Οι γεωχημικές μέθοδοι βοηθούν στην επίλυση μιας μακροχρόνιας συζήτησης στην παλαιοντολογία του κεχριμπαριού

Τα κεχριμπάρια είναι απολιθωμένες φυτικές ρητίνες που έχουν βρει ευρεία χρήση στην κατασκευή κοσμημάτων. Αποτελούν επίσης ένα σημαντικό αρχείο για τη μελέτη της εξέλιξης των ασπόνδυλων. Ωστόσο, το πλήρες δυναμικό τους για παλαιοντολογική έρευνα είναι εδώ και πολύ καιρό περιορισμένο από αβέβαιες σχέσεις ηλικίας και τόπου προέλευσης μεταξύ διαφορετικών κοιτασμάτων κεχριμπαριού. Τα κεχριμπαρένια βρίσκονται τώρα μακριά από το σημείο που σχηματίστηκαν και, σε ορισμένες περιπτώσεις, οι καθαρά παλαιοντολογικές μέθοδοι δεν μπορούν να προσδιορίσουν την ακριβή προέλευσή τους.

Σε μια πρόσφατη μελέτη, χρησιμοποιήσαμε γεωχημικές τεχνικές για να δείξουμε ότι ενώ το κοίτασμα κεχριμπαριού Rovno της δυτικής Ουκρανίας σχηματίστηκε ταυτόχρονα με άλλα μεγάλα ευρωπαϊκά κοιτάσματα, συνέβη σε μια σημαντικά διαφορετική περιοχή. Αυτή και οι σχετικές μελέτες ενισχύουν το υπόβαθρο για τη μελέτη απολιθωμάτων που φιλοξενούνται στο κεχριμπάρι και ανοίγουν τη συναρπαστική δυνατότητα για τα ευρωπαϊκά κοιτάσματα κεχριμπαριού να λειτουργήσουν ως μια μοναδική βιογεωγραφική βάση δοκιμών.

Ενώ τα απολιθώματα σπονδυλωτών και ασπόνδυλων με κελύφη είναι κοινά στο αρχείο των βράχων, τα ασπόνδυλα με μαλακό σώμα διατηρούνται πολύ σπάνια σε ιζηματογενή πετρώματα, καθώς οι ιστοί τους είναι επιρρεπείς σε αποσύνθεση. Οι φυτικές ρητίνες μπορούν, ωστόσο, να παγιδεύουν οργανισμούς με τέτοιο τρόπο ώστε οι ιστοί τους να προστατεύονται από την αποσύνθεση. Όταν η ρητίνη θάβεται και σκληραίνει σε κεχριμπάρι, τα ευαίσθητα απολιθώματα μπορούν να επιβιώσουν σε σχεδόν παρθένα κατάσταση για δεκάδες εκατομμύρια χρόνια, παρέχοντας έτσι ανεκτίμητο υλικό για την παλαιοντολογία.

Η Κεντροανατολική Ευρώπη είναι πλούσια σε κοιτάσματα κεχριμπαριού που σχηματίστηκαν κατά την Ηώκαινη Εποχή, 53–34 εκατομμύρια χρόνια πριν. Το πιο διάσημο και καλύτερα μελετημένο από αυτά είναι το κεχριμπάρι της Βαλτικής, το οποίο έχει αποθηκευτεί εκ νέου σε διάφορες τοποθεσίες κατά μήκος του περιθωρίου της Βαλτικής Θάλασσας. Άλλα ευρωπαϊκά κοιτάσματα που έχουν μελετηθεί ενεργά περιλαμβάνουν το κεχριμπάρι Bitterfeld από την ανατολική Γερμανία και το κεχριμπάρι Rovno από τη δυτική Ουκρανία.

Υπάρχει μια μεγάλη συζήτηση σχετικά με το εάν αυτά τα ευρωπαϊκά κεχριμπαρένια σχηματίστηκαν ανεξάρτητα σε ξεχωριστές τοποθεσίες ή αν αντιπροσωπεύουν μια ενιαία κύρια πηγή κεχριμπαριού που μεταφέρθηκε αργότερα σε αυτές τις ξεχωριστές τοποθεσίες από ποτάμια και ρεύματα. Τα παλαιοντολογικά στοιχεία ήταν μέχρι στιγμής ασαφή - πολλά απολιθωμένα είδη μοιράζονται μεταξύ αυτών των κοιτασμάτων, ενώ άλλα φαίνεται να περιορίζονται σε ένα μόνο κοίτασμα. Δεδομένου ότι αυτές οι αντίθετες απόψεις για την προέλευση του ευρωπαϊκού κεχριμπαριού έχουν δραστικά διαφορετικές συνέπειες για το τι μπορεί να εξαχθεί από τις συγκρίσεις της απολιθωμένης πανίδας μεταξύ των αποθεμάτων, η επίλυση αυτής της συζήτησης έχει μεγάλη σημασία για την παλαιοντολογία του κεχριμπαριού.

