PETROLOGIJA

Dr Gordana Jovanović

Ciklus stena i dokazi života

Na tragu tokova evolucije

Istorija Zemlje zapisana je u stenama i fosilima čiju su ulogu ljudi odavno prepoznali ne samo kao deo kulturnog nasleđa već i kao izvor informacija koje mogu pomoći u razvoju privrede jedne zemlje. Fosili su nezamenjivi predmeti iz prirode koji se čuvaju u prirodnjačkim muzejima širom sveta. U Prirodnjačkom muzeju u Beogradu više od stotinu godina stene i fosili pričaju priče o događajima koji su se odigrali na prostorima gde se sada nalazi Srbija.
Saznanja dobijena proučavanjem fosila deli se sa javnošću izlaganjem predmeta, publikovanjem popularnih i originalnih naučnih radova, realizacijom brojnih edukativnih programa koji se odnose na geološku istoriju naše zemlje. Pore toga, Muzej zabavlja i informiše javnost o dostignućima prirodnjačkih nauka i na taj način podstiče svest ljudi o potrebi očuvanja prirodnog okruženja.

Prema načinu postanka, stene se mogu podeliti na: magmatske, metamorfne i sedimentne. Različite vrste imaju različita svojstva u zavisnosti od porekla i uslova nastanka, pa se fosili ne nalaze lako u stenama magmatskog i metamorfnog porekla. Zemlja je aktivna planeta čija se kora sastoji od kontinentalnih ploča koje se neprestano pomeraju. Zemljotresi, erupcije vulkana, izdizanje planina i mnogi drugi procesi omogućavaju nastanak jednih i razaranje drugih stena. Ovaj važan proces koji karakteriše promene na Zemlji naziva se "Ciklus stena", u kojem konstantno dolazi do promena svih vrsta stena.

Ciklus stena

Iako je Zemlja stara 4,6 milijardi godina, mnoge stene nisu toliko stare jer su “reciklirane” u mlađe. Kao deo ciklusa, bilo koja stena može raznim procesima biti promenjena u neku drugu vrstu. Fosili koji se nalaze u njima takođe mogu promeniti oblik ili se potpuno raspasti i pretvoriti u prah koji će kasnije, slično česticama peska, postati sastavni deo stene.
Postoji niz procesa koji, u formiranju i razgradnji stena, deluju zajedno sa drugim prirodnim ciklusima. Tako se, na primer, sedimentna stena može razgraditi da bi se kasnije formirala druga sedimentna stena; a u određenim uslovima, od nje može postati metamorfna stena. Takođe, stena može biti i metamorfnog porekla koja će nakon ponovne metamorfoze (preobražaja) postati druga metamorfna stena. Metamorfizam je skup fizičko-hemijskih procesa u steni u uslovima koji se razlikuju od onih u kojima je stena postala. Duboko u zemlji, bilo koja vrsta stene se može rastopiti u magmu koja će kasnije, nakon hlađenja, formirati magmatsku stenu, nastavljajući tako stenski ciklus. Nauka koja se bavi proučavanjem stena (sastav, struktura, način postanka, klasifikacija) naziva se petrologija.
Kada se govori o fosilima, obično se kaže da su sačuvani u stenama, misleći pri tome na sedimentne ili taložne stene kao što su: konglomerati, peskovi, peščari, gline, krečnjaci. U njima su pronađeni mnogi, često odlično očuvani fosili. Za magmatske stene se pretpostavlja da ne sadrže fosile jer toplota magme obično sagoreva organsku materiju. Takođe, toplota i pritisak, neophodni za promenu i nastanak metamorfne stene, lako mogu uništiti sve fosile, zbog čega se generalno zaključuje da samo sedimentne stene sadrže fosile. Međutim, u prirodi se događaju posebne okolnosti, pa se pažljivim proučavanjem sve češće pronalaze mikro i makrofosili i u stenama različitog stepena metamorfizma.
Da bi se današnje obale zaštitile od urašavanja, ljudi prave nasipe, izgrađuju razne masivne potporne zidove ili druge oblike zaštite u zavisnosti od tipa i čvrstine stena i energije talasa, verujući da je na taj način problem bar delimično rešen. Istovremeno, milioni organizama koji žive u blizini obale ili neposredno uz nju aktivno učestvuju u razaranju okolnih stena. Svaki organizam, tokom svojih životnih aktivnosti, doprinosi promenama neposrednog okruženja, naročito promenama podloge koju nastanjuje, bilo da su za podlogu izabrali ljušture drugih organizama ili okolne stene.
Kretanjem kroz podlogu, zakopavanjem ili bušenjem, organizmi menjaju svoje fizičko okruženje. Mehanizmi kretanja kroz čvrste podloge zakopavanjem ili bušenjem zavise od mehaničkih svojstava sredine i veličine i morfologije organizma. Proces razaranja stena dejstvom organizama se naziva bioerozija i javlja se u svim sredinama, od suvih pustinjskih do okeanskih, kako današnjih tako i onih iz geološke prošlosti.  Lišajevi, mahovine i gljive na pr. razaraju otkrivene površine, dok bioerozijom algi, morskih ježeva, sunđera i riba mogu stradati koralni sprudovi, koji se ponekad toliko raspadnu da prelaze u pesak. Bioerozija mikroorganizama naziva se mikrobioerozijom, za razliku od makrobioerozije koja nastaje akcijom biljaka i životinja.

