ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΠΑΛΑΙΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΠΑΛΑΙΟΚΛΙΜΑΤΟΣ

Transcript

1 ΣΗΜΕΙΩΣΕΙΣ ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΓΕΩΛΟΓΙΑΣ ΚΑΙ ΠΑΛΑΙΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΣΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΠΑΛΑΙΟΚΛΙΜΑΤΟΣ υπό Δρ Στέλλα Τσαϊλά-Μονόπλωλη Καθηγήτρια τμήματος Γεωλογίας Δρ Μαρία Γεραγά Επιστημονικός Συνεργάτης Πάτρα 2003

2 Κεφάλαιο 1 Γεωλογία είναι η επιστήμη που μελετά τη σύσταση, τον τρόπο δημιουργίας και την εξελικτική ιστορία της γης. Ετυμολογικά ο όρος γεωλογία σημαίνει επιστήμη της γης. Συνήθως, η επιστήμη αυτή περιορίζεται στη μελέτη του ανώτερου στρώματος της γης, του γήινου φλοιού. Αντικείμενο της γεωλογίας είναι η ανασύσταση της ιστορίας της γης και η μελέτη της εξέλιξις των οργανισμών πάνω σ αυτή. Για τον σκοπό αυτόν ο γεωλόγος διαθέτει μόνο τα πετρώματα που αποτελούν το γήινο φλοιό και είναι προσιτά στην παρατήρηση. Η μελέτη του γεωλόγου στηρίζεται σε δύο θεμελιώδη αξιώματα: Σύμφωνα με το πρώτο, η μορφή και η σύσταση των διαφόρων πετρωμάτων, δεν είναι τυχαία, αλλά αποτέλεσμα των συνθηκών που επικρατούσαν κατά τη δημιουργία τους και των παραμορφώσεων που υπέστησαν μεταγενέστερα. Το δεύτερο αξίωμα είναι η αρχή της ομοιομoρφίας ή η αρχή του ακτουαλισμού: οι μεταβολές που συνέβησαν στη γη κατά το παρελθόν οφείλονται σε αιτίες ανάλογες, ως προς τη φύση και την ένταση, μ αυτές που δρουν και σήμερα (Lyell 1833). Αυτό σημαίνει ότι, οι δυνάμεις ή οι μηχανισμοί που προκαλούν μεταβολές στο φλοιό της γης, μπορούσαν να δρουν, με ανάλογο τρόπο, στη διάρκεια του γεωλογικού χρόνου. Ο γεωλόγος, μελετώντας τα πετρώματα, τις παραμορφώσεις τους, καθώς και τα απολιθώματα, μπορεί να διαβάσει το «γεωλογικό αρχείο» του γήινου φλοιού. Η εφαρμοσμένη γεωλογία διαθέτει και σημαντικό οικονομικό ενδιαφέρον, επειδή στηρίζει την έρευνα και εκμετάλλευση όλων των χρήσιμων πρώτων υλών της βιομηχανίας όπως τα μέταλλα, πετρέλαιο, νερό, αλάτι και υποστηρίζει την έρευνα και την κατασκευή μεγάλων τεχνικών έργων. 1

3 Κεφάλαιο 2 ΤΑ ΜΕΓΑΛΑ ΣΤΑΔΙΑ ΤΗΣ ΙΣΤΟΡΙΑΣ ΤΗΣ ΓΗΣ Τα τελευταία χρόνια, οι περισσότεροι επιστήμονες θεωρούν ότι το σύμπαν δημιουργήθηκε πριν περίπου από δισεκατομμύρια χρόνια, με την Μεγάλη Έκρηξη (Big Bang). Κατά τη στιγμή εκείνη, σε μια περιοχή που ήταν δισεκατομμύρια φορές μικρότερη από ένα πρωτόνιο, ο χώρος και ο χρόνος βρίσκονταν στη θέση μηδέν. Δηλαδή, δεν υπάρχει τίποτα "πριν από την Μεγάλη Έκρηξη" αλλά ότι συνέβηκε μετά από αυτή. Η αιτία γι αυτό είναι ότι ο χώρος και ο χρόνος είναι αμετάβλητα συνδεδεμένοι για να σχηματίζουν ένα συνεχές χωροχρόνο, όπως απέδειξε με τη θεωρία της σχετικότητας ο Einstein. Χωρίς χώρο δεν μπορεί να υπάρχει χρόνος. Το ότι το σύμπαν δεν υπήρχε από πάντα καθώς και το ότι η Μεγάλη Έκρηξη έγινε πριν από δισεκατομμύρια χρόνια αποδεικνύεται από δύο θεμελιώδη φαινόμενα: (α) το σύμπαν διαστέλλεται (β) από την ακτινοβολία υποβάθρου (background radiation). Η ακτινοβολία αυτή θεωρείται ότι είναι τα υπολείμματα του λυκόφωτος της Μεγάλης Έκρηξης. Με τη θεωρία της διαστολής του σύμπαντος, οι αστρονόμοι με βάση τον ρυθμό διαστολής υπολόγισαν πόσο χρόνο πριν οι γαλαξίες ήσαν ενωμένοι σε ένα μόνο σημείο. Τέτοιοι υπολογισμοί έδωσαν την ηλικία του σύμπαντος σε δισεκατομμύρια χρόνια. Κάπου μεταξύ και 1-2 δισεκατομμύρια χρόνια μετά τη Μεγάλη Έκρηξη, η ύλη του σύμπαντος άρχισε για λόγους που ακόμη δεν έχουν κατανοηθεί, να συγκεντρώνεται σε νέφη διαφόρων μεγεθών τα οποία ενδεχομένως κατέρρευσαν για να σχηματίσουν ομάδες γαλαξιών και αστέρων. Καθώς το σύμπαν συνέχισε να διαστέλλεται και να ψύχεται, σχηματίστηκαν άστρα και γαλαξίες και η χημική σύσταση του σύμπαντος άλλαξε. Στα πρώτα στάδια της ιστορίας του το σύμπαν αποτελείτο κατά 100% από υδρογόνο και ήλιο ενώ σήμερα τα ίδια στοιχεία αποτελούν το 98% της κατά βάρος σύστασής του. Βαρύτερα στοιχεία σχηματίζονται από ελαφρύτερα σαν αποτέλεσμα των αντιδράσεων σύντηξης, όπου οι ατομικοί πυρήνες συνδυάζονται και σχηματίζουν πυρήνες μεγαλύτερης μάζας.τέτοιες αντιδράσεις που γίνονται στους πυρήνες των άστρων, μετατρέπουν το υδρογόνο σε ήλιο. Αστέρια μεγαλύτερης μάζας από τον ήλιο μπορούν να υποστούν πολλά στάδια πυρηνικών αντιδράσεων, στα οποία το υδρογόνο μετατρέπεται αρχικά σε ήλιο, μετά σε άνθρακα και από τον άνθρακα σε βαρύτερα στοιχεία. Όταν τα άστρα αυτά πεθάνουν, συχνά εκρηγνυόμενα, τα βαρύτερα στοιχεία που είχαν σχηματιστεί στους πυρήνες τους επιστρέφουν στο διαστρικό διάστημα και είναι διαθέσιμα για να εγκλειστούν σε άλλα άστρα. Με αυτό τον τρόπο η χημική σύνθεση των γαλαξιών που αποτελούνται από δισεκατομμύρια άστρα, εμπλουτίζονται βαθμιαία σε βαρύτερα 2

4 στοιχεία. Έτσι η χημική σύσταση του Milky Way έχει αλλάξει στη διάρκεια της περιόδου μεταξύ της Μεγάλης Έκρηξης και του σχηματισμού του ηλιακού μας συστήματος. Σήμερα, σχεδόν το 2% της ολικής μάζας του γαλαξία Milky Way αποτελείται από στοιχεία βαρύτερα από τον ήλιο. ΜΕΡΙΚΑ ΧΑΡΑΚΤΗΡΙΣΤΙΚΑ ΤΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ 1. Όλοι οι πλανήτες περιστρέφονται γύρω από τον Ήλιο με διεύθυνση αντίθετη από την κίνηση των δεικτών του ρολογιού. 2. Οι τροχιές γύρω από τον Ήλιο είναι σχεδόν κυκλικές και όλες οι πλανητικές τροχιές βρίσκονται στο ίδιο επίπεδο που ονομάζεται ελλειπτικό επίπεδο. 3. Όλοι οι πλανήτες εκτός από την Αφροδίτη και τον Ουρανό και σχεδόν όλοι οι πλανητικοί δορυφόροι περιστρέφονται με διεύθυνση αντίθετη των δεικτών του ρολογιού. Επίσης, όλοι οι πλανήτες εκτός από τον Ουρανό και τον Πλούτωνα έχουν άξονες περιστροφής που είναι σχεδόν κάθετοι στο ελλειπτικό επίπεδο. Οι εννέα πλανήτες μπορούν να υποδιαιρεθούν σε δύο ομάδες με βάση τις χημικές και φυσικές ιδιότητές τους. 1η ομάδα: Οι 4 εσωτερικοί: Ερμής, Αφροδίτη, Γη και Άρης είναι μικροί με υψηλές μέσες πυκνότητες, που δείχνουν ότι αποτελούνται από πετρώματα με μεταλλικά στοιχεία. Είναι γνωστοί ως γήινοι ή τελλουριακοί πλανήτες, επειδή είναι παρόμοιοι με τη Γη. 2η ομάδα: Οι επόμενοι 4, Δίας, Κρόνος, Ουρανός και Ποσειδώνας ονομάζονται δίοινοι πλανήτες, επειδή μοιάζουν με τον Δία. Έχουν μεγάλο μέγεθος και μικρή μέση πυκνότητα, που δείχνει ότι αποτελούνται από ελαφρά αέρια όπως το υδρογόνο και το ήλιο, καθώς και παγωμένες συνθέσεις όπως η αμμωνία και το μεθάνιο. Ο εξωτερικός πλανήτης ο Πλούτωνας, είναι μικρός και έχει μικρή μέση πυκνότητα ελαφρά μεγαλύτερη από 2 gr./ cm³. Αναπαράσταση του ηλιακού συστήματος που δείχνει τις τροχές των πλανητών γύρω από τον Ήλιο 3

5 ΤΡΕΧΟΥΣΑ ΘΕΩΡΙΑ ΓΙΑ ΤΗΝ ΠΡΟΕΛΕΥΣΗ ΤΟΥ ΗΛΙΑΚΟΥ ΣΥΣΤΗΜΑΤΟΣ Σύμφωνα με τη θεωρία του ηλιακού νεφελώματος, το ηλιακό μας σύστημα σχηματίστηκε πριν 4.6 δισεκατομμύρια χρόνια, όταν διαστρικό υλικό ενός ελικοειδούς βραχίονα του γαλαξία Milky Way συμπυκνώθηκε και άρχισε να καταρρέει βαθμιαία κάτω από την επίδραση της βαρύτητας. Στη συνέχεια, άρχισε να πλαταίνει και να περιστρέφεται αντίθετα από τους δείκτες του ρολογιού, με το 90% της μάζας του συγκεντρωμένο στο κεντρικό τμήμα του νέφους. Καθώς η περιστροφή και η συγκέντρωση συνεχίστηκε, σχηματίστηκε ένας εμβρυακός ήλιος στο κέντρο, που περιβαλλόταν από ένα διαταραγμένο, περιστρεφόμενο νέφος από υλικό που ονομάζουμε ηλιακό νεφέλωμα. Στα σημεία που δημιουργήθηκε συγκέντρωση αερίων και στερεών σωματιδίων προκλήθηκαν τοπικοί ανεμοστρόβιλοι και σχηματίστηκαν τα planetesimals (σώματα μεγέθους αστεροειδούς που συσσωματώνονται μεταξύ τους και σχηματίζουν πρωτοπλανήτες). Με τους ανεμοστρόβιλους περιστρέφονταν όλα κατά την ίδια διεύθυνση γύρω από τον Ήλιο και κατά την ίδια διεύθυνση γύρω από τους άξονές τους. Κάτι συνέβη (ίσως μια ασυνήθιστα μεγάλη σύγκρουση) που είχε σαν αποτέλεσμα η Αφροδίτη να περιστρέφεται κατά την αντίθετη διεύθυνση. Μία σύγκρουση θα μπορούσε επίσης να εξηγήσει γιατί ο Ουρανός και ο Πλούτωνας δεν περιστρέφονται σχεδόν κάθετα στο ελλειπτικό επίπεδο. Κατά τη διάρκεια της πρώιμης φάσης επισώρευσης στην ιστορία του ηλιακού συστήματος, οι συγκρούσεις μεταξύ σωμάτων ήταν πολύ συχνές, γεγονός που εξηγεί τους κρατήρες που χαρακτηρίζουν πολλούς πλανήτες και δορυφόρους. Η σύνθεση των διαφόρων πλανητών μπορεί να εξηγηθεί από το γεγονός ότι κάθε στοιχείο συμπυκνώνεται από την αέρια φάση σε διαφορετική πίεσηθερμοκρασία. Στα θερμά εσωτερικά τμήματα του ηλιακού νεφελώματος, τα στοιχεία που συμπυκνώνονται σε υψηλές θερμοκρασίες άρχισαν να σχηματίζουν στερεά σωματίδια. Η θερμοκρασία ήταν ακόμα πολύ υψηλή σε αυτή την εσωτερική περιοχή για να συμπυκνωθούν τα πτητικά στοιχεία όπως το υδρογόνο, ήλιο, αμμωνία και το μεθάνιο, έτσι παρέμειναν σε αέρια κατάσταση. Στις εξωτερικές όμως περιοχές του ηλιακού νεφελώματος αυτά τα αέρια άρχισαν να συμπυκνώνονται και να σχηματίζουν πάγους. Καθώς λάμβανε χώρα η συμπύκνωση, τα αέρια, υγρά και στερεά σωματίδια άρχισαν να συγκεντρώνονται σε ακόμα μεγαλύτερες μάζες. Οι μάζες αυτές έγιναν planetesimals και συνέχισαν να επαυξάνονται σε πραγματικά πλανητικά σώματα, των οποίων η σύνθεση είναι αποτέλεσμα της απόστασής τους από τον Ήλιο. Οι εσωτερικοί γήινοι πλανήτες αποτελούνται από πετρώματα και μεταλλικά στοιχεία που συμπυκνώνονται σε υψηλές θερμοκρασίες. Οι εξωτερικοί πλανήτες, οι οποίοι έχουν όλοι κεντρικό πυρήνα από πετρώματα, που είναι όμως μικρός σε σχέση με το συνολικό τους μέγεθος, αποτελούνται κυρίως από υδρογόνο, ήλιο, αμμωνία και μεθάνιο, τα οποία συμπυκνώνονται σε χαμηλές θερμοκρασίες. Ενώ οι πλανήτες μεγαλώνουν, το υλικό που είχε βρεθεί στο κέντρο του νεφελώματος επίσης συμπυκνώθηκε, κατέρρευσε και θερμάνθηκε σε αρκετές χιλιάδες βαθμούς από συμπίεση λόγω βαρύτητας. Αυτό είχε σαν αποτέλεσμα τη γέννηση ενός άστρου, του Ήλιου. Κατά τη διάρκεια της πρώιμης ιστορίας του ο Ήλιος εξέπεμψε ένα τεράστιο ωστικό κύμα ενέργειας που ώθησε τα αέρια και τη σκόνη του ηλιακού συστήματος στο διαστρικό χώρο. Τέτοια ωστικά κύματα αποτελούν κανονικές φάσεις εξέλιξης των άστρων και εξηγούν γιατί το ηλιακό σύστημα είναι τόσο ελεύθερο από ασύνδετα 4