Τα τελευταία χρόνια, οι αναλύσεις ισοτόπων - μια μακροχρόνια βάση της γεωχημείας - έχουν αρχίσει να διεισδύουν στις μελέτες κεχριμπαριού. Τόσο ο άνθρακας όσο και το υδρογόνο εμφανίζονται φυσικά ως δύο διαφορετικά ισότοπα που δρουν πολύ παρόμοια στις χημικές αντιδράσεις αλλά έχουν διαφορά στη μάζα. Η διαφορά είναι αρκετή για να επηρεάσει ελαφρώς την αναλογία αυτών των ισοτόπων σε διαφορετικά περιβάλλοντα και ενώσεις. Είναι πολύ σημαντικό, η ανάλυση και των δύο ισοτόπων σε κεχριμπάρι μπορεί να αποκαλύψει πτυχές της ιστορίας τους.

Μια προηγούμενη μελέτη που διεξήχθη στο εργαστήριό μας (1) βρήκε αξιοσημείωτες διαφορές στη σύνθεση του ισοτόπου υδρογόνου των κεχριμπαριών της Βαλτικής και του Bitterfeld, δημιουργώντας μια ισχυρή υπόθεση για τη χωριστή προέλευσή τους. Για να συνεχίσουμε αυτό, εστιάσαμε στην ισοτοπική σύνθεση του παρόμοιου αμφιλεγόμενου κοιτάσματος κεχριμπαριού Rovno στη δυτική Ουκρανία.

Η σύνθεση ισοτόπων άνθρακα της φυτικής ύλης (συμπεριλαμβανομένων των ρητινών) είναι γνωστό ότι ποικίλλει ανάλογα με το είδος του φυτού και με τις περιβαλλοντικές συνθήκες, όπως η διαθεσιμότητα νερού ή θρεπτικών συστατικών. Ωστόσο, σε μεγαλύτερα χρονικά διαστήματα, οι παγκόσμιες συνθήκες μπορούν επίσης να παίξουν ρόλο. Για παράδειγμα, μια μελέτη από τον Tappert και άλλους (2) αποκάλυψε μια φθίνουσα τάση στην αφθονία των ισοτόπων άνθρακα-13 κεχριμπαριού τα τελευταία 50 εκατομμύρια χρόνια, πιθανώς συνδεδεμένη με αλλαγές στη σύνθεση της ατμόσφαιρας. Αυτή η ισχυρή τάση ισοτόπων μπορεί στη συνέχεια να χρησιμοποιηθεί ως εργαλείο για τη μελέτη της ηλικίας άλλων κοιτασμάτων κεχριμπαριού. Στην περίπτωσή μας, διαπιστώσαμε ότι τα ισότοπα άνθρακα στο κεχριμπάρι Rovno αντιστοιχούν καλύτερα με τα κεχριμπάρια της Βαλτικής και του Bitterfeld, γεγονός που υποδηλώνει ότι τα κύρια ευρωπαϊκά κοιτάσματα κεχριμπαριού έχουν παρόμοια ηλικία Ηώκαινου.

Η ισοτοπική σύνθεση του υδρογόνου της φυτικής ύλης, από την άλλη πλευρά, κληρονομείται ως επί το πλείστον από αυτή του βρόχινου νερού, όπου οι αναλογίες ισοτόπων σχετίζονται με τις τοπικές κλιματικές συνθήκες. Το κεχριμπάρι Rovno βρέθηκε να είναι σημαντικά εξαντλημένο στο ισότοπο υδρογόνου-2 σε σύγκριση με το κεχριμπάρι της Βαλτικής. Μια τέτοια διαφορά μπορεί να εξηγηθεί με πιο φειδωλό τρόπο εάν τα δύο κοιτάσματα κεχριμπαριού σχηματίστηκαν σε περιοχές που γνώριζαν διαφορετικά κλίματα και επομένως ήταν σχετικά απομακρυσμένα το ένα από το άλλο. Ενώ το κεχριμπάρι Rovno τείνει προς τις υποτροπικές συνθήκες, το κεχριμπάρι της Βαλτικής φαίνεται να έχει σχηματιστεί σε μια σταθερά εύκρατη περιοχή.