Za razliku od tragova na kopnu, među kojima su najpoznatiji tragovi kretanja dinosaurusa, morske sredine su sačuvale veliki broj po obliku vrlo različitih tragova. Organizmi koji žive izvan podloge vrše spoljašnju eroziju uklanajući stenski materijal dok traže hranu, dok unutrašnju bioeroziju vrše organizmi koji iskopavaju podlogu i koriste je za sklonište. Oni prodiru kroz stenu ili zauzimaju postojeće šupljine ili pukotine u njoj. Sesilne grupe organizama koje vode nepokretan način života, naročito inkrustrirajući i perforirajući organizmi se uglavnom sačuvaju na čvrstim podlogama. Inkrustrirajući organizmi se, u vidu prevlaka, pričvršćuju za podlogu na različite načine. Dok se jedni cementiranjem trajno pričvršćuju za podlogu, drugi posle smrti ili fosilizacije otpadnu od podloge za koju su bili pričvršćeni, ali na njoj ipak ostave neki trag.
Paleontolog treba da prouči da li jedna vrsta koja ima veliki broj sačuvanih primeraka u odnosu na druge može biti dokaz da je zaista i bila brojnija u proučavanoj zajednici ili je možda samo bila otpornija na razaranje. Taj podatak se ne može dobiti bez proučavanja tragova života drugih organizama čiji se čvrsti delovi obično ne sačuvaju u fosilnom stanju. Tragovi organizama iz geološke prošlosti su nazvani ihnofosilima. Dobijaju imena kao i biološki rodovi i vrste, ali na osnovu morfologije a ne prema filogenetskim odnosima, izuzev ako se organizam koji je ostavio trag fosilizuje i sačuva  na mestu traga. Tako na primer, tragovi izazvani bušenjem sunđera Clione nazvani su Entobia, ali u podlozi je obično sačuvano samo mnoštvo sitnih perforacija.
Zabeleženi su i opisani mnogi tragovi sa drevnih kontinenata, iz drevnih mora, okeana i jezera. Dokazano je da je, na nekim mestima, život bio raznovrsniji nego što su pokazali fosilizovani čvrsti skeleti. Česti su u obliku jamica, pukotina, zadebljanja na stenama, krivudavih putanja, razgranatog drveća, rozeta. Neki parazitski organizmi na podlozi ostavljaju plitke jamice.

Fosili u sedimentnim stenama

Stene su geološka tela koja izgrađuju delove zemljine kore i mogu biti čvrste (na pr. krečnjak, mermer), rastesite (pesak) i plastične (gline). Stene su sastavljene od jednog ili više minerala, tj. stene su u stvari prirodne zajednice minerala određenog hemijskog sastava. Ako su minerali na nekom području skoncentrisani, onda ih nazivamo rudama, kao što su na pr. kamena so, gips itd.
Na površini Zemlje, erozija i drugi procesi mogu razbiti bilo koju stenu u sitnije delove koji se kasnije natalože na nekom drugom mestu. Dobile su naziv sedimentne (lat. “sedimentare”-taložiti) ili taložne stene. Kako se pritisak na sediment vremenom povećava, neki minerali deluju poput lepka, cementirajući ih u čvrstu stenu. Glavne vrste sedimentnih stena u Srbiji su: krečnjak, pesak, peščar, glina, laporac. U svima je zabeležno obilje fosila, naročito beskičmenjaka, dok su kičmenjaci nešto ređi.

