ما هي الحفرية؟
إن الأحفورة هي بقايا أو انطباع أو أثر لحيوان أو نبات من عصر جيولوجي سابق تم حفظه في قشرة الأرض، تُعد مجموعة البيانات المُسجَّلة في الحفريات في جميع أنحاء العالم (والمعروفة باسم السجل الأحفوري) المصدر الأساسي للمعلومات حول تاريخ الحياة على الأرض.
يتم حفظ جزء صغير فقط من الكائنات الحية القديمة كأحفاف، وعادة ما يتم حفظ الكائنات الحية التي لها هيكل عظمي صلب ومقاوم فقط بسهولة، إن معظم المجموعات الرئيسية للحيوانات اللافقارية لها هيكل عظمي كلسي أو قوقعة (مثل الشعاب المرجانية والرخويات وذوات الأرجل والذراعيات)، كما تحتوي الأشكال الأخرى على قشور من فوسفات الكالسيوم (الذي يحدث أيضاً في عظام الفقاريات)، أو ثاني أكسيد السيليكون، قد تحتفظ القشرة أو العظام التي يتم دفنها بسرعة بعد الترسيب بهذه الأنسجة العضوية، على الرغم من أنها تصبح متحجرة (تتحول إلى مادة حجرية) بمرور الوقت، والأجزاء الصلبة غير المتغيرة، مثل أصداف المحار أو ذوات الأرجل شائعة نسبياً في الصخور الرسوبية وبعضها كبير السن.
ومع ذلك قد تخضع الأجزاء الصلبة من الكائنات التي يتم دفنها في الرواسب لمجموعة متنوعة من التغييرات الأخرى أثناء تحولها إلى صخور صلبة، وقد تملأ المحاليل فجوات أو مسام القشرة أو العظام بكربونات الكالسيوم أو أملاح معدنية أخرى وبالتالي تحجر البقايا، في عملية تعرف باسم التمعدن، في حالات أخرى، قد يكون هناك استبدال كامل لمواد الهيكل الأصلي بمواد معدنية أخرى، وهي عملية تعرف باسم التمعدن أو الاستبدال.
في حالات أخرى أيضاً، قد تؤدي المحاليل الحمضية المتداولة إلى إذابة الغلاف الأصلي، ولكنها تترك تجويفاً مطابقاً لها، وقد تودع المحاليل الجيرية أو السليسية المتداول مصفوفة جديدة في التجويف، مما يخلق انطباعاً جديداً عن الغلاف الأصلي.
على النقيض من ذلك، نادراً ما يتم الحفاظ على الأجزاء اللينة من الحيوانات أو النباتات، يعد تضمين الحشرات في الكهرمان (عملية تسمى تحجر الراتنج) والحفاظ على جثث حيوان الماموث البليستوسيني في الجليد أمثلة نادرة ولكنها لافتة للنظر للحفاظ على الأحافير للأنسجة الرخوة، ويمكن الحفاظ على الأوراق والسيقان والمواد النباتية الأخرى من خلال عملية الكربنة، حيث يتم تسطيح هذه الأجزاء بين طبقتين من الصخور، ينتج عن الاختزال الكيميائي للجزء طبقة كربون تحدث على طبقة واحدة من الصخور، بينما يحدث انطباع عن هذا الجزء على الطبقة الأخرى من الصخر.
تسمى أحافير الأجزاء الصلبة واللينة الصغيرة جداً بحيث لا يمكن ملاحظتها بالعين المجردة بالحفريات الدقيقة، وبعض الحفريات خالية تماماً من الأجزاء النباتية والحيوانية، ولكنها تظهر أدلة على أنشطة الكائن الحي، تتضمن آثار الكائنات الحية التي تُعرف بشكل مناسب باسم حفريات الأثر مسارات أو مسارات ومنتجات نفايات محفوظة وحفر.
أماكن حفظ الأحافير:
يتم حفظ الغالبية العظمى من الحفريات في بيئة مائية؛ لأن بقايا الأرض يتم تدميرها بسهولة أكبر، تعتبر الظروف اللاهوائية في قاع البحار أو المسطحات المائية الأخرى مواتية بشكل خاص للحفاظ على التفاصيل الدقيقة، حيث لا توجد حيوانات قاع باستثناء البكتيريا اللاهوائية لتدمير البقايا، بشكل عام يجب استيفاء شرطين للحفاظ على الكائن الحي وهما: الدفن السريع لتأخير التحلل ولمنع تدمير آكلات القمامة وامتلاك أجزاء صلبة يمكن أن تكون متحجرة.
