ביוסטרטיגרפיה

ביוסטרטיגרפיה (באנגלית: Biostratigraphy) היא ענף סטרטיגרפיה המתמקד בקורלציה והקצאת גילאים יחסיים של שכבות סלע על ידי שימוש במכלולי המאובנים הכלולים בהן.Hine, Robert. "Biostratigraphy." Oxford Reference: Dictionary of Biology, 8th ed., Oxford University Press, 2019. המטרה העיקרית של ביוסטרטיגרפיה היא קורלציה, המדגימה כי אופק (מרבץ גאולוגי) מסוים בקטע גאולוגי אחד מייצג את אותו פרק זמן כמו אופק אחר בקטע אחר. מאובנים בתוך שכבות אלה שימושיים מכיוון שמשקעים בני אותו גיל יכולים להיראות שונים לחלוטין, בשל שינויים מקומיים בסביבת המשקעים. לדוגמה, חלק אחד עשוי להיות מורכב מחרסית וחוואר, בעוד שחלק אחר מכיל יותר אבני קירטון גיריות. עם זאת, אם מיני המאובנים שתועדו דומים, סביר להניח ששני המשקעים התרבדו (מלשון ריבוד, סטרטיגרפיה) בערך באותו זמן. במצב אידיאלי משמשים מאובנים אלו לסייע בזיהוי אזורי ביולוגיה ייחודיים, שכן הם מהווים את יחידות הביוסטרטיגרפיה הבסיסיות ומגדירים פרקי זמן גאולוגיים על סמך מיני המאובנים שנמצאו בכל חלק.

מושגים בסיסיים של עקרונות ביו-סטרטיגרפיים הוצגו לפני מאות שנים, עד לתחילת המאה ה-19. המדען והבישוף הדני ניקולאוס סטנו היה אחד הגאולוגים הראשונים שזיהו ששכבות הסלע מצייתות לעקרון הסופרפוזיציה. עם ההתקדמות במדע ובטכנולוגיה, עד המאה ה-18 התקבלה ההנחה שמאובנים הם שרידים של מינים שמתו והשתמרו בתוך הסלע.Gon, S. M. "Trilobite Biostratigraphy." Edited by Nicolas Tormo, Trilobite Biostratigraphy, 4 Sept. 2018, www.trilobites.info/biostratigraphy.htm השיטה הייתה מבוססת היטב לפני שצ'ארלס דרווין הסביר את המנגנון מאחוריה – אבולוציה.Gluyas, J. & Swarbrick, R. (2004) Petroleum Geoscience. Publ. Blackwell Publishing. pp. 80-82 המדענים ויליאם סמית, ז'ורז' קיווייה ואלכסנדר ברוניאר הגיעו למסקנה שמאובנים העידו על סדרה של אירועים כרונולוגיים, המבססים שכבות סלע כסוג כלשהו של יחידה שנקראה מאוחר יותר ביו-זון.Young, Keith (March 1960). "Biostratigraphy and the New Paleontology". Journal of Paleontology. 34: 347–348 – via JSTOR.

מדענים החלו לקשר את השינויים בשכבות ובאזורים ביולוגיים לתקופות גאולוגיות שונות, תוך קביעת גבולות ותקופות זמן שהן מתרחשים שינויים בבעלי חיים גדולים. בשלהי המאה ה-18 זכו תקופות הקמבריון והקרבון להכרה בין-לאומית בשל ממצאים אלה.

בתחילת המאה ה-20, התקדמות הטכנולוגיה נתנה למדענים את היכולת לחקור רדיואקטיביות. באמצעות מתודולוגיה זו, מדענים הצליחו לקבוע את הזמן הגאולוגי, את הגבולות של העידנים השונים (פלאוזואיקון, מזוזואיקון, קנוזואיקון) והתקופות השונות (קמבריון, אורדוביק, סילור) דרך האיזוטופים שנמצאו בתוך מאובנים באמצעות תיארוך רדיואקטיבי.