6 θραύσματα. Επίσης κατά την πρώιμη ιστορία του Ήλιου, το μαγνητικό του πεδίο αλληλεπέδρασε με ιονισμένα αέρια του ηλιακού νεφελώματος, με αποτέλεσμα την ελάττωση της ταχύτητας περιστροφής του Ήλιου μέσω μιας διαδικασίας μαγνητικής πέδισης. Η ανακάλυψη ότι το μαγνητικό πεδίο του Ήλιου άσκησε δυνάμεις πάνω στα περιβάλλοντα αέρια του νεφελώματος έλυσε το πρόβλημα της τόσο αργής κίνησης του Ήλιου. Η ζώνη των αστεροειδών αποτελεί το τελευταίο χαρακτηριστικό του ηλιακού συστήματος που οφείλει να εξηγηθεί με τη θεωρία του ηλιακού νεφελώματος. Τα αστεροειδή πιθανώς σχηματίστηκαν σαν planetesimals σε έναν εντοπισμένο στρόβιλο μεταξύ αυτού που πιθανά έγινε Ερμής και Δίας με τον ίδιο τρόπο που τα άλλα planetesimals σχημάτισαν εσωτερικούς πλανήτες. Το τεράστιο βαρυτικό πεδίο του Δία εμπόδισε την ύλη της ζώνης των αστεροειδών να σχηματίσει έναν άλλο πλανήτη. Η θεωρία του ηλιακού νεφελώματος για τον σχηματισμό του ηλιακού συστήματος λαμβάνει υπόψη τις ομοιότητες των τροχιών των πλανητών και των δορυφόρων τους, τις διαφορές στη σύσταση μεταξύ εσωτερικών και εξωτερικών πλανητών, την αργή περιστροφή του Ήλιου και την παρουσία της ζώνης των αστεροειδών. Αν και ορισμένες λεπτομέρειες χρειάζονται ακόμα διαλεύκανση η θεωρία του ηλιακού νεφελώματος εξηγεί καλύτερα από τις προηγούμενες θεωρίες τα χαρακτηριστικά του ηλιακού συστήματος και δίνει μια λογική εξήγηση για την ιστορία της εξέλιξής του. Οι μετεωρίτες τέλος θεωρούνται τεμάχη υλικού που δημιουργήθηκε κατά τη διάρκεια σχηματισμού του ηλιακού συστήματος πριν από 4,6 δισεκατομμύρια χρόνια. Στα πρώτα στάδια της ιστορίας του ηλιακού συστήματος έλαβε χώρα μια περίοδος με ισχυρούς βομβαρδισμούς μετεωριτών, καθώς το ηλιακό σύστημα αυτοκαθαρίστηκε από τα πολλά τεμάχη υλικού που δεν είχαν ακόμα επισωρευτεί σε πλανητικά σώματα ή δορυφόρους. Έκτοτε, η δραστηριότητα των μετεωριτών ελαττώθηκε σε μεγάλο βαθμό. Οι περισσότεροι από τους μετεωρίτες που φτάνουν σήμερα στη Γη είναι πιθανά θραύσματα που προκύπτουν από συγκρούσεις αστεροειδών. ΣΧΗΜΑ, ΜΕΓΕΘΟΣ ΚΑΙ ΔΟΜΗ ΤΗΣ ΓΗΣ Η Γη έχει σχήμα πεπλατυσμένο σφαιροειδές, με πολική ακτίνα ελαφρά μικρότερη (περίπου μέτρα) από την ισημερινή της ακτίνα (περίπου μέτρα). (α). Ο φλοιός της Γης Το εξωτερικό περίβλημα της γήινης σφαίρας αποτελεί τον φλοιό της Γης, του οποίου το πάχος κάτω από μια ήπειρο μπορεί να φτάσει τα 80 χιλιόμετρα ενώ στους ωκεανούς περιορίζεται στα 4-8 χιλιόμετρα. Το σύνολο του φλοιού αντιστοιχεί στο 1% του όγκου και περίπου στα 0,5% της μάζας της Γης. Το πάχος του ηπειρωτικού φλοιού δεν είναι παντού το ίδιο. Έτσι, στις ορεινές περιοχές είναι μεγαλύτερο από ότι στις πεδινές. Ηπειρωτικός φλοιός αποτελείται από τρία κυρίως στρώματα: το ιζηματογενές, το γρανιτικό και το βασαλτικό. Οι ονομασίες των στρωμάτων αυτών δεν αντιστοιχούν απόλυτα στην σύστασή τους, αλλά στις ταχύτητες διάδοσης των σεισμικών κυμάτων μέσα στα στρώματα αυτά, που είναι παρόμοιες με εκείνες των ιζηματογενών, γρανιτικών και βασαλτικών πετρωμάτων. Στον ωκεάνιο φλοιό απαντάται το βασαλτικό υλικό που κατά περίπτωση καλύπτεται από ιζηματογενή υλικά. Ο ωκεάνιος φλοιός απαντάται στα μεγάλα βάθη 5

7 των ωκεανών (κάτω από τα 4 χιλιόμετρα), ενώ στις παρυφές των ωκεανών ή στις κλειστές θάλασσες το πάχος του ωκεάνιου φλοιού αυξάνεται με τη συσσώρευση ιζημάτων. Στο γήινο φλοιό διακρίνονται δύο στιβάδες. Η ανώτερη που αποτελείται κυρίως από πυριτικά και αργιλικά ορυκτά και ονομάζεται Sial ή σιαλική στιβάδα. Η βαθύτερη συνίσταται κυρίως από υλικά του πυριτίου και του μαγνησίου και ονομάζεται Sima ή σιματική στιβάδα. Με τις γεωφυσικές διασκοπήσεις έχουν διαπιστωθεί διαφορές στη σύσταση και στην πυκνότητα μεταξύ των στιβάδων Sial και Sima. Η ασυνέχεια αυτή ονομάζεται διαχωριστική επιφάνεια Conrad. Κατά την γνώμη ορισμένων ερευνητών η ασυνέχεια αυτή δεν πιστοποιείται παντού. (β). Ο μανδύας Κάτω από το στερεό φλοιό ακολουθεί ο μανδύας που διακρίνεται στον εξωτερικό μανδύα (πάχος περίπου 900 χιλιόμετρα) και στον εσωτερικό μανδύα (πάχος περίπου χιλιόμετρα) Ο μανδύας διαχωρίζεται από τον υπερκείμενο στερεό φλοιό με την ασυνέχεια Mohorovicic. Το σύνολο του μανδύα αντιστοιχεί στο 83% του όγκου και στο 67% της μάζας της Γης. Ο εξωτερικός μανδύας διακρίνεται σε περισσότερα στρώματα Το στρώμα όπου παρατηρείται η μικρότερη ταχύτητα των σεισμικών κυμάτων, ονομάζεται στρώμα Gutenberg ή ασθενόσφαιρα και βρίσκεται σε βάθος 200 χιλιομέτρων. Στο μανδύα η θερμοκρασία και η πίεση αυξάνουν με το βάθος. Έτσι, η θερμοκρασία ρευστοποιεί το υλικό του μανδύα ενώ η πίεση προσπαθεί να κρατήσει τη στερεά κατάσταση. Στον εξωτερικό μανδύα κάτω από το στρώμα Gutenberg ή ασθενόσφαιρα και μέχρι το βάθος των 900 χιλιομέτρων ακολουθεί το στρώμα Golitsyn. Στο στρώμα αυτό η ταχύτητα διαδόσεως των σεισμικών κυμάτων αυξάνει με πολύ μεγάλο ρυθμό, προφανώς λόγω των μεγάλων πιέσεων που επικρατούν. Λόγω των πιέσεων τα πυριτικά ορυκτά του μαγνησίου και του σιδήρου αποκτούν πιο συμπαγή κρυσταλλική δομή, επιτρέποντας την αύξηση της ταχύτητας διαδόσεως των σεισμικών κυμάτων με το βάθος. Στον εσωτερικό μανδύα, που εκτείνεται από το βάθος των 900 χιλιομέτρων έως τα χιλιόμετρα η ταχύτητα διαδόσεως των σεισμικών κυμάτων αυξάνει ομαλά με την αύξηση της πιέσεως. Συμπεραίνεται λοιπόν ότι τα υλικά που αποτελούν τον εσωτερικό μανδύα είναι παρόμοια με εκείνα του εξωτερικού αλλά ομοιογενή και έχουν διασπασθεί σε οξείδια. Λιθόσφαιρα ονομάζεται ο στερεός φλοιός μαζί με τον εξωτερικό μανδύα. Το πάχος της λιθόσφαιρας ανέρχεται στα 150 χιλιόμετρα περίπου. (γ). Ο πυρήνας Ο πυρήνας εκτείνεται από την ασυνέχεια Gutenberg, που τον διαχωρίζει από τον μανδύα, μέχρι το κέντρο της Γης δηλαδή από τα χιλιόμετρα βάθος μέχρι τα χιλιόμετρα. Ο πυρήνας στο σύνολό του καλύπτει το 16% του όγκου και το 32,5% της μάζας της Γης. Διακρίνεται στον εξωτερικό πυρήνα από το βάθος των χιλιόμετρα, στην ενδιάμεση ζώνη (πάχους 100 χιλιομέτρων) και στον εσωτερικό πυρήνα που τελειώνει στο κέντρο της Γης. 6

8 Ο διαχωρισμός του πυρήνα βασίζεται στις φυσικές ιδιότητες των υλικών που αποτελείται. Επειδή τα εγκάρσια σεισμικά κύματα δεν περνούν μέσα από τα υγρά και επειδή το ίδιο συμβαίνει και στον εξωτερικό πυρήνα, συμπεραίνεται ότι ο εξωτερικός πυρήνας πρέπει να βρίσκεται σε ένα είδος «υγρής» κατάστασης. Αλλά τι είδος υγρή κατάσταση είναι αυτή αφού επικρατούν πιέσεις της τάξης του 1,4 εκατομμυρίων ατμοσφαιρών στα όρια με τον μανδύα και 3,7 εκατομμυρίων ατμοσφαιρών στο κέντρο της Γης; Η μέση πυκνότητα του πυρήνα είναι μεγαλύτερη των 11,5 gr/cm³, αλλά τέτοια πυκνότητα έχουν μόνο τα μέταλλα. Έτσι με τα δεδομένα αυτά συμπεραίνεται ότι ο πυρήνας έχει μεταλλικές ιδιότητες. Με τη σκέψη ότι η Γη αποτελείται από τα ίδια υλικά με αυτά των μετεωριτών, υπέθεσαν ότι ο πυρήνας της Γης αποτελείται από σίδηρο και νικέλιο. Άλλοι ερευνητές δέχονται ότι ο πυρήνας βρίσκεται σε κατάσταση ηλιακής ύλης αδιαφοροποίητης με την παρουσία υδρογόνου σε μεγάλη αναλογία. ΠΕΤΡΩΜΑΤΑ Σχεδόν όσα γνωρίζουμε για τη Γη προέρχονται από τη μελέτη των πετρωμάτων. Από τη σύστασή τους, από τη θέση τους στο χώρο, από τη μορφή τους, από τις αλλοιώσεις τους, από τις καταπονήσεις τους και τα απολιθώματα που πιθανά περιέχουν, οι ειδικοί επιστήμονες μπορούν να αναπαραστήσουν το παρελθόν της Γης και να προβλέψουν κατά κάποιο τρόπο την πορεία της. Τα πετρώματα είναι τα κύρια δομικά συστατικά της Γης και έχουν σχηματιστεί από συγκεντρώσεις μικρότερων στερεών υλικών που καλούνται ορυκτά. Τα πετρώματα δηλαδή αποτελούνται από ένα σύνολο πολλών όμοιων ή διαφορετικών ορυκτών ή και από τεμάχια παλαιοτέρων πετρωμάτων. Τα πιο παλιά πετρώματα που γνωρίζουμε έχουν ηλικία περίπου 3,9 δισεκατομμύρια χρόνια. Πέρασαν κάποια εκατομμύρια χρόνια έως ότου κρυώσει η επιφάνεια της Γης και το διάπυρο υλικό της στερεοποιηθεί και δημιουργήσει τα πρώτα πετρώματα. Υπάρχουν τρεις γενικές κατηγορίες πετρωμάτων. Τα πυριγενή ή μαγματικά, τα ιζηματογενή και τα μεταμορφωμένα. Υπάρχει και μία ειδική κατηγορία τα μεταλλεύματα τα οποία είναι συγκεντρώσεις χρήσιμων υλικών και τα οποία μπορούν να βρίσκονται μέσα και στις τρεις κατηγορίες πετρωμάτων. 1. Πυριγενή ή Μαγματικά πετρώματα Δημιουργούνται από το διάπυρο υλικό του Μανδύα, δηλαδή το μάγμα, του οποίου μέρος μπορεί να προέρχεται και από υλικά του Φλοιού που βυθίζονται στο Μανδύα και λιώνουν. Αυτός είναι ένας από τους ο λόγους που όλα τα μαγματικά πετρώματα δεν έχουν την ίδια σύσταση. Άλλα περιέχουν σε αρκετή αναλογία χαλαζία (διοξείδιο του πυριτίου) και καλούνται όξινα και άλλα σε πολύ μικρή αναλογία ή καθόλου και καλούνται βασικά. Τα κύρια είδη των μαγματικών είναι τα ηφαιστειακά ή έκχυτα και τα πλουτώνια που έχουν να κάνουν αποκλειστικά με τον τρόπο και την ταχύτητα στερεοποίησής τους (κρυστάλλωση). Έτσι, ως προς τη σύσταση, σχεδόν κάθε ηφαιστειακό πέτρωμα έχει και το ομόλογό του πλουτώνιο πέτρωμα. (α) Ηφαιστειακά ή έκχυτα πετρώματα Το μάγμα μπορεί να φτάσει στην επιφάνεια της Γης και να δημιουργήσει ηφαίστεια. Ποτάμια καυτού μάγματος, η λάβα, ξεχύνονται από τα ηφαίστεια στην επιφάνεια της γης ή στον πυθμένα των θαλασσών. Η λάβα αμέσως κρυώνει, 7

