование этих искусственно окаменевших древесно-керамических материалов в конечном итоге заменит суперсплавы на основе металлов (которые покрыты сверхтвердой керамикой) в инструментальной промышленности. Другие растительные материалы можно обрабатывать аналогичным способом и получать абразивные порошки. ^[17]

См. также

Конкреция - компактная масса, образованная осаждением минерального цемента между частицами.
Литификация - Геологический процесс
Окаменение в мифологии и художественной литературе - Литературные проявления темы превращения людей или животных в камень.
Окаменелый колодец
Псевдоморфоза замещения - Минерал или минеральное соединение, проявляющееся в атипичной форме.
Рини кремень - осадочные отложения раннего девона, демонстрирующие необычайную детализацию или полноту окаменелостей.
Джироламо Сегато
Тафономия - изучение разложения и окаменения организмов.

Ссылки

^ Седрик Мимс (21 октября 2014 г.). Когда мы умираем: наука, культура и ритуалы смерти . Святого Мартина. п. 190. ИСБН 978-1-4668-8385-7 .
^ Бэбкок, Лорен. «Перминерализация» . Доступ к научной энциклопедии . МакГроу-Хилл . Проверено 29 марта 2012 г.
^ Перейти обратно: ^а ^б ^с Перкинс, Роджерс. «Окаменелость: как образуются окаменелости» . Музей окаменелостей . Проверено 15 февраля 2012 г.
^ Сиглео, Энн (1978). «Органическая геохимия окремненной древесины, Национальный парк Петрифайд-Форест, Аризона». Geochimica et Cosmochimica Acta . 42 (9). Аризона: 1397–1405 гг. Бибкод : 1978GeCoA..42.1397S . дои : 10.1016/0016-7037(78)90045-5 .
^ Мусто, Дж. (2008). Минералогия и геохимия окремненной древесины позднего эоцена из национального памятника «Ископаемые пласты Флориссант», Колорадо . Геологическое общество Америки. стр. 127–140.
^ Лео, РФ; Баргхорн, ES (1976). Силицирование древесины . Гарвардский университет. п. 27.
^ Вайни, Майк. «Перминерализация» . Музей окаменевшего дерева .
^ «Как дерево окаменевает?» . Национальная вычислительная наука в образовании. Архивировано из оригинала 17 апреля 2012 года . Проверено 4 апреля 2012 г.
^ «Заправка окаменевшего дерева» . Карты Google. 13 августа 2018 г.
^ Кирби, Дуг; Кен Смит; Майк Уилкинс. «Заправка окаменевшего дерева» . Придорожная Америка . Проверено 3 апреля 2012 г.
^ Сальтарелли, Мэри Г. (июнь 2009 г.). «Незаменимые произведения искусства» . Журнал Texas Co-op Power (июнь 2009 г.) . Проверено 3 апреля 2012 г.
^ Кубан, Глен Дж. «Государственный парк Долина динозавров» . Проверено 3 апреля 2012 г.
^ «Агатовый дом» . Министерство внутренних дел США . Служба национальных парков . Проверено 4 апреля 2012 г.
^ Орландини, GE; Темпестини Р.; Липпи Д.; Патерностро Ф.; Зекки-Орландини С.; Виллари Н. (январь 2007 г.). «Каменные тела: Джироламо Сегато (1792-1836)». Итальянский журнал анатомии и эмбриологии . 112 (1): 13–18. ПМИД 17580656 .
^ «Состав силиката натрия» (PDF) . Freepatentsonline.com . Проверено 10 сентября 2016 г.
^ Майк Вини. «Окаменевшая древесина: окремнение древесины путем перминерализации» (PDF) . Petrifiedwoodmuseum.org . Проверено 10 сентября 2016 г.
^ «Технологическое проектирование | Окаменевшая древесина дает суперкерамику» . Химическая обработка. 25 июля 2005 г. Проверено 10 сентября 2016 г.

[Mims2014-1] Седрик Мимс (21 октября 2014 г.). Когда мы умираем: наука, культура и ритуалы смерти . Святого Мартина. п. 190. ИСБН 978-1-4668-8385-7 .

[Babcock-2] Бэбкок, Лорен. «Перминерализация» . Доступ к научной энциклопедии . МакГроу-Хилл . Проверено 29 марта 2012 г.

[Perkins-3] Перейти обратно: ^а ^б ^с Перкинс, Роджерс. «Окаменелость: как образуются окаменелости» . Музей окаменелостей . Проверено 15 февраля 2012 г.

[Sigleo-4] Сиглео, Энн (1978). «Органическая геохимия окремненной древесины, Национальный парк Петрифайд-Форест, Аризона». Geochimica et Cosmochimica Acta . 42 (9). Аризона: 1397–1405 гг. Бибкод : 1978GeCoA..42.1397S . дои : 10.1016/0016-7037(78)90045-5 .

[Mustoe-5] Мусто, Дж. (2008). Минералогия и геохимия окремненной древесины позднего эоцена из национального памятника «Ископаемые пласты Флориссант», Колорадо . Геологическое общество Америки. стр. 127–140.

[Leo/Barghoorn-6] Лео, РФ; Баргхорн, ES (1976). Силицирование древесины . Гарвардский университет. п. 27.

[7] Вайни, Майк. «Перминерализация» . Музей окаменевшего дерева .

[NCSEC-8] «Как дерево окаменевает?» . Национальная вычислительная наука в образовании. Архивировано из оригинала 17 апреля 2012 года . Проверено 4 апреля 2012 г.

[9] «Заправка окаменевшего дерева» . Карты Google. 13 августа 2018 г.

[Gas_Station-10] Кирби, Дуг; Кен Смит; Майк Уилкинс. «Заправка окаменевшего дерева» . Придорожная Америка . Проверено 3 апреля 2012 г.

[Saltarelli-11] Сальтарелли, Мэри Г. (июнь 2009 г.). «Незаменимые произведения искусства» . Журнал Texas Co-op Power (июнь 2009 г.) . Проверено 3 апреля 2012 г.

[Kuban-12] Кубан, Глен Дж. «Государственный парк Долина динозавров» . Проверено 3 апреля 2012 г.

[Agate_House-13] «Агатовый дом» . Министерство внутренних дел США . Служба национальных парков . Проверено 4 апреля 2012 г.

[Orlandini-14] Орландини, GE; Темпестини Р.; Липпи Д.; Патерностро Ф.; Зекки-Орландини С.; Виллари Н. (январь 2007 г.). «Каменные тела: Джироламо Сегато (1792-1836)». Итальянский журнал анатомии и эмбриологии . 112 (1): 13–18. ПМИД 17580656 .

[15] «Состав силиката натрия» (PDF) . Freepatentsonline.com . Проверено 10 сентября 2016 г.

[16] Майк Вини. «Окаменевшая древесина: окремнение древесины путем перминерализации» (PDF) . Petrifiedwoodmuseum.org . Проверено 10 сентября 2016 г.

[17] «Технологическое проектирование | Окаменевшая древесина дает суперкерамику» . Химическая обработка. 25 июля 2005 г. Проверено 10 сентября 2016 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]

[8]

[9]

[10]

[11]

[12]

[13]

[14]

[15]

[16]

[17]