Postoje i sedimentne stene koje nisu napravljene od izlomljenih delova drugih stena. Na primer, krečnjak može da se formira od mrtvih morskih organizama na morskom dnu ili hemijskim procesima koji uzrokuju taloženje minerala iz vode. Zbog toga sedimentne stene smatramo geološkim tvorevinama površinskog dela zemljine kore, koje su postale od produkata fizičko-mehaničke i hemijske prerade postojećih stenskih tvorevina ili od ostataka živog sveta. Sedimenti koji se talože na morskom dnu prekrivaju ostatke organizama koji su tu živeli. Isti procesi koji sedimente pretvaraju u stene, pomažu i pri fosilizaciji. Stene vulkanskog porekla se takođe mogu menjati i raspadati i kao takve kasnije učestvovati u formiranju sedimentnih stena.

Fosili u magmatskim i vulkanoklastičnim stenama

Magmatske ili eruptivne stene su nastale hlađenjem i očvršćavanjem usijanog tečnog rastvora koji se nalazio u unutrašnjosti Zemlje. Ako rastvor nije izbio na površinu, nazivamo ga magma; kad se usijani rastor izlije na površinu zemlje, nazivamo ga lava. Ove stene mogu biti dubinske ili plutonske (Pluton - bog podzemlja), a nastaju hlađenjem i očvršćavanjem magme u dubini zemljine kore. Ogranci magmatske stene male debljine i velike dužine, na svom putu ka površini, mogu naići na različite pukotine, gde i očvrsnu. Ovakve tvorevine nazivamo žične stene, a zbog specifičnih uslova nastanka razlikuju se od drugih po strukturi, ponekad i po mineralnom sastavu. Deo lave koji se izlije na površinu zemlje, gde i očvrsne, nazivamo izlivne ili vulkanske (Vulcanus - bog vatre) stene. Hlađenje se može brzo dogoditi nad zemljom i formirati vulkanske stene, poput bazalta i andezita.

Očigledno da magma (koja se nalazi ispod Zemljine površine) i lava (pronađena na Zemljinoj površini) ne mogu sadržavati oblike života jer dolaze iz najdubljih i najtoplijih mesta na Zemlji, gde je život nemoguć. Zato se smatra da se fosili ne mogu naći u magmatskim stenama. Ali kada pepeo iz vulkanskih erupcija prekrije okolno područje, može ponekad prekriti i organizme koji su tu živeli. Do sada je manje od 2 procenta fosila pronađeno u ovim stenama. Fosili drveća i ljušture organizama ponekad se javljaju u slojevima pepela, slično nalazima iz Pompeje.
Neki drugi primeri ostataka sisara pronađeni su u ranom oligocenu čileanskih Anda, kao što je primerak Pseudoglyptodon-a (fosilni srodnik današnjeg sisara iz roda Armadillo, (family Dasypodidae) koji je verovatno bio zahvaćen vulkanskim materijalima i bukvalno “ispečen” do smrti. Nedavno je pronađena lobanja nosoroga u vulkanoklastičnoj steni ignimbritu u Turskoj, starom oko 9,2 miliona godina, oko 30 km od mesta erupcije. Brza reka vulkanskog pepela i drugih produkata erupcije je verovatno nosila i razdvojila delove tela životinje, a potom je njegova lobanja „ispečena” na temperaturama od 450° C do 840° F. Smatra se da su pripadali velikom nosorogu sa dva roga, Ceratotherium neumairi, vrsti čestoj u istočnom delu Mediteranske provincije tokom kasnog miocena. Procenjuje se da je nosorog bio star od 10 do 15 godina kada je uginuo.