9 στεροποιείται και δημιουργεί εκείνα τα είδη πυριγενών πετρωμάτων που λέγονται ηφαιστειακά ή έκχυτα. Τα ηφαιστειακά πετρώματα επειδή κρυσταλλώνουν γρήγορα, δεν προλαβαίνουν να σχηματίσουν μεγάλους κρυστάλλους ορυκτών. Είναι συνήθως μικροκρυσταλλικά ή περιέχουν λίγους ανεπτυγμένους κρυστάλλους (φαινοκρυστάλλους) που κολυμπούν μέσα σε υαλώδη μάζα ή ακόμη αποτελούνται από γυαλί. Παραδείγματα τέτοιων πετρωμάτων είναι: Ο ρυόλιθος, ο βασάλτης, ο οψιδιανός, η κίσσηρη (ελαφρόπετρα), ο περλίτης. (β) Πλουτώνεια πετρώματα Το όνομά τους προέρχεται από τον θεό Πλούτωνα. Όταν η πίεση του μάγματος δεν είναι αρκετή για να σπάσει τα επιφανειακά πετρώματα της Γης, τότε αυτό αντί να χυθεί έξω, διεισδύει μέσα σε άλλα πετρώματα του στερεού φλοιού κάτω από την επιφάνειά του, δημιουργώντας φλέβες ή μεγάλες φωλιές. Στην περίπτωση αυτή το μάγμα αργεί πολύ να κρυώσει και δημιουργεί το άλλο είδος των πυριγενών πετρωμάτων, τα πλουτώνια. Χαρακτηριστικό των πλουτωνίων είναι ότι δεν περιέχουν γυαλί γιατί υπήρχε αρκετός χρόνος για να κρυώσουν και να κρυσταλλωθούν όλα τα συστατικά τους και να δημιουργηθούν κρύσταλλοι ορυκτών. Κάθε πλουτώνιο πέτρωμα έχει και το αντίστοιχό του ηφαιστειακό, αφού αυτό εξαρτάται μόνο από το αν βγήκε ή όχι το ίδιο μάγμα στην επιφάνεια. Από την χημική σύσταση του μάγματος έχουμε τα διάφορά είδη πλουτωνίων. Σαν παράδειγμα πλουτωνίων μπορούμε να αναφέρουμε τους γρανίτες, τους γάββρους, τους περιδοτίτες κ.ά. Ο γρανίτης είναι το πιο γνωστό πλουτώνιο πέτρωμα, ακόμη και από την αρχαιότητα, απαντάται σε ποικίλα χρώματα και χρησιμοποιείται όπως τα μάρμαρα για επένδυση κτηρίων, ακόμη και στη γλυπτική. 2. Ιζηματογενή πετρώματα Η καταστροφή των πετρωμάτων ονομάζεται αποσάθρωση και διάβρωση. Πολλές είναι οι αιτίες, μηχανικές ή χημικές που προκαλούν την καταστροφή των πετρωμάτων και τη μεταφορά του υλικού που προέρχεται από την καταστροφή τους: ο αέρας, η βροχή, η μεταβολή της θερμοκρασίας, οι παγετώνες. Τα πετρώματα σπάνε σε μικρά κομματάκια, η βροχή τα ξεπλένει, τα ποτάμια τα παρασύρουν, στρογγυλεύοντάς τα καθώς τρίβονται μεταξύ τους με την ορμή του νερού και τα μεταφέρουν ως χαλίκια, άμμο, λάσπη συνήθως στη θάλασσα. Αυτά τα ασύνδετα μεταξύ τους υλικά καλούνται ιζήματα. Στο βυθό της θάλασσας τα υλικά καθιζάνουν δημιουργώντας στρώματα που με το πέρασμα του χρόνου συμπιέζονται από το βάβος άλλων στρωμάτων που διαρκώς συσσωρεύονται πάνω τους. Τα μικρά ασύνδετα κομμάτια αρχίζουν να ενώνονται μεταξύ τους με αποτέλεσμα το υλικό που προήλθε από την αποσάθρωση να σκληραίνει και να γίνεται συμπαγές. Η διαδικασία της στερεοποίησης των ιζημάτων διαρκεί εκατομμύρια χρόνια και λέγεται λιθοποίηση και διαγένεση. Τα πετρώματα που προκύπτουν από την διαγένεση λέγονται ιζηματογενή. Χαρακτηριστικό γνώρισμα των ιζηματογενών πετρωμάτων είναι οι διάφορες στρώσεις τους που αρχικά είναι οριζόντιες και παράλληλες μεταξύ τους. Πολλές φορές όμως οι κινήσεις του φλοιού της γης μπορούν να ανυψώσουν και να κάμψουν τα ιζηματογενή πετρώματα. Άλλο χαρακτηριστικό των ιζηματογενών είναι ότι περιέχουν λείψανα από φυτά και ζώα που έζησαν σε κάποια μακρινή εποχή και ονομάζονται απολιθώματα. Αυτά έχουν παρασυρθεί όπως ακριβώς τα θραύσματα των πετρωμάτων ή ζούσαν στην θέση εκείνη που μεταφέρθηκαν τα θραύσματα και που κυρίως είναι ο 8

10 πυθμένας μιας θάλασσας ή λίμνης.οι ασβεστόλιθοι είναι τα πιο συνηθισμένα ιζηματογενή πετρώματα, ιδιαίτερα στην Ελλάδα. Αποτελούνται κυρίως από ένα ορυκτό τον ασβεστίτη. Άλλα ιζηματογενή πετρώματα είναι: Τα κροκαλοπαγή και λατυποπαγή, οι ψαμμίτες, το ορυκτό αλάτι, ο γύψος, οι γαιάνθρακες, το πετρέλαιο. 3. Μεταμορφωμένα πετρώματα Μεγάλες πιέσεις ή θερμοκρασίες ή και τα δύο μαζί, μπορούν να αλλάξουν, να μεταμορφώσουν ένα ιζηματογενές ή πυριγενές πέτρωμα σε άλλο είδος πετρώματος που λέγεται μεταμορφωμένο. Η μεταμόρφωση που προκαλείται στα πετρώματα εκείνα που βρίσκονται σε μεγάλα βάθη και υφίστανται μεγάλες πιέσεις και θερμοκρασίες, όπως κάτω από ορεινούς όγκους, λέγεται καθολική μεταμόρφωση, ενώ αυτή που προκύπτει τοπικά από ισχυρές πιέσεις, όπως σε μεγάλα ρήγματα, λέγεται δυναμομεταμόρφωση. Η μεταμόρφωση είναι μια χημική αλλαγή, δημιουργεί νέα ορυκτά, προκαλεί μεταβολή στο χρώμα και γενικά κάνει το νέο πέτρωμα σκληρότερο. Αλλά ακόμα και όταν το μάγμα διεισδύει απλά μέσα σε άλλα πετρώματα του φλοιού, η μεγάλη του θερμοκρασία μπορεί να προκαλέσει επίσης μεταμόρφωση των πετρωμάτων που ήρθαν σε επαφή με το μάγμα και τότε αυτή λέγεται μεταμόρφωση επαφής. Ετσι όταν ένας πηλίτης που είναι ένα μαλακό πέτρωμα μεταμορφωθεί ελαφρά δίνει φυλλίτη, ένα σκληρότερο πέτρωμα που κόβεται σε πλάκες και χρησιμοποιείται συχνά στις στέγες σπιτιών. Ισχυρότερη μεταμόρφωση μπορεί να δώσει σχιστόλιθο, ένα ακόμη σκληρότερο πέτρωμα που επίσης σχίζεται σε πλάκες. Ακόμη μεγαλύτερη μεταμόρφωση δίνει γνεύσιο, ενώ όταν αναπτυχθούν πολύ υψηλές θερμοκρασίες μπορεί αυτός να λιώσει, να μετατραπεί σε μάγμα το οποίο όταν κρυσταλλώσει θα δώσει ένα μαγματικό πέτρωμα. Ο λιθάνθρακας όταν μεταμορφωθεί μπορεί να δώσει γραφίτη, υλικό που χρησιμοποιείται στην κατασκευή μολυβιών. Όταν ο ασβεστόλιθος μεταμορφωθεί, γίνεται μάρμαρο ένα συμπαγές πέτρωμα που στιλβώνεται εύκολα. 4. Μεταλλεύματα Εκτός από τα είδη πετρωμάτων που αναφέραμε, μαγματικά, ιζηματογενή, μεταμορφωμένα, υπάρχει και ένα άλλο είδος πετρωμάτων με ιδιαίτερο ενδιαφέρον που λέγονται μεταλλεύματα. Τα πετρώματα αυτά περιέχουν μεταλλικά συστατικά που παρουσιάζουν οικονομικό ενδιαφέρον, γιατί από αυτά παίρνουμε τα διάφορα μέταλλα που χρησιμοποιούνται στη βιομηχανία όπως σίδηρο, χαλκό, αλουμίνιο κ.ά. Μετάλλευμα είναι ένα σύνολο ορυκτών (παραγένεση) όπου συμμετέχουν σε μικρό ή μεγάλο ποσοστό μεταλλικά ορυκτά, δηλαδή ορυκτά που περιέχουν στη σύστασή τους μεταλλικά χρήσιμα στοιχεία. Όταν η συγκέντρωση του μεταλλεύματος είναι μεγάλη και παρουσιάζει οικονομικό ενδιαφέρον, ονομάζεται κοίτασμα. Τα μεταλλεύματα παρόλο που συμμετέχουν στη σύσταση του φλοιού της γης, δεν εμφανίζονται τόσο συχνά. Υπάρχουν περιοχές προνομιούχες, ενώ άλλες περιοχές είναι ολότελα στείρες, γιατί για την γένεσή τους απαιτούνται πολύ ειδικές συνθήκες που έχουν σχέση με το πέτρωμα στο οποίο ανήκουν (μητρικό τους πέτρωμα) ή με το πέτρωμα που τα φιλοξενεί. Με κατάλληλες επεξεργασίες μπορούμε να πάρουμε τα διάφορα μέταλλα από τα μεταλλεύματα 9

11 5. Μετεωρίτες Οι μετεωρίτες είναι θραύσματα πετρωμάτων που αποσπάσθηκαν από κάποια ουράνια σώματα και που πέφτουν στη γη από το διάστημα. Η γη δέχεται μια αδιάκοπη βροχή από μετεωρίτες, αλλά ευτυχώς έχει την ατμόσφαιρά της που λειτουργεί σαν προστατευτική ασπίδα. Στην αρχή του σχηματισμού της η γη δεχόταν μεγάλο βομβαρδισμό από μετεωρίτες γιατί ακόμα δεν είχε καλά εδραιωθεί η ατμόσφαιρά της. Τα σημάδια από αυτές τις επιθέσεις των μετεωριτών δεν διασώζονται γιατί η επιφάνεια της γης έχει πολύ αλλάξει από τότε. Η Σελήνη όμως μας θυμίζει πολύ καλά πως θα ήταν η επιφάνεια της Γης στη χαραυγή της δημιουργίας της από τις ανελέητες επιδρομές των μετεωριτών. Οι επιστήμονες πιστεύουν ότι οι περισσότεροι μετεωρίτες προέρχονται από τους μικρούς βραχώδεις πλανήτες, τους αστεροειδείς που βρίσκονται διάσπαρτοι μεταξύ της τροχιάς του βραχώδους πλανήτη Άρη και του αερώδους πλανήτη Δία. 10

12 Κεφάλαιο 3 Η ΘΕΣΗ ΤΗΣ ΣΤΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΑΣ ΣΤΗ ΓΕΩΛΟΓΙΑ Η γεωλογία μελετά την ιστορία της γης από τον σχηματισμό της σαν αστρική μονάδα μέχρι σήμερα. Τα διάφορα γεωλογικά γεγονότα, το πότε και πως συνέβησαν, τις μεταξύ τους σχέσεις και τα αποτελέσματα που είχαν στο γήινο φλοιό. Τα γεγονότα αυτά έχουν αφήσει τα ίχνη τους, έχουν απολιθωθεί, πάνω στα πετρώματα. Η μελέτη των πετρωμάτων δηλαδή, η μελέτη της σύστασής τους, του τρόπου και του χρόνου σχηματισμού τους καθώς και οι μεταξύ τους σχέσεις είναι τα κύρια αντικείμενα της γεωλογίας, απ όπου προκύπτουν και οι κύριοι κλάδοι της όπως: η Ορυκτολογία, Πετρολογία, Στρωματογραφία-Παλαιοντολογία, Τεκτονική κ.ά. Σκοπός της Στρωματογραφίας είναι να μετρήσει το γεωλογικό χρόνο και να κατατάξει τα διάφορα γεωλογικά γεγονότα μέσα στο χρόνο αυτό. Ο γεωλογικός χρόνος μπορεί να γίνει αντιληπτός μόνο με τα ίχνη που έχει αφήσει με διάφορες διαδικασίες, δηλαδή, εφόσον έχει απολιθωθεί με οποιονδήποτε τρόπο πάνω στα διάφορα πετρώματα του γήινου φλοιού. Η Στρωματογραφία μελετά κυρίως τα ιζηματογενή πετρώματα και γενικά τα στρωμένα. Τα ιζηματογενή πετρώματα περικλείουν το αρχείο της γεωλογικής ιστορίας της γης, επειδή έχουν συσσωρευτεί μέρα με τη μέρα κατά τρόπο συνεχή και αδιατάρακτο επί πολλά εκατομμύρια χρόνια. Ετσι μπορούν να μας πληροφορήσουν για αλλαγές του μαγνητικού πεδίου της γης κατά το παρελθόν, για τη παλαιογεωγραφία και για την εξέλιξη της ζωής πάνω στον πλανήτη. Η κύρια ανάπτυξη της Στρωματογραφίας είναι απόλυτα συνδεδεμένη με την ανάπτυξη της Παλαιοντολογίας. ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΣ ΧΡΟΝΟΣ ΧΡΟΝΟΣΤΡΩΜΑΤΟΓΡΑΦΙΚΗ ΚΛΙΜΑΚΑ Σήμερα δεχόμαστε ότι η ηλικία της γης είναι εκατομμύρια χρόνια. Το χρονικό διάστημα από την έναρξη της Γης σαν αστρική μονάδα μέχρι σήμερα το χωρίζουμε σε δύο Μεγααιώνες τον Προτεροζωικό ή Προκάμβριο Μεγααιώνα και τον Φανεροζωικό. Η αρχή του Φανεροζωικού έχει τεθεί πριν από 570 εκατομμύρια χρόνια και ταυτίζεται με την εμφάνιση οργανισμών που διαθέτουν σκελετικά στοιχεία που μπορούν να απολιθωθούν. Ο Φανεροζωικός Μεγααιώνας χωρίζεται σε τρεις Αιώνες τον Παλαιοζωικό ( εκατομμύρια χρόνια), τον Μεσοζωικό ( εκατομμύρια χρόνια) και τον Καινοζωικό (65 εκατομμύρια χρόνια μέχρι Σήμερα). Ο καθορισμός των αιώνων είναι ασαφής και βασίζεται σε παλαιοντολογικά και στρωματογραφικά κριτήρια μεγάλης τάξης, όπως μεγάλες αλλαγές στην πανίδα 11