השימושים הנוכחיים של המאה ה-21 בביוסטרטיגרפיה כרוכים בפרשנויות גיל של שכבות סלע, המשמשות בעיקר את תעשיות הנפט והגז לעבודה בקידוח והקצאות משאבים.Simmons, Mike. (2019). ResearchGate, Biostratigraphy in Exploration. Retrieved March 5, 2020. URL: https://www.researchgate.net/publication/332188386_Biostratigraphy_in_Exploration
ממוזער|בונה השונית הראשון  הוא מאובן אינדקס עולמי עבור הקמבריון התחתון

 מאובנים כבסיס לחלוקה סטרטיגרפית 
מכלול מאובנים שימש באופן מסורתי כדי לקבוע את משך התקופות. מכיוון שנדרש שינוי גדול בפאונה כדי לגרום לסטרטיגרפים הראשונים ליצור תקופה חדשה, רוב התקופות שאנו מכירים כיום מסתיימות באירוע הכחדה גדול או בתחלופה של מיני בעלי חיים.

 מושג השלב 
שלב הוא תת-חלוקה עיקרית של שכבות עוקבות. כל אחת נושאת מכלול ייחודי של מאובנים. ניתן להגדיר שלבים כקבוצה של שכבות המכילות את אותם מכלול מאובנים עיקריים. הפלאונטולוג הצרפתי אלסיד ד'אורביני (Alcide d'Orbigny) המציא את המושג הזה. הוא קרא לשלבים על שם יישובים גאוגרפיים עם קטעים טובים במיוחד של שכבות סלע הנושאים את המאובנים האופייניים עליהם מבוססים השלבים.

 מושג האזור 
בשנת 1856 הציג הפלאונטולוג הגרמני אלברט אופל (Oppel) את המושג "אזור" (הידוע גם כ-biozones או אזור אופל). אזור כולל שכבות המאופיינות בטווח החפיפה של מאובנים. הן מייצגות את הזמן בין הופעת המינים שנבחרו בבסיס האזור לבין הופעתם של מינים אחרים שנבחרו בבסיס האזור העוקב הבא. אזורי אופל נקראים על שם זן מאובן ייחודי, הנקרא מאובן אינדקס. מאובני אינדקס הם אחד ממכלול המינים המאפיינים את האזור.

ביוסטרטיגרפיה משתמשת באזורים עבור יחידת המדידה הבסיסית ביותר. העובי והטווח של אזורים אלה יכולים להיות מטרים בודדים, עד מאות מטרים. הם יכולים להיות מקומיים או בכל העולם, שכן אופן הצטברותם והימצאותם במישור האופקי מסתמך על לוחות טקטוניים ופעילות טקטונית. שניים מהתהליכים הטקטוניים שעשויים לגרום לשינוי טווחי האזורים הללו הם קיפול מטמורפי והפחתה.

הביו-זון של טווח הטקסון מייצג את הטווח הסטרטיגרפי והגאוגרפי הידוע של התרחשות של טקסון בודד. ביו-זון טווח בו-זמני כולל את החלק המקביל או החופף של הטווח של שני מינים. אזורי ביו-זון המעידים על רווחים כוללים את השכבות בין שני משטחים ביו-סטרטיגרפיים ספציפיים ויכולים להתבסס על ממצאי המאובנים הנמוכים ביותר או הגבוהים ביותר. אזורי ביו-זון המעידים על שושלות הם שכבות המכילות מינים המייצגים קטע מסוים של שושלת אבולוציונית. אזורי ביו-זון של הרכבה הם שכבות המכילות שילוב ייחודית של שלוש או יותר מינים (טקסונים). אזורי שפע הם שכבות שבהן השפע של טקסון מסוים או קבוצת טקסונים גדול משמעותית מאשר בחלק הסמוך של הקטע.

 מאובני אינדקס 
ממוזער|Amplexograptus, מאובן אינדקס גרפטוליט, מהאורדוביק ליד קני ספרינגס, טנסי.
מאובני אינדקס (או מאובני מדריך, מאובני אינדיקטור או מאובני תיארוך) הם שרידים מאובנים או עקבות של צמחים או בעלי חיים מסוימים האופייניים לטווח מסוים של זמן או סביבה גאולוגית, וניתן להשתמש בהם כדי לזהות ולתארוך את המכיל סלעים. כדי להיות שימושיים, מאובני אינדקס צריכים להיות בטווח זמן אנכי מוגבל ובתפוצה גאוגרפית רחבה, ולבטא מגמות אבולוציוניות מהירות. לפיכך ידוע כי תצורות סלע המופרדות במרחקים גדולים, אך מכילות את אותו אינדקס של מינים מאובנים, נוצרו במהלך הזמן המוגבל שהמין חי.

מאובני אינדקס שימשו במקור כדי להגדיר ולזהות יחידות גאולוגיות, לאחר מכן הפכו לבסיס להגדרת תקופות גאולוגיות, ולאחר מכן – שלבים ואזורים בתיארוך תקופת קיומם של בעלי חיים.