Fosili u metamorfnim stenama

Zemljina kora je stalno u pokretu. Veoma jake sile guraju, savijaju i lome stene. Ovi procesi mogu da zagreju i stisnu bilo koju vrstu stene dovoljno jako da promene njene strukture. Takve promene se nazivaju metamorfoze, a novonastale stene se nazivaju metamorfne stene. Reč “metamorfoza” je širok pojam koji ukazuje na promenu jedne stvari u drugu i obično se koristi za opisivanje drugih vrsta promena, poput gusenice koja se preobražava u leptira. Uslovi potrebni za formiranje metamorfne stene su vrlo specifični. Postojeća stena mora biti izložena visokoj toploti, visokom pritisku ili vrućoj, mineralnoj tečnosti. Obično su sve ove tri okolnosti zadovoljene.  
Proces metamorfoze počinje na 180° C. Stene u blizini magme doživljavaju razne hemijske promene pa se prvobitna stena preobražava u novu vrstu metamorfne stene. Mermer, na primer, nastaje metamorfozom sedimentne stene krečnjaka. Granit je magmatska stena koja se formira kada se magma hladi relativno sporo ispod zemlje. Kada je granit podvrgnut jakoj toploti i pritisku, pretvara se u metamorfnu stenu zvanu gnajs. Fosili obično ne mogu da prežive ove ekstremne uslove koji prouzrokuju promene strukture stene, što znači da, ako su sadržavale neki organski material, on bi terabalo da bude uništen. Procesom metamorfizma se uništavaju biološke informacije u stenama, čime je ograničen geološki zapis sa tragovima života. Uslovi u kojima se odvija metamorfoza mogu promeniti ne samo morfologiju već i sastav i strukturu organskih i mineralnih sastojaka fosila. Međutim, poznato je da, kod metamorfnih stena koje su doživele vrlo nizak stepen metamorfizma, može postojati mala mogućnost za očuvanje fosila - ali to je bila veoma retka pojava. Ipak, fosilizacija izutno sitnih fosila kao što su fosili mikrospora i mineraloški sastav okolnih stena mogu biti odlučujući faktor za njihovu izuzetno dobru očuvanost, jer su se uspešno sačuvali u stenama visokog stepena metamorfizma.

Najnovija istraživanja pokazuju da postoje i drugi organizmi pronađeni u stenama visokog stepena metamorfizma, kao što je primer izvanredne morfološke očuvanosti biljnih makrofosila u metamorfnim stenama Novog Zelanda, u kojima se mogu prepoznati listovi i stabljike. U jurskim glinama severne Irske, koje su čuvale razne beskičmenjake, došlo je do transformacije usled termičkog metamorfizma, ali su opstale morfološke karakteristike nekih grupa, naročito amonita. 
U prošlosti je prevladavalo mišljenje geologa da je intenzitet metamorfizma uvek istog stepena i da su, kao posledica toga, svi fosili potpuno uništeni. Kao posledica tih shvatanja, u početki su paleontolozi publikacije sa fosilima u metamorfnim stenama primali sa velikom dozom skepse, smatrajući da se radi samo o neorganskim predmetima koji liče na fosile, što je dovodilo do pogrešne identifikacije primeraka i gubitka važnih paleontoloških informacija. Na sreću, sve bolje poznavanje paleosredina u kojima je dolazilo do nastanka metamorfnih stena dovelo je do boljeg razumevanje paleontologa procesa dijageneze i metamorfizma i očuvanja organskih ostataka u njima. Sa boljim poznavanjem ove teme, naučnici sve češće daju svoj doprinos u otkrivanju ovog veoma vrednog materijala.
Da bi izvršio svoju misiju istraživanja raznovrsnosti živog i neživog sveta naše zemlje, Prirodnjački muzej čuva raznovrsne zbirke minerala, stena i fosila. Zbirke sadrže brojne fosile, počev od najstarijih organizama sačuvanih u sedimentnim stenama starim stotinama miliona godina do životinja iz Ledenog doba, vremena kada se čovek već pojavio. Sa ovog aspekta druge, vrste stena još uvek nisu istražene. Dosadašnjim istraživanjima stena u nekim zemaljama Evrope, kao i na nekim drugim kontinentima, pokazalo se da, iako dožive velike promene prilikom metamorfizma ili pri kontaktu sa nekim vulkanskim materijalima prilikom erupcija, fosilizovani ostaci organizama mogu biti identifikovani, što bi Muzeju donelo dodatno interesovanje javnosti. Detaljnijim proučavanjem svih vrsta stena moguće je u budućnosti otkriti nove oblike života iz geološke prošlosti koji će poboljšati naše poznavanje evolutivnih tokova i nekadašnjih uslova života.

Dr Gordana Jovanović

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"