في بعض الأماكن، مثل (Grand Canyon) في شمال ولاية أريزونا، يمكن للمرء أن يلاحظ سمكاً كبيراً من الطبقات الأفقية تقريباً التي تمثل ترسب الرواسب في قاع البحر على مدى مئات الملايين من السنين، وغالباً ما يكون واضحاً أن كل طبقة في مثل هذا التسلسل تحتوي على أحافير تختلف عن تلك الموجودة في الطبقات الموجودة فوقها وتحتها، وفي مثل هذه التسلسلات من الطبقات في مواقع جغرافية مختلفة، تحدث نفس النباتات أو الحيوانات الأحفورية أو متشابهة بالترتيب نفسه، من خلال مقارنة التسلسلات المتداخلة، من الممكن بناء سجل مستمر للحيوانات والنباتات التي تشترك بشكل تدريجي مع أشكال الحياة الحالية مع اقتراب الجزء العلوي من التسلسل.
قدمت دراسة السجل الأحفوري معلومات مهمة لأربعة أغراض مختلفة على الأقل، تُستخدم التغييرات التدريجية التي لوحظت داخل مجموعة حيوانية لوصف تطور تلك المجموعة، وتوفر الحفريات أيضاً للجيولوجي طريقة سريعة وسهلة لتعيين عمر نسبي للطبقات التي تحدث فيها، تعتمد الدقة التي يمكن بها القيام بذلك في أي حالة معينة على طبيعة ووفرة الحيوانات، فقد ترسبت بعض مجموعات الأحافير خلال فترات زمنية أطول بكثير من غيرها، وتُعرف الأحافير المستخدمة لتحديد العلاقات الجيولوجية باسم حفريات الفهرس.
قد توفر الكائنات الأحفورية معلومات حول المناخ والبيئة في الموقع، حيث تم ترسيبها وحفظها (على سبيل المثال، تتطلب أنواع معينة من الشعاب المرجانية مياه دافئة وضحلة، أو يمكن لأشكال معينة من كاسيات البذور المتساقطة أن تنمو فقط في الظروف المناخية الباردة).
الأحافير مفيدة في التنقيب عن المعادن والوقود المعدني، على سبيل المثال، فإنها تعمل للإشارة إلى موقع طبقات الفحم، في السنوات الأخيرة تمكن الجيولوجيون من دراسة طبقات الأرض تحت السطحية لرواسب النفط والغاز الطبيعي من خلال تحليل الأحافير الدقيقة، التي تم الحصول عليها من العينات الأساسية من الحفر العميقة.
عادةً ما تتضمن عملية جمع الأحافير التي يقوم بها علماء الحفريات والجيولوجيون وغيرهم من العلماء عمليات تنقيب وتوثيق صارمة، غالباً ما يكون استخراج العينة من الصخر عملاً شاقاً يتضمن تسمية كل جزء من العينة وفهرسة موقع كل جزء داخل الصخرة، يتم حفر تلك الحفريات المقرر إزالتها من الصخر ببطء وبعناية باستخدام تقنيات مصممة لمنع أو تقليل الضرر الذي يلحق بالعينة، وغالباً ما تصبح هذه الحفريات جزءاً من مجموعات المتاحف أو الجامعات.
ومع ذلك، يتم جمع العديد من الحفريات الأخرى من قبل الهواة والكيانات التجارية، في كثير من الأحيان لا يتم توثيق مثل هذه العينات أو التنقيب عنها بعناية، مما يؤدي إلى فقدان البيانات من الموقع والمخاطرة بإلحاق ضرر محتمل بالعينة، لهذه الأسباب وحقيقة أنه يحفز التجميع غير العلمي، فإن الاستغلال التجاري للحفريات مثير للجدل بين علماء الحفريات الأكاديميين.
