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 silicificada, madera calcificada y madera pirita.
1.1.1.1 Madera petrificada
Entre los especímenes de madera petrificada recolectados en todo el mundo, la madera petrificada es el tipo de madera petrificada más grande y común. Debido a que su material mineralizado está compuesto principalmente de dióxido de silicio (SiO2), se le llama madera petrificada. La sílice es un producto secundario de rocas volcánicas o rocas plutónicas, y también es producto de soluciones de agua caliente. A menudo se combina 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 la 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 que afecta la calidad de la madera petrificada. Debido a que el contenido de sílice es demasiado bajo, no es fácil formar madera silicificada o la madera se ha podrido antes de silicificarse. 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 desintegra o destruye la pared celular y la estructura tisular de cada parte (Zhang Wu et al., 2005; Zheng et al., 2008).
Los entornos de formación de la madera petrificada son diversos, pero se pueden dividir principalmente en dos categorías: tipo de entierro in situ y entierro ex situ. tipo. Cuando un denso bosque es golpeado repentinamente por una erupción volcánica, debido a que el flujo de lava de la erupción volcánica va acompañado de altas temperaturas y olas de calor, los bosques cercanos al centro de la erupción volcánica serán tragados o quemados por el flujo de lava caliente. y convertido en cenizas. 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 la tierra donde crecieron originalmente, convirtiéndose en tocones de árboles silicificados 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” construido en el Geoparque Nacional Benxi y Chaoyang en la Provincia de Liaoning (Figura 1.65438). Toda la madera petrificada mencionada anteriormente proviene de las capas intermedias de toba del sistema de roca volcánica de la Formación Tiaojishan del Jurásico Medio en el oeste de Liaoning (164 ~ 165 Ma) (Chen Wen et al., 2004). Estas maderas petrificadas se encuentran enterradas in situ en su origen.
La madera petrificada enterrada in situ está ampliamente distribuida por todo el mundo. Por ejemplo, en el Parque Nacional Nam Pen, en Australia Occidental, hay cientos de pilotes verticales de madera silicificada con pequeñas agujas sobre un campo arenoso. Fueron producidos 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 ocurre una tormenta, un terremoto, un tsunami o una intrusión oceánica, la madera petrificada enterrada en diferentes lugares puede provocar desprendimientos de tierra o de lodo, colapsar grandes áreas de bosque o provocar inundaciones que arrasan el verde del bosque. el espacio, o los huracanes arrancan o rompen árboles. Las inundaciones arrasaron una gran cantidad de árboles dañados. Después de la inundación, los maderos flotantes quedaron varados, como los que quedaron varados en la playa de la costa este de la provincia de Taiwán (Figura 1.1.7). Si estas maderas flotantes se exponen a la atmósfera durante mucho tiempo, se descompondrán y desaparecerán lentamente. Si se transporta a una masa de agua baja y se entierra rápidamente con sedimentos, se convertirá 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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Los entornos de formación de madera petrificada incluyen 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 casi paralelos al suelo.
Un buen ejemplo de entierro ex situ de madera petrificada es la madera de coníferas fosilizada depositada en el conglomerado de la Formación Shahe del Cretácico Inferior del Alto Shidonggou en Yixian, Liaoning, China (Figura 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 La posición "América del Norte" en el Parque Nacional de Yellowstone, Estados Unidos Tocón de "Secoya" (según Lu·)
Figura 1.1.7 Madera flotante varada en la playa de la costa este de la provincia de Taiwán, China. Troncos de árboles y fragmentos de madera arrastrados del bosque debido a inundaciones repentinas y arrastrados a la playa por las inundaciones (foto de Zheng Shaolin)
Figura 1.1.8 Las gravas de la Formación del Mar de Arena del Cretácico Inferior en el Alto Valle de Shidong, condado de Yi, Liaoning, China Troncos silicificados enterrados en diferentes posiciones en la formación rocosa (foto de Zheng Shaolin)
1.1.1.2 Madera calcificada
La madera calcificada se refiere a madera empapada en una solución acuosa que contiene carbonatos y se forma mediante diagénesis de madera petrificada. 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 minerales carbonatados se agregan en una variedad de formas, incluidas las densas y masivas, como la piedra caliza, y granulares, como el mármol. La piedra caliza y el mármol se disuelven en el agua subterránea y entran en solución acuosa durante el proceso de erosión. Cuando la madera se sumerge en una masa de agua de este tipo, el carbonato de calcio precipita en las células vegetales y en diversos tejidos, lo que provoca 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, mientras que la solución de carbonato; no forma cristales a temperatura y presión normales; mientras que la solución de carbonato no forma cristales a temperatura y presión normales, se pueden formar cristales romboédricos de calcita u otros cristales isomórficos debajo, que a veces destruyen la estructura celular de las plantas y hacen que la estructura anatómica no quede clara. Pero en la mayoría de los casos, la madera calcificada básicamente puede mantener una buena estructura interna después de la disección. Por lo tanto, la madera calcificada es también una de las fuentes importantes de ejemplares de madera fosilizada. Las masas de agua que contienen carbonatos generalmente se concentran en áreas donde se desarrollan formaciones de piedra caliza, o en masas 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 carboníferos 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 tienden a romperse cuando se hacen secciones delgadas de ellas 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. El 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. Los carbones de menor calidad son mejores que los de mayor calidad para preservar los detalles de la planta. El carbón de mayor calidad significa que una mayor cantidad de carbón se ha deteriorado y tiene un mayor contenido de carbono. Las calidades de carbón de menor a mayor son: lignito, carbón subbituminoso, carbón bituminoso y carbón de 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 términos generales, mediante un microscopio electrónico de barrido se pueden identificar diversas partes de madera fósil y de plantas conservadas en lignito (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 para obtener plantas completas (Haggard y Tiffney, 1997).