13 και χλωρίδα ή μεγάλους ορογενετικούς κύκλους. Σε ότι αφορά στις αλλαγές των πανίδων, μεγαλύτερο βάρος φαίνεται να έχει η εξαφάνιση αυτών. Μικρότερη χρονοστρωματογραφική ενότητα από τον Αιώνα είναι το Σύστημα. Τα Συστήματα φέρουν ονόματα περιοχών όπου προσδιορίστηκαν, το όνομα χαρακτηριστικού σχηματισμού ή υπενθυμίζουν ιδιαιτερότητές τους στις περιοχές που προσδιορίστηκαν. Για τον ορισμό του συστήματος λαμβάνουμε υπόψη ιζηματογενείς κύκλους και αναφερόμαστε σε μια περιοχή και όχι σε συγκεκριμένο στρωματότυπο, γεγονός που αποτελεί βασικό μειονέκτημα. Ο Παλαιοζωικός αιώνας υποδιαιρείται σε 6 Συστήματα: Κάμβριο, Ορδοβίσιο, Σιλούριο, Δεβόνιο, Λιθανθρακοφόρο και Πέρμιο. Ο Μεσοζωικός σε 3 Συστήματα: Τριαδικό, Ιουρασικό και Κρητιδικό. Ο Καινοζωικός σε 2 Συστήματα: Τριτογενές και Τεταρτογενές. Το Τριτογενές χωρίζεται σε Παλαιογενές και Νεογενές. Το Τεταρτογενές χαρακτηρίζεται από τις παγετώδεις και μεσοπαγετώσεις περιόδους, που αποτελούν κύριο χαρακτηριστικό του Συστήματος αυτού. Μικρότερη χρονοστρωματογραφική ενότητα είναι η Σειρά Ακόμη μικρότερη χρονοστρωματογραφική ενότητα είναι η Βαθμίδα η οποία βασίζεται σε μια ειδικά καθορισμένη τυπική τομή ή τομές αναφοράς, σαφώς καθορισμένη τον Στρωματότυπο. Το πάχος της βαθμίδας ποικίλλει από θέση σε θέση και εξαρτάται από τις τοπικές συνθήκες ιζηματογένεσης και παλαιογεωγραφίας. Με βάση τις ραδιοχρονολογήσεις, η μέση διάρκεια των βαθμίδων κυμαίνεται από 310 εκατομμύρια χρόνια. Στον πίνακα που ακολουθεί δίνουμε τις χρονοστρωματογραφικές ενότητες και σε απόλυτη αντιστοιχία τις γεωχρονολογικές ενότητες. H χρονοστρωματογραφική ενότητα είναι ένα σύνολο στρωμάτων που σχηματίστηκαν κατά τη διάρκεια ενός καθορισμένου διαστήματος του γεωλογικού χρόνου, που αντιστοιχεί σε γεωχρονολογική ενότητα. Χρονοστρωματογραφικές ενότητες Μεγααιωνοδιάπλαση (Eonothem) Αιωνοδιάπλαση (Εrathem) Σύστημα (System) Σειρά (Series) Βαθμίδα (Stage) Γεωχρονολογικές ενότητες Μεγααιώνας (Εon) Αιώνας (Εra) Περίοδος (Period) Εποχή (Epoch) Ηικία (Αge) Χρονοζώνη (Chronozone) Χρόνος (Chron) Σχηματική απεικόνιση του γεωλογικού χρόνου Μεσοζωϊκός Παλαιοζωϊκός (230-65Μα) ( Ma) Καινοζωϊκός (65-σημερα) Προτεροζωϊκός ( Μα) 12

14 Βερσίλιο Πλειστόκαινο Πλειόκαινο Νεογενές Τεταρτογενές 1,7 Κατώτερο Καλάβριο Ανώτερο Κατώτερο Πλακέντιο Ζάγκλιο Μεσσήνιο Τορτόνιο Σερραβάλιο Λάνγκιο Βουρδιγάλιο Ακουιτάνιο Σάττιο Ρουπέλιο Πριαμπόνιο Μπαρτόνιο Λουτήσιο Υπέρσιο Θανέτιο Δάνιο Μαιστρίχτιο Καμπάνιο Σαντόνιο Κονιάσιο Τουρώνιο Κενομάνιο Άλβιο Άπτιο Βαρρέμιο Ωτερίβιο Βαλανζίνιο Βερριάσιο Πορτλάνδιο Κιμμερίδιο Οξφόρδιο Καλλόβιο Βαθώνιο Βαγιώσιο Ααλένιο Τοάρσιο Πλιενσμπάχιο Σινεμούριο Εττάνζιο Ραίτιο Νώριο Κάρνιο Λαδίνιο Ανίσιο Σκύθιο Κατώτερο Ανώτερο Κατώτερο Ανώτερο Ολιγόκαινο 65 Ηώκαινο Μέσο Πλαιόκαινο Κατώτερο Ανώτερο Κατώτερο Ανώτερο Κρητιδικό Κρητιδικό Παλαιογενές Τυρρήνιο Σικέλιο Μέσο Μειόκαινο 24 Κατώτερο Κρητιδικό 140 Ανώτερο Ιουρασικό ή Μάλμιο Ιουρασικό Τριτογενές Ανώτερο Ανώτερο Μέσο Ιουρασικό ή Δογγέριο Κατώτερο Ιουρασικό ή Λιάσιο 210 Τριαδικό Μεσοζωικός αιώνας Καινοζωικός αιώνας Ολόκαινο Ανώτερο Τριαδικό Μέσο Τριαδικό 250 Κατώτερο Τριαδικό Σενώνιο Τιθώνιο Στοιχεία από Geological time table, Elsevier,

15 Πενσυλβάνιο Λιθανθρακοφόρο Ανώτερο Κατώτερο 290 Θουρίγγιο (Zechstein) Σαξώνιο Ωτούνιο (Rotliegendes) Στεφάνιο (Ουράλιο) Ανώτερο Βεστφάλιο Ναμούριο Μισσισσίπιο Βίζαιον Κατώτερο Τουρναίσιο Τουρναίσιο Δεβόνιο 360 Ανώτερο Μέσο Κατώτερο Σιλούριο 410 Ανώτερο Κατώτερο 440 Κάμβριο Ορδοβίσιο Παλαιοζωικός αιώνας Πέρμιο 250 Φαμέννιο Φράσνιο Ζιβέτιο Αϊφέλιο Εμσιο Σιγένιο Γεδίννιο Πριδόλιο Λουδλωβιο Βενλόκιο Λανδοβέριο Ανώτερο Ασγίλλιο Καραδόκιο Λανδείλο Λανβίρνιο Αρενίκιο Τρεμαδόκιο Ποτσδάμιο Μέσο Ακάδιο Κατώτερο Γεώργιο Ανώτερο Μέσο Κατώτερο ΠΡΟΚΑΜΒΡΙΟΣ ΜΕΓΑΑΙΩΝΑΣ Προτεροζωικός Αιώνας Αρχαϊκός Αιώνας Διάρκεια: εκατομμύρια χρόνια Διάρκεια: εκατομμύρια χρόνια Στοιχεία από Geological time table, Elsevier,

16 Κεφάλαιο 4 ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΠΑΛΑΙΟΝΤΟΛΟΓΙΑΣ Η Παλαιοντολογία αποτελεί κλάδο των γεωεπιστημών. Ασχολείται με τη μελέτη των απολιθωμάτων, δηλαδή, των κατάλοιπων του οργανικού κόσμου (ζωϊκού ή φυτικού) που έζησαν σε παλαιότερους γεωλογικούς χρόνους και τα οποία διατηρήθηκαν σε απολιθωμένη κατάσταση μέσα στα πετρώματα. Παλαιοντολογία σημαίνει λόγος των παλαιών όντων. Σήμερα έχει γίνει αποδεκτό ότι ο όρος αυτός δημιουργήθηκε το 1834 από δύο ερευνητές τους Blainville και Waldheim που εργάζονταν ανεξάρτητα ο ένας από τον άλλο. Γενικά, ο όρος Παλαιοντολογία χρησιμοποιείται σε παγκόσμια κλίμακα από το Η Παλαιοντολογία αποτελεί γέφυρα ανάμεσα στη Γεωλογία και τη Βιολογία. Στη Γεωλογία καθορίζει: (α) τη σχετική ηλικία των γεωλογικών στρωμάτων (β) βοηθάει στον συσχετισμό των ισόχρονων στρωμάτων, στον ίδιο ή σε διαφορετικούς χώρους ιζηματογένεσης (γ) δίνει παλαιογεωγραφικές, παλαιοπεριβαλλοντικές καθώς επίσης και παλαιοκλιματολογικές πληροφορίες (δ) συμβάλλει στη διερεύνηση των συνθηκών κάτω από τις οποίες αποτέθηκαν τα διάφορα είδη ιζηματογενών πετρωμάτων Στη Βιολογία συμβάλλει στη μελέτη που αφορά: (α) στη φυλογενετική εξέλιξη των οργανισμών (β) στην συστηματική κατάταξη του οργανικού κόσμου (ζωϊκού και φυτικού) με τη μελέτη της μορφολογίας, ανατομίας και λεπτοδομής των απολιθωμένων οργανισμών (γ) συνθήκες ζωής και μελέτη του παλαιοπεριβάλλοντος στο οποίο έζησαν οι οργανισμοί που έχουν απολιθωθεί. Η Παλαιοντολογία μελετά την ιστορία της ζωής και την εξέλιξή της, πάνω στον πλανήτη Γη, από την πρώτη εμφάνισή της μέχρι σήμερα. ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΕΣ ΑΠΟΛΙΘΩΣΗΣ Απολίθωση είναι η μελέτη των διαδικασιών που λαμβάνουν χώρα κατά τη μετάβαση ενός οργανισμού ή τμημάτων του ή ιχνών της ζωής και της δραστηριότητάς του από τη βιόσφαιρα στη λιθόσφαιρα και που οδηγούν στη δημιουργία των απολιθωμάτων. Τα κατάλοιπα των σκληρών τμημάτων των οργανισμών είναι εκείνα που κατά κύριο λόγο απολιθώνονται και με τα οποία ασχολείται η Παλαιοντολογία. (Α) όταν στο χώρο του εγκλωβισμού (ταφής) υπάρχει αρκετό οξυγόνο και υγρασία, η διαδικασία αποσύνθεσης είναι σχετικά αργή. Είναι διαδικασία τέλειας καύσης των οργανικών ουσιών που οδηγεί στην αποσύνθεση τους και στην μετατροπή τους σε απλούστερες ανόργανες ενώσεις, κυρίως, του υδρογόνου, άνθρακα, αζώτου θείου και φωσφόρου. 15

17 (Β) όταν στο χώρο υπάρχει λίγο οξυγόνο ή απουσιάζει τελείως τότε λαμβάνουν χώρα διαφορετικές διαδικασίες αποσύνθεσης, η διαδικασία αποσύνθεσης είναι ατελής και επιτελείται με τη δράση αναερόβιων βακτηρίων και συνδέεται με εμπλουτισμό σε ελεύθερο άνθρακα και άζωτο. Στην πορεία αυτού του είδους αποσύνθεσης γίνεται, επίσης, διάσπαση των μεγαλομοριακών ενώσεων και ανασύνθεσή τους κυρίως σε μεγαλομοριακές υδρογονανθρακούχες ενώσεις. Επίσης, με τις παραπάνω διαδικασίες μπορεί να σχηματιστεί λάσπη. Οι οργανικές ουσίες που υπάρχουν στην τελευταία, είναι δυνατόν να μετατραπούν, κάτω από πίεση και υψηλή θερμοκρασία, σε βιτουμένια, πετρέλαιο ή υγραέρια. Μόνο αυτή η διαδικασία αποσύνθεσης αποτελεί διαδικασία απολίθωσης. Μουμιοποίηση, όταν οι διαδικασίες αποσύνθεσης (που έχουμε αναφέρει) περιοριστούν σημαντικά ή σταματήσουν τελείως, τότε είναι δυνατόν να διατηρηθούν τα μαλακά μέρη των λειψάνων των οργανισμών. Τότε έχουμε μουμιοποίηση και τα ζώα τα ονομάζουμε μούμιες. Εκτός από τις γνήσιες μούμιες έχουμε και τις ψευδομορφώσεις μουμιών, αυτές σχηματίζονται στις περιπτώσεις, κατά τις οποίες τα οργανικά λείψανα καταστρέφονται, μετά την παρενέστρωσή τους στα ιζήματα, και ο χώρος που κατείχαν γεμίζεται δευτερογενώς από ξένο υλικό, ανόργανης ή οργανικής προέλευσης. Με τον τρόπο αυτό σχηματίζεται ένα πλήρες εκμαγείο του αρχικού ζώου. Τα εκμαγεία ανθρωπίνων σωμάτων, που βρέθηκαν στις ανασκαφές της Πομπηίας, αποτελούν ψευδομορφώσεις μουμιών. Γενικά, οι απολιθωμένες μούμιες βρίσκονται πολύ σπάνια σε παλιούς γεωλογικούς σχηματισμούς. Συχνότερα απαντώνται σε νεότερες αποθέσεις. Από τα γνωστότερα παραδείγματα μουμιοποίησης είναι εκείνα των Μαμούθ στα παγωμένα εδάφη της Σιβηρίας και της Αλάσκας. Στις περιπτώσεις αυτές διατηρούνται ολόκληρο το σώμα με τα εσωτερικά όργανα τους και μερικές φορές και ο βλωμός (η τελευταία μπουκιά). Ο κυριότερος λόγος της διατήρησης είναι η αναστολή της βακτηριακής δράσης, λόγω του παγώματος (κατάψυξης). Επίσης, δυνατότητες μουμιοποίησης παρέχονται στις περιπτώσεις στεγνώματος (ξήρανσης) κάτω από ορισμένες συνθήκες: ξηρασία, καλός εξαερισμός, περιορισμένος χώρος σε σπήλαιο ή αμμούχο έδαφος, καθώς και στις περιπτώσεις διαποτισμού του λειψάνου με αλμυρό νερό. Εξαιρετική περίπτωση απολίθωσης, αποτελούν τα έλη με άσφαλτο στην Καλιφόρνια, στα οποία έχουν συλλεγεί χιλιάδες σκελετοί Σπονδυλωτών του Πλειο-Πλειστοκαίνου. Τέλος, θα πρέπει να αναφερθούν τα εγκλείσματα μικρών οργανισμών (εντομα, αράχνες κ.ά.) μέσα σε απολιθωμένες ρητίνες. Στην περίπτωση αυτή διατηρούν τα μαλακά τους μέρη, ακόμα και τα λεπτομερή όργανά τους. Από τα γνωστότερα παραδείγματα είναι εκείνα σε κεχριμπάρι (ηωκαινικής ηλικίας) στην Ανατολική Πρωσία. 16