אמוניטים, גרפטוליטים, ארכאוציאתידים, אינוסרמידים וטרילוביטים הם קבוצות של בעלי חיים שמהם זוהו מינים רבים כמאובני אינדקס הנמצאים בשימוש נרחב בביוסטרטיגרפיה. גם מינים של מיקרו מאובנים כגון אקריטרכים, צ'יטינוזואה, קונודונטים, ציסטות דינופלגלטיות, צדפונאים, אבקה, נבגים וחוריריות משמשים לעיתים קרובות לצורך תיארוך. מאובנים שונים משמשים לתיארוך משקעים בגילאים שונים; טרילוביטים, למשל, שימושיים במיוחד עבור משקעים בגיל הקמבריון. סדרה ארוכה של מיני אמוניטים ואינוסרמידים שימושיים לתיארוך והתאמה בין אירועים סביבתיים ברחבי העולם במהלך חממת העל של הקרטיקון העליון.

כדי לעבוד היטב, המאובנים המשמשים חייבים להיות נפוצים גאוגרפית, כך שניתן למצוא אותם במקומות רבים ושונים. כמו כן הם חייבים להיות קצרי מועד כמין, כך שפרק הזמן שבמהלכו הם יכולים להשתלב במשקעים הוא צר יחסית. ככל שהמין חי יותר, כך הדיוק הסטרטיגרפי ירוד יותר, ולכן מאובנים המתפתחים במהירות, כמו אמוניטים, מועדפים במחקר על פני צורות המתפתחות הרבה יותר לאט, כמו נאוטילוסאים.

לעיתים קרובות מתאמים ביו-סטרטיגרפיים מבוססים על מכלול בעלי חיים ולא על מין בודד. זה מאפשר דיוק רב יותר, שכן טווח הזמן שבו כל המינים במכלול התקיימו יחד הוא צר יותר מטווחי הזמן של כל אחד מהמינים. יתרה מזאת, אם קיים רק מין אחד בדגימה, המשמעות יכולה להיות (1) שהשכבות נוצרו בטווח המאובנים הידוע של אותו אורגניזם, או (2) שטווח המאובנים של האורגניזם לא היה ידוע לחלוטין, והשכבות מרחיבות את טווח המאובנים הידוע. לדוגמה, נוכחותו של מאובן העקבות Treptichnus pedum שימש להגדרת הבסיס של תקופת הקמבריון, אך מאז הוא נמצא בשכבות ישנות יותר. אם המאובן קל לשימור וקל לזיהוי, ניתן להעריך זמן מדויק יותר של השכבות הסטרטיגרפיות.

 רצף בעלי חיים 
ממוזער|הדגמה למאובן שהתגלה לאחרונה ומתוארך על ידי כך שהוא מוכנס לרצף המאובנים.
את התאוריה של רצף בעלי חיים ניסח בתחילת המאה ה-19 ויליאם סמית. כאשר חקר שכבות סלע, החל לזהות מחשופי סלע שמכילים אוסף ייחודי של מאובנים.  הרעיון שמחשופי הסלע המרוחקים האלה מכילים מאובנים דומים אפשר לסמית להזמין תצורות סלע מרחבי אנגליה. עם עבודתו על מחשופי הסלע הללו ומיפוי אנגליה, החל סמית לשים לב שכמה ערוגות סלע עשויות להכיל בעיקר מינים דומים, אולם היו גם הבדלים עדינים בתוך או בין קבוצות מאובנים אלו. הבדל זה במכלולים שנראו זהים בהתחלה, מוביל לעקרון של רצף בעלי חיים, שבו אורגניזמים מאובנים מחליפים זה את זה בסדר מוגדר וניתן לקביעה, ולכן ניתן לסווג כל פרק זמן לפי היקף המאובנים שלו.

 ראו גם 
 מאובן
 עקרון רצף הפאונה
 ביוכרונולוגיה
 כרונוסטרטיגרפיה
 Conodont biostratigraphy
 Dinosaur biostratigraphy
 Lithostratigraphy
 Tectonostratigraphy
 Topostratigraphy
 Biozone

 קישורים חיצוניים 

 מחולל עמודות ליטוסטרטיגרפי ביוסטרטיגרפי

 הערות שוליים 

קטגוריה:מאובנים
קטגוריה:סטרטיגרפיה
קטגוריה:פלאונטולוגיה