سجل الحفريات:
تاريخ الحياة كما هو موثق بواسطة الحفريات هو بقايا أو آثار الكائنات الحية من فترات جيولوجية سابقة المحفوظة في الصخور الرسوبية، في حالات قليلة يتم الحفاظ على المادة الأصلية للأجزاء الصلبة من الكائن الحي، ولكن في كثير من الأحيان يتم استبدال المكونات الأصلية بالمعادن المترسبة من الماء المتسرب عبر الصخور، وفي بعض الأحيان يتم إزالة المادة الأصلية ببساطة بينما لا يتم إيداع أي شيء في مكانها؛ لذلك في هذه الحالة كل ما تبقى هو قالب على شكل نبات أو حيوان، ويتبع معالجة موجزة لسجل الحفريات، للحصول على العلاج الكامل.
وفي بعض الأماكن، مثل جراند كانيون في ولاية أريزونا من الممكن التعرف على سماكة كبيرة لطبقات أفقية تقريباً تمثل ترسب الرواسب في قاع البحر على مدى مئات الملايين من السنين، غالباً ما يُلاحظ أن كل طبقة في مثل هذا التسلسل، تحتوي على أحافير تختلف عن تلك الموجودة في الطبقات الموجودة فوقها وتحتها، وفي مثل هذه التسلسلات من الطبقات في أماكن مختلفة، تحدث نفس النباتات أو الحيوانات الأحفورية أو متشابهة في الترتيب نفسه، ومن خلال مقارنة التسلسلات المتداخلة، من الممكن بناء سجل مستمر للحيوانات أو النباتات التي تشترك بشكل تدريجي مع أشكال الحياة الحالية مع اقتراب الجزء العلوي من التسلسل.
قدمت دراسة السجل الأحفوري معلومات مهمة لثلاثة أغراض مختلفة على الأقل، تُستخدم التغييرات التدريجية التي لوحظت داخل مجموعة حيوانية لوصف تطور تلك المجموعة، بشكل عام ولكن ليس دائماً، تميل الأجيال المتعاقبة إلى التغيير شكلياً في اتجاه معين (على سبيل المثال الاكتساب التدريجي أو فقدان ميزات معينة)، وغالباً ما يتم تفسير هذه التغييرات على أنها تكيف أفضل (من خلال الاختيار التفضيلي للطفرات المفيدة) بيئة.
توفر الحفريات أيضاً للجيولوجي طريقة سريعة وسهلة لتعيين عمر للطبقات التي توجد فيها، تعتمد الدقة التي يمكن بها القيام بذلك في أي حالة معينة على طبيعة ووفرة الحيوانات، فقد ترسبت بعض مجموعات الأحافير خلال فترات زمنية أطول بكثير من غيرها.
علاوة على ذلك، قد توفر الكائنات الأحفورية معلومات مفيدة حول المناخ والبيئة في الموقع حيث تم ترسيبها وحفظها، بعض أنواع الشعاب المرجانية، على سبيل المثال تتطلب مياه ضحلة دافئة؛ لذلك تتطلب بعض النباتات ظروف مستنقعات دافئة مثل تلك الموجودة اليوم في فلوريدا إيفرجليدز وبانتانال بأمريكا الجنوبية ودلتا أوكافانغو في بوتسوانا، وهكذا عندما توجد صخور تحتوي على أحافير من هذا النوع في صخور المناطق القطبية الحالية، هناك افتراض قوي بأن القشرة التي ترسبت عليها قد غيرت موقعها على سطح الأرض منذ ذلك الوقت.
الأحافير الدالة:
إن الأحافير الدالة هي أحفورة فهرس، وهي أي حيوان أو نبات محفوظ في السجل الصخري للأرض يتميز بفترة زمنية معينة أو بيئة جيولوجية، ويجب أن تكون أحفورة الفهرس المفيدة مميزة أو يسهل التعرف عليها، وتكون متوفرة، ولها توزيع جغرافي واسع ونطاق قصير عبر الزمن، إن أحافير الفهرس هي الأساس لتحديد الحدود في المقياس الزمني الجيولوجي ولعلاقة الطبقات.
وفي الطبقات البحرية، تشتمل أحافير الفهرس المستخدمة بشكل شائع على البروتيستا أحادية الخلية بأجزاء صلبة من الجسم وأشكال أكبر مثل الأمونويد، في الرواسب الأرضية لعصر حقب الحياة الحديثة، والتي بدأت منذ حوالي 65.5 مليون سنة، تستخدم الثدييات على نطاق واسع في رواسب التاريخ كل هذه الأشكال الحيوانية لها أجزاء صلبة من الجسم، مثل الأصداف والعظام والأسنان وهي تتطور بسرعة.