18 Κεφάλαιο 5 ΚΥΡΙΟΤΕΡΕΣ ΚΑΤΗΓΟΡΙΕΣ ΑΠΟΛΙΘΩΜΑΤΩΝ ΤΡΗΜΑΤΟΦΟΡΑ Τα Τρηματοφόρα (Foraminifera) είναι Ριζόποδα μικροσκοπικού μεγέθους, γενικά μικρότερου των 2 χιλιοστών, υπάρχουν όμως και γένη με μεγαλύτερο μέγεθος όπως π.χ. το γένος Nummulites που μπορεί να φτάσει τα εκατοστά. Είναι μονοκύτταροι κυρίως θαλάσσιοι οργανισμοί και μόνο λίγη αντιπρόσωποί τους ζουν σε υφάλμυρα νερά, ενώ σε γλυκά νερά ζει μόνο η οικογένεια των Allogromiidae με χιτινώδες κέλυφος που δεν απολιθώνεται. Ζουν ελεύθερα ή προσκολλημένα στο βυθό της θάλασσας σαν βενθονικοί οργανισμοί ή ζουν μέσα στην υδάτινη στήλη αιωρούμενα παθητικά και συμπαρασύρονται από τα θαλάσσια ρεύματα και αποτελούν το πλαγκτόν. Φέρουν εξωτερικό μονοθάλαμο ή πολυθάλαμο κέλυφος. Το κέλυφος είναι ενδοσκελετικός σχηματισμός που εκκρίνεται από το ίδιο το ζώο ή κατασκευάζεται από εξωγενή υλικά με τη βοήθεια των ψευδοποδιών και με συνδετική ύλη που εκκρίνεται από το ζώο συνενώνονται μεταξύ τους. Αρχικά το κέλυφος είναι χιτινώδες και στη συνέχεια μετατρέπεται σε ασβεστολιθικό, συμφυρματοπαγές ή ψαμμιτικό, πυριτικό, αραγωνιτικό. Το μεγαλύτερο ποσοστό των Τρηματοφόρων έχει κέλυφος ασβεστολιθικό. Το ασβεστολιθικό κέλυφος των Τρηματοφόρων διακρίνεται σε αδιάτρητο ή πορσελανώδες και διάτρητο ή υαλώδες. Τα Τρηματοφόρα αποτελούν την πιο σημαντική ομάδα μικροαπολιθωμάτων, τόσο για τον μεγάλο αριθμό των ειδών τους όσο και για την αφθονία εμφανίσεώς τους στα διάφορα ιζήματα σ όλα τα μήκη και πλάτη των ωκεανών. Πολλά είδη τους εμφανίζουν μικρό στρωματογραφικό εύρος γεγονός που τα καθιστά άριστους στρωματογραφικούς δείκτες ενώ η καταγραφή των ισοτόπων οξυγόνου στο ασβεστολιθικό κέλυφός τους τα καθιστά χρήσιμα για την ανεύρεση της θερμοκρασίας των ωκεανών κατά την περίοδο που ζούσαν οι μικροοργανισμοί αυτοί. Απολιθωμένα Τρηματοφόρα με συμφυρματοπαγές κέλυφος είναι γνωστά από το Ορδοβίσιο και Δεβόνιο της Ευρώπης. Τα Τρηματοφόρα του Παλαιοζωικού είναι κάτοικοι ρηχών θαλάσσιων νερών και μόνο από το Ιουρασικό και μετά έχουν βρεθεί μέσα σε ιζήματα βαθειών θαλασσών. Στο Ανώτερο Παλαιοζωικό (Λιθανθρακοφόρο και Πέρμιο) τα Τρηματοφόρα εμφανίζουν μεγάλη ανάπτυξη με την εμφάνιση χαρακτηριστικών μορφών όπως τα γένη: Fusulina, Schwagerina κ. ά., τα οποία παρουσιάζουν μεγάλη γεωγραφική εξάπλωση μέσα στη θάλασσα της Τηθύος και δομούν τους βιογενείς ασβεστολίθους του Ανωτέρου Παλαιοζωικού. Κατά τη διάρκεια του Μεσοζωικού εμφανίζονται με νέα γένη και είδη πολλά από τα οποία είναι άριστοι στρωματογραφικοί δείκτες για τον προσδιορισμό της σχετικής ηλικίας των ιζημάτων που τα εγκλείουν. Ενδεικτικά αναφέρουμε τα γένη: Orbitolina, Orbitoides, Siderolites, και από τα πλαγκτονικά (που πρωτοεμφανίζονται στο Ιουρασικό τις Protoglobigerines και την οικογένεια των Globotruncanidae. 17

19 Πλαγκονικά τρηματοφόρα 1,2. Globigerina bulloides 3,4. Neogloboquadrina pachyderma 5,6 Neogloboquadrina dutertrei 7,8. Globigerinoides sacculifer 9. Κυψελώδες κέλυφος G. sacculifer 10,11. Globigerinoides ruber 12,13,14. Globorotalia truncatulinoides 15,16,17. Globorotalia menardii 18. Shaeroidinella dehiscens 19,20,21. Globorotalia inflata 22. Globorotalia hirsula 23. Orbulina universa 24,25. Globorotalia tumida 26. Pulleniatina obliquiloculata. 18

20 ΑΚΤΙΝΟΖΩΑ Τα Ακτινόζωα (Radiolaria) είναι μικροσκοπικά θαλάσσια Ριζόποδα τα οποία φέρουν πυριτικό σκελετό. Ο πυριτικός σκελετός τους ποικίλλει σε μορφή και οργάνωση στα διάφορα είδη. Μέσα στο κύτταρο δημιουργείται κεντρική διάτρητος κάψα από μεμβράνη, ενώ υπάρχει η δυνατότητα να σχηματιστεί δεύτερη ή και τρίτη όμοια ομόκεντρη κάψα. Ο σκελετός αποτελείται από αγκάθια ή βελόνες πυριτικές που βρίσκονται μέσα ή έξω από την κεντρική κάψα. Τα αγκάθια ή οι βελόνες είναι μεταξύ τους ασύνδετα ή είναι συνδεδεμένα και σχηματίζουν περίπλοκο πλέγμα. Τα Ακτινόζωα είναι θαλάσσιοι πλαγκτονικοί οργανισμοί. Ζουν μεμονωμένα ή κατά αποικίες. Υπάρχουν σ όλες τις θάλασσες και σε όλα τα βάθη με προτίμηση τα τροπικά νερά και βάθος μέχρι τα 400 μέτρα. Λεπτόκοκκο ίζημα (ιλύς) από Ακτινόζωα αποτίθεται συνεχώς στα μεγάλα βάθη του Ειρηνικού και Ινδικού ωκεανού. Τα ιζηματογενή πετρώματα ραδιολαρίτες και κερατόλιθοι προέρχονται κυρίως από την ιλύ των Ακτινοζών προηγούμενων γεωλογικών εποχών. Είναι γνωστά πιθανά από το Προκάμβριο και συνεχίζουν μέχρι Σήμερα. Πίνακας με Πολυκυστικά Ακτινόζωα του Μεσοζωικού και κυρίως του Καινοζωικού 19

21 ΒΡΑΧΙΟΠΟΔΑ Τα Βραχιόποδα ή Βραγχιονόποδα είναι θαλάσσια ζώα με αμφίπλευρο συμμετρία, με χιτινώδες ή ασβεστολιθικό όστρακο, αποτελούμενο από δύο θυρίδες. Από τις θυρίδες μικρότερη είναι η ραχιαία. Η κοιλιακή που είναι και η μεγαλύτερη, κάμπτεται στο άκρο σε ραμφοειδή κορυφή (σπόνδυλο) όπου συνήθως υπάρχει τρύπα (τρήμα), μέσα από την οποία εξέρχεται μακρύς μυώδης μίσχος με τον οποίο το ζώο προσκολλάται πάνω σε διάφορα αντικείμενα. Οι θυρίδες ενώνονται με άρθρωση και ανοιγοκλείνουν. Το άνοιγμα, το κλείσιμο των θυρίδων καθώς και η συστολή του μίσχου γίνονται με τη βοήθεια ειδικών μυών. Η ένωση των δύο θυρίδων επιτυγχάνεται είτε με κλείθρο (Αρθρωτά Βραχιόποδα) είτε χωρίς κλείθρο ( Αναρθρα) με τη βοήθεια των μυών και του μανδύα. Τα Άναρθρα φαίνεται να είναι στρωματογραφικά αρχαιότερα των Αρθρωτών. Ολα τα Βραχιόποδα είναι θαλάσσια και απαντούν σε ολόκληρο τη γη. Σήμερα είναι πολύ λιγότερα απ ότι ήταν στο παρελθόν. Ζουν περίπου 175 είδη που ανήκουν σε 60 γένη, ενώ απολιθωμένα είναι γνωστά πάνω από είδη. Το μέγιστο της ανάπτυξής τους εμφανίζεται κατά το Παλαιοζωικό όπου αντιπροσωπεύουν το 1/3 της θαλάσσιας απολιθωμένης πανίδας. Είναι ενδεικτικά των θαλάσσιων φάσεων του βυθού. Από τα ζώντα είδη περισσότερο του 70% διαβιούν μεταξύ της ακτής και βάθους 200 μέτρων. Γενικά, είναι οργανισμοί αβαθών υδάτων, αλλά όχι πολύ κοντά στην ακτή, γιατί ο κυματισμός της θάλασσας αποκολλά τον μίσχο με τον οποίο στερεώνονται στο βυθό. 20

22 Βραχιόποδα Brachiopoda Leptaena: Το στρωματογραφικό εύρος του γένους αυτού είναι Μέσο Ορδοβίσιο Δεβόνιο και είναι ευρέως διαδεδομένο. Το απεικονιζόμενο γένος προέρχεται από το Δεβόνιο (πριν από 350 εκατομμύρια) της Γερμανίας (περιοχή Eifel). Atrypa: Το στρωματογραφικό εύρος του γένους αυτού είναι Κατώτερο ΣιλούριοΑνώτερο Δεβόνιο. Το απεικονιζόμενο είδος είναι το A. reticularis και προέρχεται από το Μέσο Δεβόνιο (πριν από 370 εκατομμύρια χρόνια) της Γερμανίας περιοχή Westphalia. Athyris: Το γένος αυτό παρουσιάζει στρωματογραφικό εύρος από το Κατώτερο Δεβόνιο μέχρι το Τριαδικό σε παγκόσμια κλίμακα. Το απεικονιζόμενο γένος προέρχεται από το Μέσο Δεβόνιο της Πολιτείας της Νέας Υόρκης. Spirifer: Το γένος παρουσιάζει παγκόσμια εξάπλωση από το Δεβόνιο μέχρι το Πέρμιο. Το απεικονιζόμενο είδος S. duodenarius προέρχεται από το Δεβόνιο (πριν 380 εκατομ. Χρόνια) της περιοχής Sylvania, Ohio. Είδη του γένους Spirifer αποτελούν πολύ καλούς στρωματογραφιούς δείκτες για το Λιθανθρακοφόρο. Rhynchonella: Είναι χαρακτηριστικό γένος του Ιουρασικού της Ευρώπης. Η εικόνα του πίνακα προέρχεται από το Λιάσιο (πριν 160 εκατομμύρια χρόνια) του Gozzano (Ιταλία). Ζούσε στο περιθώριο της ανθρακικής πλατφόρμας και επομένως είναι δείκτης παλαιοπεριβάλλοντος. Terebratula: Γένος γνωστό από τα ιζήματα του Μειοκαίνου και Πλειοκαίνου της Ευρώπης. Το είδος T. ampulla που απεικονίζεται, προέρχεται από τις αργίλους του Πλειοκαίνου (πριν 5 εκατομμύρια χρόνια) της περιοχής Asti (Ιταλία). 21

23 ΕΧΙΝΟΔΕΡΜΑ Τα Εχινόδερμα είναι ζώα με δευτερογενή ακτινωτή συμμετρία, συνήθως πεντακτινωτή. Η πεντακτινωτή συμμετρία προκύπτει από τις αμφιπλευροσυμμετρικές προνύμφες δευτερογενώς, δύναται επίσης τριτογενώς να μεταπίπτει σε αμφιπλευροσυμμετρία (ακανόνιστοι εχίνοι).το σώμα των Εχινοδέρμων εμφανίζει μία νωτιαία επιφάνεια και μία κοιλιακή. Η κοιλιακή φέρει στο μέσο το στόμα, ενώ η νοτιαία την έδρα, σε σημείο συνήθως αντιπολικό του στόματος Χαρακτηριστικό των Εχινοδέρμων είναι η ύπαρξη μεσοδερμικού σκελετού από ασβεστολιθικά πινακίδια που βρίσκονται αμέσως κάτω από το εξωδερμικό περίβλημα. Η εξωτερική επιφάνεια εμφανίζει πλήθος από ακάνθια και ειδικά εξαρτήματα του υδροφόρου συστήματος (βαδιστικοί ποδίσκοι και ποδολαβίδες). Το υδροφόρο σύστημα αποτελείται από σωληνοειδείς οχετούς που περιέχουν θαλασσινό νερό και χρησιμεύουν για την κίνηση του ζώου. Είναι γονοχωριστικά, η μεταμβρυακή ανάπτυξη αυτών γίνεται με μεταμορφώσεις. Διαβιούν προσκολλημένα ή ελεύθερα με βραδεία κίνηση. Διακρίνονται σε Πελματόζωα και σε Ελευθερόζωα. Τα πρώτα διαιρούνται στις ομοταξίες Κυστοειδή, Βλαστοειδή, Κρινοειδή. Τα δεύτερα σε Αστερόζωα, Εχινοειδή, Ολοθουροειδή. 1. Πελματόζωα Προσκολλώνται στο βυθό ή σε άλλα αντικείμενα με την νωτιαία επιφάνεια του σώματος, συνήθως με ένα μακρύ αρθρωτό μίσχο. Τις περισσότερες φορές η προσκόλληση είναι για όλη τη ζωή του ζώου, υπάρχουν και περιπτώσεις που είναι προσωρινή γιατί ο μίσχος αποκόπτεται. Τα άρθρα του μίσχου είναι πινακίδια, πενταγωνικά ή κυκλικά ή πολυγωνικά διατεταγμένα έτσι ώστε να φέρουν στο εσωτερικό σωλήνα (κάθε πινακίδιο αποτελείται από μονοκρύσταλλο ασβεστίτου). Το σώμα φέρει εξωτερικώς κάλυκα, από πολυγωνικά πινακίδια, με διακλαδιζόμενους βραχίονες, με την κοιλιακή επιφάνεια προς τα πάνω και το στόμα στο κέντρο αυτής. Από το στόμα ξεκινούν ακτινωτά οι βαδιστικοί αύλακες, που συνεχίζουν στους βραχίονες. Τα Κυστοειδή: είναι τα αρχαιότερα και τα περισσότερο αρχέγονα σε ότι αφορά στην κατασκευή. Γνωστά μόνο σε απολιθώματα. Τα Βλαστοειδή: Γνωστά μόνο σαν απολιθώματα. Τα Κρινοειδή: Στερεούνται δια μακρού μίσχου που καταλήγει σε ρίζες. Ζουν και σήμερα. Echinosphaerites aurantium (Κυστοειδές): Σιλούριο Caryocrinus (Κυστοειδές): Σιλούριο Agellacrinus (Κυστοειδές): Σιλούριο-Λιθανθρακοφόρο Pentremites (Βλαστοειδές): Σιλούριο-Λιθανθρακοφόρο Encrinus liliiformis (Κρινοειδές): χαρακτηριστικό του Μέσου Τριαδικού Pentacrinus (Κρινοειδές): Τριαδικό- μέχρι Σήμερα Εξάπλωση των Πελματοζώων Τα Κυστοειδή είναι Πελματόζωα του Κατωτέρου Παλαιοζωικού, και σπάνια βρίσκονται σαν απολιθώματα. Τα Βλαστοειδή είναι ζώα του Ανωτέρου Παλαιοζωικού από το Δεβόνιο μέχρι το Λιθανθρακοφόρο. Τα Κρινοειδή που εκπροσωπούνται και σήμερα με περίπου 100 γένη, κατά τον Παλαιοζωικό ήσαν κατά πολύ αφθονότερα. Σήμερα είναι συχνότερα τα 22