El carbón bituminoso es un carbón altamente metamorfoseado en el que las partes de la planta son más planas, pero también se pueden estudiar fragmentos de plantas en el carbón bituminoso. La antracita es el tipo más deteriorado, habiéndose deteriorado hasta el punto de que el material vegetal original es difícil de identificar.
Para obtener información sobre la madera petrificada, el carbón se corta 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 grabar en un campo de plasma de baja temperatura. La superficie grabada se puede convertir en una película delgada rasgándola y con un microscopio óptico o un microscopio óptico. El microscopio electrónico de barrido se puede utilizar para determinar las propiedades de los componentes biológicos del carbón (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 macerar fragmentos sólidos de carbón, liberando fragmentos de plantas. A través de la investigación de la composición de las plantas, se determinaron 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 formación del carbón (Hatcher et al., 1989). La misma técnica también 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 se produce por la combustión incompleta de materia orgánica. También puede denominarse sericita o carbón de seda. Es una de las fuentes importantes de materiales vegetales antiguos (Cope y Chaloner, 1985). ; Lupia, 1995). Restos de plantas carbonizadas se remontan a las primeras plantas terrestres (Glasspool et al., 2004b). Se utilizan varias técnicas para examinar el carbón fósil (Sander y Gee, 1990; Guo y Bastin, 1998; Figueiral et al., 2002), proporcionando 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 encuentran flores carbonizadas bien conservadas en estratos del Cretácico en todo el mundo (Tiffney, 1977; Frith). y Scabby, 1981). Estos descubrimientos nos permiten 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 ecosistemas áridos-semiáridos y sus causas pueden estar relacionadas con la actividad volcánica y los rayos en la atmósfera. Cuando termina un incendio forestal, quedarán muchos restos vegetales sin quemar y trozos de carbón. Pueden conservar parte de su estructura de madera y convertirse en carbón de seda tras la compresión diagenética. Después de la lixiviación en una solución ácida, el carbón de seda se convierte en una sustancia transparente de color marrón amarillento, y la estructura de la madera, las células y diversos tejidos son claramente visibles. He Dechang (1995) obtuvo muchas muestras de carbón de seda de las yacimientos de carbón de Huolinhe y Yimin en Mongolia Interior, mi país, y determinó algunos géneros y especies de madera fósil basándose en esto (Figura 1.1.9), lo que enriqueció enormemente el contenido del Cretácico. Conjunto de fósiles de madera en mi país. Pero la mayoría de los materiales del carbón de seda son pequeños segmentos de tallo. Aunque se puede obtener una buena caracterización anatómica a partir de secciones radiales y cordales, el material de la sección transversal de la madera suele ser difícil de obtener y, por lo tanto, requiere estudios estadísticos y comparativos detallados. En cuanto al entorno de formación del carbón de seda, es posible que la mayor parte haya sido enterrado en otro lugar, pero no se puede descartar la posibilidad de haber sido enterrado en el lugar. He Dechang (1995) creía que en la Formación Yimin, la veta de carbón 16 es rica en fósiles de madera de carbón de seda, con un contenido estimado de carbón de seda de hasta el 20%, que se formó 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 en la ciudad de Chaoyang, en el oeste de Liaoning. El conjunto está siliconado, pero una parte es madera carbonizada. Después del estudio de cortes, su estructura de madera está bien conservada (Figura 1.1.10). Este hecho sugiere que a lo largo de la historia geológica, hay ejemplos de madera carbonizada por rayos o incendios forestales que forman madera carbonizada.
Figura 1.1.9 Cortes transversales, cortados y radiales de madera de carbón de seda muestran la estructura interna de la madera.