Αυτά τα αποτελέσματα βοηθούν να διευκρινιστεί η συζήτηση σχετικά με την προέλευση των κοιτασμάτων κεχριμπαριού στην Ευρώπη, παρέχοντας ανεξάρτητη υποστήριξη για προηγούμενα παλαιοντολογικά συμπεράσματα που υποδηλώνουν ότι τα κοιτάσματα πρέπει να αντιμετωπίζονται ως ξεχωριστά. Η εικόνα που προκύπτει ως αποτέλεσμα αυτών των μελετών είναι μια Ευρώπη του Ηώκαινου που φιλοξένησε τουλάχιστον τρεις διαφορετικές δασικές περιοχές παραγωγής κεχριμπάρι σε αντίθετα περιθώρια της ηπείρου, οι οποίες φαίνεται να ήταν ενεργές σχεδόν ταυτόχρονα. Αυτά είναι συναρπαστικά νέα για τους παλαιοντολόγους που προσπαθούν να αποκαλύψουν τη βιογεωγραφική πολυπλοκότητα της Ευρώπης του Ηώκαινου μέσω συγκριτικών μελετών των κοιτασμάτων κεχριμπαριού. Πρέπει επίσης να σημειωθεί ότι το κεχριμπάρι έπαιξε σημαντικό ρόλο στο κλασικό ελληνικό και ρωμαϊκό εμπόριο. Οι μελέτες μας θα μπορούσαν να βοηθήσουν στον καλύτερο προσδιορισμό της προέλευσης των αρχαιολογικών δειγμάτων κεχριμπαριού και στη διασαφήνιση των εμπορικών οδών κεχριμπαριού.

Γεωχημικές μέθοδοι όπως οι μελέτες ισοτόπων αποδεικνύονται πολύτιμες προσθήκες στις πιο παραδοσιακές μεθόδους παλαιοντολογίας. Οι μελέτες ισοτόπων κεχριμπαριού, για παράδειγμα, μόλις ξεκινούν δίνοντας νέα πνοή στο αιωνόβιο πεδίο της έρευνας του κεχριμπαριού. Ένα πιθανό επιστέγασμα μιας τέτοιας έρευνας είναι ένα κεχριμπαρένιο «παλαιοθερμόμετρο» που βασίζεται σε αναλογίες ισοτόπων υδρογόνου, το οποίο θα μπορούσε να βοηθήσει στην ανακατασκευή των κλιματικών συνθηκών που υπάρχουν κατά τη διάρκεια διαστημάτων σχηματισμού κεχριμπαριού. Ενώ οι προκλήσεις στη βαθμονόμηση ενός τέτοιου θερμομέτρου είναι πολλές (για παράδειγμα, οι αρχικές αναλογίες ισοτόπων υδρογόνου έχουν μια ελαφρά τάση να χάνονται μετά από δεκάδες εκατομμύρια χρόνια θαμμένου), μπορεί ωστόσο να παρέχει ανεκτίμητους ανεξάρτητους ελέγχους με βάση την παλαιοντολογία κλιματικές ανακατασκευές.

Αυτά τα ευρήματα περιγράφονται στο άρθρο με τίτλο Distinct origins for Rovno and Baltic ambers:Evidence from carbon and hydrogen stable isotopes, που δημοσιεύτηκε πρόσφατα στο περιοδικό Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology . Αυτή η εργασία διεξήχθη από τους Kaarel Mänd, Karlis Muehlenbachs, Alexander P. Wolfe και Kurt O. Konhauser από το Πανεπιστήμιο της Αλμπέρτα και Ryan C. McKellar από το Βασιλικό Μουσείο Saskatchewan.

Αναφορές:

1. Wolfe, A. P., McKellar, R. C., Tappert, R., Sodhi, R. N. S. &Muehlenbachs, K. (2016). «Το κεχριμπάρι Bitterfeld δεν είναι κεχριμπάρι της Βαλτικής:Τρεις γεωχημικές δοκιμές και περαιτέρω περιορισμοί στις βοτανικές συγγένειες του ηλεκτρίτη». Ανασκόπηση Παλαιοβοτανικής και Παλινολογίας , τόμ. 225, σελ. 21–32.
2. Tappert, R., McKellar, R. C., Wolfe, A. P., Tappert, M. C., Ortega-Blanco, J. &Muehlenbachs, K. (2013). «Σταθερά ισότοπα άνθρακα του C₃ Οι φυτικές ρητίνες και τα κεχριμπάρια καταγράφουν αλλαγές στο ατμοσφαιρικό οξυγόνο από το Τριασικό». Geochimica και Cosmochimica Acta , τόμ. 121, σ. 240–262.
3. Ivanov, V. D., Melnitsky, S., I. &Perkovsky, E. E. (2016). «Κατίσμυγες από καινοζωικές ρητίνες της Ευρώπης». Παλαιοντολογική Εφημερίδα , τόμ. 50, σσ. 485–493.