24 Κρινοειδή χωρίς μίσχο και απαντούν σε αβαθή ύδατα. Σημειώνουμε, ότι υπάρχουν Κρινοειδή που ζουν σε βαθύτερα ύδατα, όπως η Anthedon, γνωστή από την παράκτιο ζώνη μέχρι βάθος μέτρα. Τα Κρινοειδή με μίσχο (Isocrinus, Rhizocrinus), και σπανιότερα τα χωρίς μίσχο, απαντούν κυρίως σε μεγάλα βάθη. Κατά τον Παλαιοζωικό τα Κρινοειδή υπερτερούν σε αφθονία σε σχέση με τα υπόλοιπα Εχινόδερμα. Από τα λείψανα αυτών και κυρίως των μίσχων δημιουργήθηκαν διαπλάσεις Κρινοειδών ασβεστολίθων, κυρίως κατά το Λιθανθρακοφόρο. Τα περισσότερα από τα απολιθωμένα Κρινοειδή ανήκουν στα μισχωτά. Από τους οργανισμούς που βρίσκονται απολιθωμένοι μαζί με τα Κρινοειδή και οι οποίοι είναι κυρίως υφαλογενή κοράλλια συνάγεται ότι έζησαν σε αβαθή νερά. Τα γένη του Παλαιοζωικού δεν επιζούν κατά τον Μεσοζωικό όπου και εμφανίζονται νέα γένη σε μικρότερη όμως κλίμακα. Από τον Καινοζωικό σπανίζουν. 2. Ελευθερόζωα Αστερόζωα: Σώμα αστεροειδές ή πενταγωνικό, αποτελούμενο από ένα κεντρικό δίσκο που περιβάλλεται από πέντε (ή πολλαπλάσια του πέντε) βραχίονες, καλά διαμορφωμένους. Η νωτιαία επιφάνεια του σώματος είναι κυρτή. Διακρίνονται σε Αστεροειδή, Οφειουροειδή, Αυλουροειδή. Στα Αστεροειδή οι βραχίονες είναι γενικά βραχείς, σχήματος τριγωνικού, που αποτελούν κανονική συνέχεια του δίσκου. Στα Οφειουροειδή από του πενταγωνικού έως κυκλικού κεντρικού δίσκου, εκφύονται βραχίονες κυλινδρικοί οξύληκτοι, απλοί ή διακλαδούμενοι. Τα Αυλουροειδή είναι Οφειουροειδή του Παλαιοζωικού. Εχινοειδή: Τα Εχινοειδή στερούνται βραχιόνων. Ο εξωτερικός σκελετός σχηματίζει σφαιροειδή κάψα, καρδιοειδή ή δισκοειδή, που φέρει αγκάθια. Η κάψα αποτελείται από πολυγωνικά ασβεστολιθικά πινακίδια. Το στόμα βρίσκεται στην κάτω επιφάνεια και είναι κεντρικό ή έκκεντρο, η έδρα βρίσκεται στο πάνω σημείο της κάψας αντιπολικά από το στόμα ή στην πλευρά της κάψας. Στους κανονικούς Εχίνους στόμα και έδρα είναι αμφότερα κεντρικά, στους δύο απέναντι πόλους. Στους ακανόνιστους Εχίνους η έδρα είναι πάντοτε έκκεντρος ενώ το στόμα καμιά φορά έκκεντρο. Η κάψα διακρίνεται σε τρία τμήματα, (α) την κορυφή όπου βρίσκεται ο κορυφαίος δίσκος ή κορυφαίο σύστημα, (β) το κύριο σώμα της κάψας ή στεφάνης, (γ) το περιστόμιο, δηλαδή το τμήμα το μεταξύ στόματος και του κάτω ορίου της στεφάνης, που συνήθως φέρει πλάκες. Εξάπλωση των Ελευθεροζώων Τα Αστεροειδή σήμερα παρουσιάζουν μεγάλη εξάπλωση στα μεσαία βάθη, ενώ υπάρχουν και στις θαλάσσιες αβύσσους. Από τα Οφειουροειδή τα περισσότερα ζουν σε αβαθή νερά συνήθως μικρότερο από τα 60 μέτρα, ενώ υπάρχουν και μορφές που ζουν σε βάθη κάτω από τα μέτρα. Τα Εχινοειδή κατά το μεγαλύτερο μέρος τους ζουν σε αβαθή νερά, συνήθως μικρότερο από τα μέτρα, ενώ υπάρχουν και Εχινοειδή που σήμερα ζουν σε μεγάλα βάθη των ωκεανών, μεγαλύτερο των μέτρων. Είναι αφθονότερα στους βραχώδεις θαλάσσιους βυθούς, στους αμμώδεις και ασβεστολιθικούς παρά στους λασπώδεις αργιλλικούς και επομένως οι εχίνοι σπανίζουν στα αργιλλικά στρώματα. Τα Εχινοειδή είναι γνωστά από το Κατώτερο Σιλούριο. Σήμερα είναι γνωστά περίπου 500 είδη Εχίνων, ενώ τα γνωστά απολιθωμένα είδη φτάνουν τα

25 24

26 ΣΚΩΛΗΚΕΣ Σχεδόν όλοι οι απολιθωμένοι Σκώληκες ανήκουν στα Χαιτόποδα της Συνομοταξίας των Αννελιδών ή Δακτυλιοσκωλήκων. Το σώμα τους χωρίζεται σε πολλά εμφανή δακτυλιοειδή τμήματα ομοιόμορφα. Το περίβλημα του σώματος είναι λεπτό και εύκαμπτο. Χωρίζονται σε Πολύχαιτα και Ολιγόχαιτα. Τα Πολύχαιτα είναι σχεδόν όλα θαλάσσια. Πολλά από αυτά σχηματίζουν εξωτερικά σωληνοειδή ασβεστολιθική ή χιτινώδη ή συμφυρματοπαγούς προέλευσης (ξένο υλικό που παίρνει από το περιβάλλον) θήκη. Οι εξωτερικοί προστατευτικοί σωλήνες μπορούν να είναι ελεύθεροι, τις περισσότερες όμως φορές είναι προσκολλημένοι σε βράχους, σε όστρακα ζώων κ.ά. Ορισμένα Πολύχαιτα όπως το γένος Serpula βρίσκονται απολιθωμένα σε τόσο μεγάλες συγκεντρώσεις ώστε σχηματίζουν βιογενείς ασβεστολίθους από Serpula. Άλλες περιπτώσεις εμμέσου παλαιοντολογικής παρουσίας των Σκωλήκων είναι τα αποτυπώματα των ερπυσμών τους σε χαλαρά ιζήματα που απολιθώνονται ή το απολιθωμένο γεώδες περιεχόμενο του πεπτικού σωλήνα τους (κοπρόλιθοι) ή οι σκληρές σιαγόνες από χιτίνη τα Σκωληκόδοντα. Τα Χαιτόποδα και μάλιστα τα Πολύχαιτα είναι γνωστά από το Κάμβριο. 25

27 ΤΡΙΛΟΒΙΤΕΣ Καρκινοειδή του Παλαιοζωικού αιώνα. Το σώμα χωρίζεται εγκάρσια και κατά μήκος σε τρεις λοβούς. Ετσι, με δύο εγκάρσιες αυλακώσεις χωρίζεται σε κεφαλή, θώρακα και πυγίδιο, ενώ με δύο κατά μήκος αυλακώσεις χωρίζεται στη ράχη και τις δύο εκατέρωθεν αυτής πλευρές. Η ραχιαία πλευρά του ζώου προστατεύεται από ισχυρό ασβεστολιθικό εξωσκελετό, που κυρίως δίνει τα αποτυπώματα των Τριλοβιτών. Το τμήμα που καλύπτει την κεφαλή ονομάζεται Κεφαλική Ασπίδα και έχει, συνήθως, ημικυκλικό ή τριγωνικό σχήμα. Πάνω στην κεφαλική ασπίδα διακίνονται ένα κεντρικό τμήμα κυρτό, η φαλάκρα, και εκατέρωθεν αυτής οι δύο παρειές. Ο χωρισμός της φαλάκρας από τις δύο παρειές επιτυγχάνεται με δύο σαφώς καθορισμένες αυλακώσεις. Κάθε παρειά έχει σχήμα περίπου τριγωνικό και χωρίζεται συνήθως σε δύο τμήματα από την προσωπική γραμμή. Η κεφαλική ασπίδα καταλήγει σε δύο αγκάθια στις δύο πλευρές, ενώ η φαλάκρα χωρίζεται σε λοβούς με τη βοήθεια αυλακώσεων. Οι δύο οφθαλμοί των Τριλοβιτών είναι σύνθετοι και μεγάλοι στην άνω επιφάνεια της κεφαλής στο σημείο που κάμπτεται η προσωπική γραμμή. Οι οφθαλμοί είναι συνήθως κυρτοί στην επιφάνεια και ημισεληνοειδείς κατά το σχήμα, σύνθετοι αποτελούμενοι από χιλιάδες μικροσκοπικούς φακούς έκαστος. Υπάρχουν και απλούστεροι οφθαλμοί καθώς και Τριλοβίτες χωρίς οφθαλμούς. Στην περίπτωση αυτή πιθανόν η έλλειψη οφείλεται στην ατροφία του οργάνου λόγω μονίμου διαμονής σε μεγάλα σκοτεινά θαλάσσια βάθη. Ο θώρακας αποτελείται από 2-22 κινητά άρθρα. Το πυγίδιο έχει σχήμα συνήθως τριγωνικό ή ημικυκλικό αποτελούμενο από 2-28 άκαμπτα τμήματα. Γενικά κατά την απολίθωση δεν διατηρείται το πυγίδιο, αλλά αποχωρίζεται του λοιπού σώματος. Η κοιλιακή πλευρά των Τριλοβιτών προστατεύεται από λεπτότερο εξωτερικό περίβλημα. Κατά μήκος της κοιλιακής πλευράς εκφύονται εκατέρωθεν ζεύγη άκρων και από τα τρία μέρη του σώματος. Από την κεφαλή ένα ζεύγος μεγάλων αισθητήριων κεραιών και τέσσερα ζεύγη διχαζομένων μασητικών ή συλληπτικών άκρων εκατέρωθεν του στόματος. Από τον θώρακα και το πυγιδίο σειρά από ζεύγη ποδιών, από τα οποία τα μεγαλύτερα είναι στο θωρακικό τμήμα. Το μέγεθος των Τριλιβιτών ποικίλλει συνήθως μεταξύ ολίγων εκατοστών, υπάρχουν όμως και μεγαλύτεροι Τριλοβίτες μέχρι σχεδόν ένα μέτρο. Οι Τριλοβίτες είναι συνυφασμένοι με τον Παλαιοζωικό αιώνα, ο οποίος ονομάζεται και αιώνας των Τριλοβιτών. Εμφανίζονται από το Κατώτερο Κάμβριο, παρουσιάζουν μεγάλη ανάπτυξη κατά το Ορδοβίσιο, υποχωρούν κατά το Δεβόνιο και μόνο λίγα γένη συνεχίζουν μέχρι το τέλος του Περμίου. Είναι θαλάσσια ζώα, που ζούσαν σε μικρά βάθη στο βυθό ή κοντά στο βυθό. 26

28 Τριλοβίτες Trilobita 1. Ogygopsis: Το γένος είναι γνωστό από το Μέσο Κάμβριο (πριν από 530 εκατομμύρια χρόνια) της Β. Αμερικής. Το απεικονιζόμενο γένος προέρχεται από τον Καναδά. 2. Modocia: Το στρωματογραφικό εύρος του γένους αυτού είναι από το ανώτερο τμήμα του Μέσου Καμβρίου μέχρι το τέλος του Καμβρίου ( εκατομμύρια χρόνια) και αποτελεί τυπική μορφή για το Κάμβριο της Β. Αμερικής. Το απεικονιζόμενο είδος M. brevispina προέρχεται από το Liberty, του Idaho. 3. Calymene: Το στρωματογραφικό εύρος του γένους αυτού είναι Κατώτερο Σιλούριο μέχρι Μέσο Δεβόνιο ( εκατομμύρια χρόνια). Εμφανίζει μεγάλη γεωγραφική εξάπλωση, Ευρώπη, Αυστραλία, Β. και Ν. Αμερική. Το απεικονιζόμενο είδος C. blumenbachi προέρχεται από το Σιλούριο της Αγγλίας. 4. Phacops: Ευρέως διαδεδομένο από το Σιλούριο μέχρι το Δεβόνιο ( εκατομμύρια χρόνια) με μεγάλη γεωγραφική εξάπλωση σ όλο τον κόσμο. Το απεικονιζόμενο είδος P. rana από το Δεβόνιο της Β. Αμερικής. 5. Odontochile: Κατώτερο-Μέσο Δεβόνιο ( εκατομμύρια χρόνια) με μεγάλη γεωγραφική εξάπλωση Ευρώπη, Β. και Ν. Αμερική και Αυστραλία. Το είδος O. haussmanni προέρχεται από το Δεβόνιο της Τσεχοσλοβακίας. 6. Greenops: Τυπικό γένος του Μέσου Δεβονίου. Η παρουσία του κατά το Ανώτερο Δεβόνιο αμφισβητείται. Το είδος G. collitelus από Erie County, της Νέας Υόρκης. 27

29 ΕΛΑΣΜΑΤΟΒΡΑΓΧΙΑ Τα Ελασματοβράγχια (ή Πελεκύποδα ή Δίθυρα ή Ακέφαλα) έχουν όστρακο από δύο ασβεστολιθικές θυρίδες την δεξιά και την αριστερή που ενώνονται μεταξύ τους με ελαστικό σύνδεσμο στη ραχιαία πλευρά του οστράκου. Τα περισσότερα από τα Ελασματοβράγχια ζουν ελεύθερα και κινούνται με τη βοήθεια του μυός, και επειδή στέκονται όρθια οι δύο θυρίδες είναι ισομεγέθεις. Μερικά γένη όπως (Pecten,Lima) κινούνται με γρήγορο κλείσιμο των θυρίδων οπότε εκτινάσσεται το νερό από το εσωτερικό του οστράκου και το ζώο μετατοπίζεται με άλματα. Υπάρχουν και γένη που τοποθετούνται επί της μιας πλευράς οπότε η πλευρά αυτή είναι περισσότερο κυρτή σε σχέση με την ανώτερη θυρίδα. Τέλος, το γένος Ostrea προσκολλάται στέρεα και μόνιμα με την έκκριση του μανδύα, πάνω στο υπόβαθρο με την μία θυρίδα. Το όστρακο είναι ακανόνιστο ενώ η προσκολλημένη θυρίδα είναι πλατύτερη, κυρτότερη και παχύτερη από την άλλη ελεύθερη θυρίδα. Πολλά γένη σκάβουν φωλιές μέσα στο ίζημα του βυθού της θάλασσας και παραμένουν εντός με το πίσω άκρο τους προς τα πάνω. Ετσι προφυλάσσονται από τους πολλούς εχθρούς (Αστερίες, Γαστερόποδα, Ψάρια κ.ά.) Στα γένη αυτά οι θυρίδες είναι σωληνόμορφοι και το όστρακο ισόπλευρο. Λίγα γένη είναι ικανά να σκάβουν φωλιές σε διαφόρου φύσης υλικά. Για τον σκοπό αυτό ενεργούν, όχι μόνο μηχανικά αλλά και χημικά, με την έκκριση από ειδικούς αδένες, διαβρωτικών υγρών. Σ αυτά το όστρακο είναι κυλινδρικό, όπως το Lithodomus και η Saxicava εισχωρούν εντός των ασβεστολίθων, το Pholas εντός διαφόρων πετρωμάτων (ψαμμίτες, ασβεστόλιθους, γνεύσιους, τύρφη, ήλεκτρον), το Teredo (κοινώς σκουλίκι των ξύλων των πλοίων) διατρυπά τα ξύλα. Απολιθωμένα ξύλα με τρύπες από Teredo είναι γνωστά από το Ηώκαινο. Όλα τα Ελασματοβράγχια είναι οργανισμοί υδρόβιοι και τα περισσότερα από αυτά ζουν στη θάλασσα. Οι θαλάσσιοι αντιπρόσωποι εξαπλούνται από την ακτή μέχρι βάθους σχεδόν μέτρων, είναι όμως αφθονότερα στα μικρότερα βάθη, τα κάτω των μέτρων. Μεταξύ των Ασπονδύλων, τα Ελασματοβράγχια (μαζί με τα Βραχιόποδα) αποτελούν τους καλύτερους δείκτες φάσεων. Πολλά γένη και είδη διαβιούν σε ορισμένες θαλάσσιες ζώνες και σε καθορισμένο είδος βυθού (αμμώδες, ιλυώδες, βραχώδες, ασβεστολιθικό), επομένως, μπορούν να μας δώσουν παλαιοοικολογικές πληροφορίες. Επίσης, υπάρχουν χαρακτηριστικά γένη και είδη που χρησιμοποιούνται σαν καθοδηγητικά απολιθώματα για τον προσδιορισμό της σχετικής ηλικίας γεωλογικών στρωμάτων. Είναι γνωστά από το Κάμβριο. Κατά τη διάρκεια του Παλαιοζωικού βρίσκονται σε ύφεση. Κατά τον Μεσοζωικόν αιώνα τα Ελασματοβράγχια εμφανίζουν γρήγορη ανάπτυξη και εξάπλωση που συνεχίστηκε και κατά τον Καινοζωικό αιώνα μέχρι σήμερα., με ένα μέγιστον κατά τη διάρκεια του Κρητιδικό. 28