Figura 1.1.10 Muestras de madera carbonizada del 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 exudación y un depósito de turba mineralizada, que se compone casi en su totalidad de vegetación conservada en carbonato de calcio. Algunas de las briquetas descubiertas por primera vez en Gran Bretaña eran casi siempre esféricas, de ahí su nombre. 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 de 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 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 y, a menudo, son un "impedimento" para la extracción del carbón; pero para los paleontólogos proporcionan una fuente de información 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 seccionamiento y descubrimiento (Fig. 1.1.11).
Figura 1.1.11 Corte transversal de briquetas de madera: muestra la médula del tallo, cilindro xilemático secundario y corteza.
Algunos paleobotánicos han comentado sobre la formación de briquetas de carbón (Falcon-Lang, 2008). Stopes y Watson (1908) lo estudiaron, pero su proceso de formación aún no se comprende completamente. La turba fresca o la vegetación parcialmente descompuesta se infiltra con una solución que contiene carbonatos (calcita fibrosa) antes de compactarla por completo. Dado 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 al Carbonífero de los continentes Centro y Norteamericano. Durante tormentas o transgresiones, los pantanos 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 muestra la naturaleza mixta de la vida de agua dulce y salada.
Scott y Rex (1985) propusieron que no todas las briquetas de carbón se formaban de la misma manera, y propusieron un modelo de formación no marina, argumentando que los fluidos formadores de minerales procedían de la infiltración de aguas subterráneas con alto contenido de carbonatos. Scott et al. (1996) examinaron el origen de las briquetas de carbón en el Carbonífero y el Pérmico en Europa, América y China, e incorporaron algunos métodos complejos y creyeron que su origen debería depender de la región y la ubicación de las briquetas de carbón en la veta de carbón. . Basándose en isótopos de carbono, descubrieron que algunas briquetas estaban relacionadas con la penetración de una mezcla de agua de mar y agua dulce a través de la turba, y que la mayoría de las briquetas se formaban en al menos algunas cuencas de agua dulce influenciadas por factores marinos. Lo que es cuestionable aquí es 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 petrificada, ya que además de los fragmentos de xilema que contienen algunos tallos de plantas, la mayoría de las briquetas están compuestas por órganos vegetativos de plantas, como hojas, raíces, helechos, etc. rizomas y órganos reproductores, como espigas de microsporas, conos masculinos y femeninos, espigas de frutos, semillas y esporas de gimnospermas, etc. Entre los tallos de gimnospermas, sólo el xilema se incluye en el 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 varía. La mayoría de las briquetas están estrechamente relacionadas con los sedimentos marinos. Dado que el agua de mar es rica en carbonatos, la mayoría de las briquetas están principalmente calcificadas. Sin embargo, en circunstancias especiales, también se pueden formar briquetas de pirita (Pan Suixian, 1983). En Europa occidental, también se han encontrado briquetas de carbón silicificado en las briquetas de carbón de Stephanian del Carbonífero Tardío, como en el área de Grand Croix en Francia. Sin embargo, las briquetas de carbón en esta área se producen en conglomerados y sus estratos son cientos. de metros más alto que la serie de rocas carboníferas. Generalmente, se considera acumulación secundaria (Tian, et al., 1995).
Figura 1.1.12 Corte transversal de madera petrificada metamórfica. la médula residual, los cilindros del xilema secundario y el xilema secundario inyectados a lo largo de los anillos de crecimiento y las direcciones de los rayos de la madera. El nacimiento corresponde al pulso del tiempo.
Figura 1.1.13 Madera petrificada metamórfica muestra los fragmentos residuales de xilema secundario dentro de la madera petrificada.
Además, necesitamos explicar un poco sobre la "madera petrificada redepositada" y la "madera petrificada metamórfica": la primera significa que después de la mineralización, la meteorización y la erosión, se transporta a una nueva deposición. sitio por agua que fluye, y luego se deposita nuevamente madera petrificada que forma nueva roca. Este tipo de fósiles de madera despojados, transportados y redepositados deben explicarse completamente en la investigación, porque no pueden usarse como evidencia de la edad geológica de las capas, 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 madera petrificada y al fenómeno de recristalización de los componentes del material después de la refundición. Algunas de las estructuras de madera originales pueden haberse deteriorado hasta quedar irreconocibles, y dicha madera fosilizada generalmente tiene poco valor de investigación. Pero algunos aún conservan estructuras leñosas locales, y los anillos de crecimiento y las traqueidas pueden verse claramente en la sección transversal. 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 pueden 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 un cierto valor ornamental. Por lo tanto, pueden ser explotadas y utilizadas como “piedras extrañas” (Figura 1.1.12, Figura 1.66).