30 ΕΛΑΣΜΑΤΟΒΡΑΓΧΙΑ 29

31 Ελασματοβράγχια - Bivalvia 1. Cardium: Το γένος εμφανίζεται από το Μειόκαινο (πριν από 20 εκατομμύρια χρόνια) και συνεχίζει μέχρι Σήμερα. Η γεωγραφική του εξάπλωση περιορίζεται στην Ν. Ευρώπη και Δ. Αφρική. Στον πίνακα απεικονίζεται το είδος C. ciliare που προέρχεται από το Πλειόκαινο της Piacenza (Ιταλία) 2. Cyprina (Arctica): εμφανίζεται από το Κατώτερο Κρητιδικό (Άλβιο πριν 110 εκατομμύρια χρόνια) και συνεχίζει μέχρι Σήμερα. Στον πίνακα απεικονίζεται το είδος C. islandica που προέρχεται από το Πλειστόκαινο της Ιταλίας. Το είδος αυτό είναι κάτοικος κρύων θαλάσσιων νερών και θεωρείται ότι μετακόμισε στην Μεσόγειο κατά την κρύα φάση του Πλειστοκαίνου (στο Καλάβριο) από τη Β. Θάλασσα. 3. Venus: Εμφανίζεται από το Ολιγόκαινο (πριν από 35 εκατομμύρια χρόνια) μέχρι Σήμερα. Απολιθώματα του γένους αυτού έχουν βρεθεί στην Ευρώπη, Αφρική, Ασία και Β. Αμερική. Στον πίνακα απεικονίζεται το είδος V. multilamella από το Πλειόκαινο του Asti (Ιταλία). Πρόκειται για βενθονική μορφή που διαβιεί μέσα στο ίζημα του βυθού απ όπου προβάλλουν μόνο δύο σίφωνες. 4. Pecten: Εμφανίζεται από το Ανώτερο Ηώκαινο μέχρι Σήμερα, σ όλες τις θάλασσες σε παγκόσμια κλίμακα. Στον πίνακα απεικονίζεται το είδος P. (Flabellipecten) flabelliformis από το Πλειόκαινο του Asti (Ιταλία). Το είδος αυτό έχει στρωματογραφικό εύρος Κατώτερο Μειόκαινο-Ανώτερο Πλειόκαινο στην Ευρασία ενώ ζει ακόμα στις βββαθειές θάλασσες της Αμερική. Το γένος Pecten είναι χαρακτηριστικό αμμούχων και μεγάλου βάθους περιοχών. 5. Ostrea: Το γένος εμφανίζεται στο Κρητιδικό (πριν 140 εκατομμύρια χρόνια) και συνεχίζει μέχρι Σήμερα σ όλες τις θάλασσες εκτός από τις περιοχές των πόλων. Το παράδειγμα του πίνακα προέρχεται από το Asti (Ιταλία). Προσαρμόζεται και σε κυματώδη περιβάλλοντα με βραχώδες υπόβαθρο. 6. Glycimeris: Κατώτερο Κρητιδικό (πριν 130 εκατομμύρια χρόνια) μέχρι Σήμερα με παγκόσμια εξάπλωση. Το είδος G. parilis που απεικονίζεται στον πίνακα προέρχεται από το Πλειστόκαινο της Φλώριδας. Πρόκειται για ένα ελεύθερα κινούμενο γένος που ζει σε αμμώδεις παραλίες. 7. Inoceramus: Εμφανίζεται στο Λιάσιο (πριν 190 εκατομμύρια χρόνια) και εξαφανίζεται στο Ανώτερο Κρητιδικό (πριν 80 εκατομμύρια χρόνια). Το είδος I. balthicus που απεικονίζεται στον πίνακα προέρχεται από το Κρητιδικό της Γερμανίας. Πρόκειται για βενθονική μορφή που ζούσε προσκολλημένο με ένα έλασμα ή με τη δεξιά θυρίδα σε σταθερό υπόβαθρο. 8. Conchodon: Το γένος αυτό που ανήκει στην οικογένεια των Megalodontidae έχει βρεθεί μόνο στο Ραίτιο (Ανώτερο Τριαδικό πριν 200 εκατομμύρια χρόνια) και μόνο στην Ευρώπη. Το είδος C. infraliasicus που απεικονίζεται στον πίνακα προέρχεται από το Monte Prasanto της Ιταλίας. 30

32 ΓΑΣΤΕΡΟΠΟΔΑ Τα Γαστερόποδα ανήκουν στη Συνομοταξία των Μαλακίων. Zουν στην ξηρά, σε γλυκά νερά, σε υφάλμυρα νερά ενώ το μεγαλύτερο ποσοστό τους ζει στο θαλάσσιο περιβάλλον αφθονότερα όμως εμφανίζονται στα θερμότερα και μικρού βάθους θαλάσσια νερά. Γενικά τα Γαστερόποδα διακρίνονται για την ικανότητα προσαρμογής τους. Τα Γαστερόποδα που ζουν στα γλυκά νερά έχουν όστρακο λεπτότερο σε σχέση με αυτά που ζουν στη θάλασσα. Ενώ, τα Γαστερόποδα της παρακτίου ζώνης έχουν πολύ παχύ όστρακο σε σχέση με εκείνα που ζουν σε βαθύτερα μέρη της θάλασσας. Ο ζων οργανισμός φέρει κεφαλή με ένα ή δύο ζεύγη κεραιών και συνήθως οφθαλμούς. Επί της κοιλιακής επιφανείας του σώματος υπάρχει ο πους που είναι μεγάλος και χρήσιμος για τον ερπυσμό. Το εξωτερικό όστρακο σχηματίζεται από εκκρίσεις του μανδύα. Το όστρακο αποτελείται από ένα επιμήκη σωλήνα, ανοικτό στο ένα άκρο που απολήγει σε κλειστό σημείο στο άλλο άκρο. Ο σωλήνας αυτός ελίσσεται σε ελικοειδή σπείρα. Οι ελιγμοί κατά κανόνα αναπτύσσονται κανονικά, σχηματίζοντες συμπαγή ελικοειδή σπείρα. Κάθε ελιγμός είναι μεγαλύτερος του προηγουμένου του, ο τελευταίος είναι ο μεγαλύτερος απ όλους και καταλήγει στο άνοιγμα του στόματος. Ο πρώτος και μικρότερος γύρος αποτελεί την κορυφή του οστράκου, ο τελευταίος με το στόμιο αποτελεί την βάση του οστράκου. Η σπείρα ποικίλλει κατά το σχήμα στα διάφορα γένη και είδη. Άλλοτε αποτελείται από πολλούς ελιγμούς και άλλοτε από λίγους. Η φορά στροφής των ελιγμών της σπείρας γίνεται συνήθως προς τα δεξιά, δηλαδή, όταν το όστρακο τοποθετηθεί όρθιο με την κορυφή προς τα πάνω και το στόμα προς τα κάτω τότε το στόμα βρίσκεται προς το δεξί χέρι του παρατηρητή. Ελάχιστα Γαστερόποδα είναι αριστερόστροφα. Αξιοσημείωτο είναι ότι και τυπικά δεξιόστροφα γένη εμφανίζονται κάποτε σαν αριστερόστροφα. Τα θαλάσσια Γαστερόποδα ζουν σε μικρό βάθος μέχρι περίπου τα μέτρα (σε μεγαλύτερα βάθη σπανίζουν) πάνω σε βραχώδες υπόβαθρο, πάνω σε φύκη ή βυθίζονται μέσα στην άμμο και τη λάσπη. Από τον κανόνα αυτόν εξαιρούνται τα Πτερόποδα που κολυμπούν ελεύθερα. Στρωματογραφική εξάπλωση: Κάμβριο-Σήμερα Υπολογίζεται ότι ο αριθμός των απολιθωμένων ειδών υπερβαίνει τις Το μέγιστο της στρωματογραφικής εξάπλωσής τους είναι κατά το Τριτογενές και Τεταρτογενές. 31

33 Γαστερόποδα Gastropoda 32

34 Γαστερόποδα Gastropoda 1. Turritella: Το γένος εμφανίστηκε στο Ανώτερο Κρητιδικό (πριν από 80 εκατομμύρια χρόνια) και ζει μέχρι Σήμερα με παγκόσμια εξάπλωση. Το απεικονιζόμενο είδος T.turris προέρχεται από το Πλειόκαινο του Asti Ιταλία). Το γένος εμφανίζει το μέγιστον της ανάπτυξής του κατά το Ηώκαινο και αποτελεί καλό στρωματογραφικό δείκτη για όλο το Τριτογενές. Είναι φυτοφάγο και προτιμά μαλακό θαλάσσιο υπόβαθρο. 2. Natica: Το γένος εμφανίστηκε από το Κρητιδικό και ζει μέχρι Σήμερα. Το απεικονιζόμενο γένος προέρχεται από το Πλειόκαινο της Φλώριδας. Το είδος N. lactea είναι χαρακτηριστικό της Τυρρηνίου βαθμίδας του Πλειστοκαίνου στην περιοχή της Μεσογείου. 3. Murex: Το γένος πρωτοεμφανίζεται κατά το Μειόκαινο (πριν 20 εκατομμύρια χρόνια) και συνεχίζει μέχρι Σήμερα. Ζούσε και συνεχίζει να ζει σε θερμά θαλάσσια νερά, γεγονός που το αναδεικνύει σε καλό παλαιοοικολογικό δείκτη καθώς και σε πετρώδες υπόβαθρο ή σε υφάλους. Το απεικονιζόμενο γένος είναι από το Πλειόκαινο της Ιταλίας (Altavilla, Vicenza). 4. Nassa: Εμφανίζεται στο Ηώκαινο (πριν 55 εκατομμύρια χρόνια) και είναι ευρέως διαδεδομένο μέσα στις θάλασσες μέχρι Σήμερα. Το απεικονιζόμενο είδος N. conglobata προέρχεται από το Asti της Ιταλίας. Κατά το Πλειόκαινο έχουμε μεγάλη ανάπτυξη του γένους αυτού που αντιπροσωπεύεται από πολλά είδη. 5. Conus: Εμφανίζεται στο Ανώτερο Κρητιδικό (πριν 80 εκατομμύρια χρόνια) μέχρι Σήμερα. Το απεικονιζόμενο είδος C. antediluvianus προέρχεται από το Πλειόκαινο της Modena (Ιταλία). Γνωστό είναι το είδος C.testudinarius με μεγάλο μέγεθος από τη θερμή περίοδο του Τυρρηνίου στη Μεσόγειο όπου εμφανίζεται μα ζί με το γένος Strobus. Σαρκοφάγα γαστερόποδα που ζουν πάνω σε αμμώδεις βυθούς. 6. Fissurella: Το γένος εμφανίζεται από το Ηώκαινο (πριν από 55 εκατομμύρια χρόνια) και συνεχίζει μέχρι Σήμερα με παγκόσμια εξάπλωση. Το απεικονιζόμενο γένος προέρχεται από το Πλειόκαινο του Asti (Ιταλία). Αντιπρόσωποι του γένους αυτού σήμερα ζουν στις θερμές, τροπικές με παρουσία άφθονου οξυγόνου θάλασσες. Η ανεύρεση απολιθωμένων μορφών μας επιτρέπει να προσδιορίσουμε τις παλαιοκλιματολογικές συνθήκες της περιοχής που εντοπίζονται τα απολιθώματα αυτά. 7. Trochus: Εμφανίζεται από το Μειόκαινο (πριν 20 εκατομμύρια χρόνια) και συνεχίζει μέχρι Σήμερα. Το απεικονιζόμενο γένος προέρχεται από το Πλειόκαινο του Bordeaux (Γαλλία). 8. Actaeonella: Απαντά με μεγάλη αφθονία στο Ανώτερο Κρητιδικό (πριν 80 εκατομμύρια χρόνια) σε παγκόσμια κλίμακα. Το απεικονιζόμενο γένος προέρχεται από το Κρητιδικό της Γερμανίας στο Branderburg. Όστρακα του γένους Actaeonella απαντούν σε συγκεντρώσεις με Hippurites και Nerinea γεγονός που αποδεικνύει ότι ζούσαν σε υφαλώδες περιβάλλον σε θερμά και καλά οξυγονωμένα νερά. 9. Planorbis: Είναι γαστερόποδο των γλυκών νερών και είναι γνωστά από το Τριτογενές (πριν 50 εκατομμύρια χρόνια) μέχρι Σήμερα. Το απεικονιζόμενο είδος P. complanata προέρχεται από το Τεταρτογενές της Ulm (Γερμανία). Πρόκειται για ένα πολύ καλό παλαιοοικολογικό δείκτη. 33

35 ΚΕΦΑΛΟΠΟΔΑ Τα Κεφαλόποδα αποτελούν την περισσότερο εξελιγμένη ομάδα των Μαλακίων, γιατί παρουσιάζουν σε ορισμένα μέλη του σώματός τους τέτοια οργάνωση που προσεγγίζει εκείνη των Σπονδυλωτών. Όλα είναι θαλάσσια, σήμερα υπάρχουν τα καλαμάρια, οι σουπιές, οι ναυτίλοι, οι αργοναύτες, τα χταπόδια, ενώ κατά τον Παλαιοζωικό και τον Μεσοζωικό υπήρχαν σε μεγάλη αφθονία και άλλα όπως, οι Αμμωνίτες και οι Βελεμνίτες, πλούσιοι σε χαρακτηριστικά γένη και είδη για τους αιώνες αυτούς. Έχουν σαφώς διαμορφωμένη κεφαλή, που φέρει γύρω από το στόμα στεφάνη από βραχίονες ή λοβούς συλληπτικούς ή κολυμβητικούς, οπλισμένους με μυζητικάς κοτύλας και ονυχοειδή άγκιστρα. Κάτω από το στόμα υπάρχει μυώδης σωληνοειδής σίφων, που εκτινάσσει το νερό προς τα έξω. Στο πάνω μέρος της κεφαλής υπάρχουν δύο τέλειοι οφθαλμοί, γενικά μεγάλοι. Ο μανδύας αποτελείται από μια δερμάτινη πτυχή που περιβάλλει σχεδόν πλήρως το σώμα. Τα βράγχια βρίσκονται μέσα στη μανδυακή κοιλότητα, έχουν σχήμα ριπιδίου και είναι δύο (σουπιά, χταπόδι κ.ά.) ή τέσσερα (Ναυτίλος). Η διαίρεση αυτή των Κεφαλοπόδων σε Τετραβράγχια και Διβράγχια είναι θεμελιώδης. Τα Διβράγχια φέρουν επίσης μελανοφόρο σάκκο για να θολώνουν το θαλάσσιο νερό σε ώρα κινδύνου. Τα ζώα αυτά είναι σαρκοφάγα με στόμα οπλισμένα με ράμφος και δύο σιαγώνες από κερατοειδές ή ασβεστολιθικό υλικό. Από Παλαιοντολογικής άποψης ενδιαφέρει κυρίως το όστρακο. Μερικά στερούνται οστράκου (τα χταπόδια), άλλα φέρουν εξωτερικό όστρακο που εκκρίνεται από τον μανδύα (Ναυτίλος), άλλα φέρουν εσωτερικό όστρακο που βρίσκεται συνήθως μέσα σε σάκκο που σχηματίζεται από πτυχές του μανδύα στο ραχιαίο τμήμα (Σουπιά,Τευθίς). Με βάση τα παραπάνω τα Κεφαλόποδαχωρίζονται σε Εξώκογχα και Εσώκογχα. Τα πρώτα είναι Τετραβράγχια, τα δεύτερα είναι Διβράγχια. Γενικά, διαιρούνται σε τρεις μεγάλες Τάξεις: Τα Ναυτιλοειδή, οι Αμμωνίτες και τα Διβράγχια. Τα Αμμωνιτοειδή είναι γνωστά μόνο παλαιοντολογικά, επειδή παρουσιάζουν εξωτερικά ομοιότητες με τα σύγχρονα Ναυτιλοειδή θεωρούνται πιθανά Τετραβράγχια. 34

36 ΝΑΥΤΙΛΟΕΙΔΗ Τα Ναυτιλοειδή υπήρξαν αφθονότατα κατά τον Παλαιοζωικό αιώνα, ενώ σήμερα υπάρχει μόνο ένας αντιπρόσωπος το Nautilus pompilius. Φέρει δύο ζεύγη βραγχίων και δύο ζεύγη λοβών, χωρίς μελανοφόρο σάκκο. Ο εξωτερικός λοβός του ποδιού πλατυνόμενος αποτελεί καλύπτρα που φράσσει το στόμιο του οστράκου, όταν το ζώο μπει μέσα στο όστρακο. Το όστρακο των Ναυτιλοειδών είναι πάντοτε εξωτερικό, και αποτελείται από σωλήνα κλειστό στο στενότερο άκρο. Ο σωλήνας αυτός δύναται να είναι ευθύς, κεκαμμένος ή σπειροειδής. Στους σπειροειδείς τύπους ανάπτυξης οι ελιγμοί είναι δυνατό να είναι χωρισμένοι ή να βρίσκονται σε πλήρη επαφή μεταξύ τους. Γενικά ελίσσονται επί ενός επιπέδου, ενώ υπάρχουν και περιπτώσεις με ελικοειδή σπείρα. Το εσωτερικό του οστράκου χωρίζεται με εγκάρσια κοίλα διαφράγματα (septa) σε πλήθος θαλάμων, των οποίων το μέγεθος αυξάνει προς το άνοιγμα του οστράκου. Ο τελευταίος και μεγαλύτερος θάλαμος είναι ο κατοικίδιος θάλαμος, μέσα στον οποίο και μόνο υπάρχει το σώμα του ζώου προσκολλημένον επί των τοιχωμάτων του εσωτερικού με τον μανδύα και τους πλευρικούς μύες που αφήνουν τα αποτυπώματά τους.. Όλοι οι υπόλοιποι θάλαμοι καλούνται αεροφόροι, γιατί γεμίζουν από αζωτούχον αέριο. Έτσι το όστρακο γίνεται ελαφρύτερο, ώστε να αιωρείται εντός της θάλασσας. Το όστρακο αυξάνει με τη προέκταση των χειλέων του στοματικού ανοίγματος. Κατά χρονικά διαστήματα το σώμα του ναυτιλοειδούς μετατοπίζεται προς τα εμπρός και τότε ένα καινούργιο διάφραγμα εκκρίνεται πίσω του, ώστε να δημιουργείται ένα νέος αεροφόρος θάλαμος. Το σύνολο των αεροφόρωνν θαλάμων μεζί με τον εμβρυακό αποτελεί τον φραγμόκωνο που διασχίζεται από τον σίφωνα (λεπτό χορδοειδές όργανο γεμάτο από αρτηρίες). Η θέση του σίφωνα εντός του οστράκου ποικίλλει στα διάφορα γένη. Στον Ναυτίλο διαπερνά τα διαφράγματα περίπου από το κέντρο τους, ενώ σε άλλα είναι δυνατόν να βρίσκεται προς το εξωτερικό ή προς το εσωτερικό μέρος του ελιγμού. Εξωτερικά το όστρακο διακοσμείται με απλές έγχρωμες γραμμώσεις. Το τοίχωμα του οστράκου αποτελείται από δύο στρώματα ασβεστολιθικά (αρχικά από αραγωνίτη με οργανική ουσία την κογχυολίνη). Στα σημεία που συμφύονται τα διαφράγματα με τα εσωτερικά τοιχώματα σχηματίζονται οι γραμμές ραφών. Οι γραμμές ραφών είναι αθέατες στο εξωτερικό του οστράκου, στα απολιθώματα όμως, συνήθως, έχουμε τα εσωτερικά εκμαγεία, όπου οι γραμμές ραφών είναι εμφανείς. Τα Ναυτιλοειδή είναι ζώα που κατ εξοχήν κολυμπούν ενώ μπορούν και να έρπουν στον βυθό. Το κολύμπι επιτυγχάνεται με τη βοήθεια των βραχιόνων και των πτεροειδών λοβών της κεφαλής καθώς και δια της εξακοντίσεως υδάτων. Μπορούν επίσης, να ανεβοκατεβαίνουν μέσα στη θαλάσσια στήλη με τη βοήθεια του αεροφόρου συστήματος που διαθέτουν. Όταν το ζώο προβάλλει το σώμα του προς τα έξω από τον κατοικίδιο θάλαμο, ο δημιουργούμενος κενός χώρος στο βάθος του θαλάμου αυτού πληρούται από αέρα των αεροφόρων θαλάμων. Ο συνολικός όγκος του σώματος αυξάνει από το ίδιο βάρος και έτσι το ζώο ανέρχεται. Το αντίθετο, δηλαδή η συσπείρωση και συστολή του σώματος εντός του κατοικιδίου θαλάμου προκαλεί τη βύθηση. Γένη Ναυτιλοειδών Orthoceras (Orthoceratidae): Όστρακο ευθύ,σπάνια ελαφρα κυρτό, επίμηκες, κωνικό. Από το Σιλούριο μέχρι το Τριαδικό με πολλά είδη, από τα οποία μερικά γιγαντιαία 2-3 μέτρα. 35

37 Cyrtoceras (Orthoceratidae): Όστρακο βραχύ, ογκώδες κεκαμμένο. Το όστρακο έχει μορφή κυρτού κέρατος, με την κοίλη πλευρά ραχιαία. Χαρακτηριστικό του Δεβονίου. Nautilus (Nautilidae): Όστρακο πολύ ή λίγο θολωτό, επιπεδοσπειροειδές (ενηλιγμένο) με ολίγους ελιγμούς, σχεδόν καλυμμένους μεταξύ τους. Γνωστό από το Λιθανθρακοφόρο μέχρι σήμερα με μεγάλη ανάπτυξη κατά το Ιουρασικό και Κρητιδικό. Πιστεύεται ότι τα είδη του Παλαιοζωικού και Μεσοζωικού ανήκουν σε χωριστά είδη και ότι το γένος Nautilus εμφανίζεται από το Ηώκαινο ενώ το N. pompilius είναι σύγχρονο. Από την πλούσια ομάδα των Ναυτιλοειδών, ο μόνος σύγχρονος εκπρόσωπος είναι ο Nautilus, που ζει στα νερά του Ινδικού Ωκεανού και στο Αρχιπέλαγος των Ανατολικών Ινδιών (από Σουμάτρα μέχρι Φίτξι). Ζει μάλλον σε αβαθή νερά, έρποντας στο βυθό με τους βραχίονες του κεφαλιού του, ή κολυμβόντας, φτάνοντας μέχρι και την επιφάνεια. Η αντοχή του οστράκου του στην υδροστατική πίεση δείχνει ότι μπορεί να ζήσει και σε βάθος μέχρι τα 500 μέτρα. 36

38 ΑΜΜΩΝΙΤΟΕΙΔΗ Τα Αμμωνιτοειδή είναι Κεφαλόποδα του Παλαιοζωικού και του Μεσοζωικού. Η αφθονία και η ποικιλία με την οποία εμφανίζονται κατά τον Μεσοζωικό είναι τόσο μεγάλη ώστε ο Μεσοζωικός αιώνας να θεωρείται σαν ο αιώνας των Αμμωνιτών. Με βάση και μόνο της ομοιότητας του οστράκου τους με τα Ναυτιλοειδή τοποθετούνται στην ομάδα των Τετραβραγχίων. Οι ομοιότητες του οστράκου των Ναυτιλοειδών με τους Αμμωνίτες είναι θεμελιώδεις υπάρχουν όμως και διαφορές: 1. Το όστρακο των Αμμωνιτών είναι κατά κανόνα περιελιγμένο (σπειροειδές) σε ένα επίπεδο, με εξωτερικό στολισμό πλουσιότερο από εκείνο των Ναυτιλοειδών. 2. Ο σίφωνας ουδέποτε είναι κεντρικός, αλλά πάντοτε προς την περιφέρεια (εξωσιφωνικά), εκτός από την οικογένεια Glymeniidae, του Ανωτέρου Δεβονίου που φέρει τον σίφωνα (ενδοσιφωνικά). 3. Οι γραμμές ραφών των διαφραγμάτων είναι, κατά κανόνα, πολυπλοκότερες παρά στα Ναυτιλοειδή. 4. Τα σιφωνικά χωνία των διαφραγμάτων στους Αμμωνίτες διευθύνονται προς τα εμπρός (προσωσιφωνικά), εκτός μερικών πρώτων θαλάμων του οστράκου. Στις παλαιότερες οικογένειες των Αμμωνιτών όπως Goniatitidae και Clymeniidae σε μερικά γένη διευθύνονται προς τα όπισθεν όπως και στα Ναυτιλοειδή (οπισθοσιφωνικά). 5. Το στόμιο σε ορισμένους από τους Αμμωνίτες, έκλεινε με ζεύγος ασβεστολιθικών πλακών ή μία ασβεστολιθική πλάκα, ενώ στα Ναυτιλοειδή έμενε ακάλυπτο. Για τη συστηματική κατάταξη των Αμμωνιτών μεγάλη σημασία παρουσιάζουν οι γραμμές ραφών. Κατά κανόνα οι παλαιότεροι Αμμωνίτες έχουν απλούστερες ραφές και οι νεότεροι συνθετότερες. Τη φυλογενετικήν αυτήν εξέλιξη μπορούμε να παρακολουθήσουμε και στην οντογονία ενός ατόμου. Στο ίδιο όστρακο ενός από του νεότερους Αμμωνίτες οι ραφές των πρώτων θαλάμων της ππαιδικής ηλικίας είναι απλούστεροι, και μοιάζουν με αρχαιότερους Αμμωνίτες, βαθμιαίως αποκτούν το τελικό σύνθετο σχήμα όσο πλησιάζουν προς τους θαλάμους του ενήλικα σταδίου. Είναι αξιοσημείωτο ότι ορισμένοι Αμμωνίτες (στο Ανώτερο Κρητιδικό) παρουσίασαν υποχώρηση στο σχήμα των ραφών και εμφανίστηκαν με γραμμές ραφών όμοιες με εκείνες παλαιοτέρων Αμμωνιτών. Η τοποθέτηση του οστράκου του Αμμωνίτη γίνται όπως και του Ναυτίλου, το στόμιο αποτελεί το πρόσθιο τμήμα και τοποθετείται πάνω απέναντι από τον παρατηρητή. Παλαιοζωικοί Αμμωνίτες: Clymenia, Goniatites Ανωπαλαιοζωικοί-Τριαδικοί: Ceratites, Arcestes Iουρασικοί-Κρητιδικοί: Phylloceras, Lytoceras, Arietites, Amaltheus, Oppelia, Stephanoceras, Parkisonia, Perisphinctes, Hoplites, Acanthoceras. Eξάπλωση των Αμμωνιτοειδών Τα Αμμωνιτοειδή παρουσιάζονται κατά πολύ πλουσιότερα σε γένη και είδη από τα Ναυτιλοειδή. Εμφανίζονται κατά το Κατώτερο Δεβόνιο ενώ εξαφανίζονται κατά το Ανώτερο Κρητιδικό κατά το Μαιστρίχτιο, όταν είχαν φτάσει στο μέγιστο της εξέλιξής τους. Είναι γνωστά γένη και είδη. Η μελέτη των χαρακτηριστικών ειδών επέτρεψε την διαίρεση του Μεσοζωικού και κυρίως του Ιουρασικού σε βιοζώνες με βάση τους Αμμωνίτες. 37

39 Στην Ελλάδα υπάρχει πλούτος αμμωνιτοφόρων σχηματισμών αλπικού τύπου του Μεσοζωικού αιώνα. Η θάλασσα της Τηθύος, από τα ιζηματα της οποίας προέρχεται ο ελληνικός γεωλογκός χώρος, υπήρξε πλουσιοτάτη σε Αμμωνίτες κατά τη διάρκεια του Μεσοζωικού. Οι Αμμωνίτες του Παλαιοζωικού είναι σπάνιοι στον ελλαδικό χώρο, παράδειγμα είναι o Pericleites atticus που απαντάται στα στρώματα του Λιθανθρακοφόρου-Περμίου της Πάρνηθας. 38

40 ΑΜΜΩΝΙΤΕΣ 39

41 Αμμωνίτες Ammonoidea 1. Leioceras: Το στρωματογραφικό εύρος του γένους αυτού είναι πολύ περιορισμένο στο Ααλένιο (Μέσο Ιουρασικό, πριν 166 εκατομμύρια χρόνια). Είναι γνωστό στη Δ. Ευρώπη, Β. Αφρική, στην Ανατολία, Καύκασο και Ιραν. Το απεικονιζόμενο είδος L. opalinum προέρχεται από την Γερμανία. 2. Amaltheus: To γένος εμφανίζεται στο Ανώτερο Πλιενσμπάχιο (Κατώτερο Ιουρασικό, πριν 180 εκατομμύρια χρόνια) στην Ευρώπη, Β. Αφρική, Σιβηρία,Καύκασο και Β. Αμερική. Το απεικονιζόμενο είδος A. margaritatus προέρχεται από την Γερμανία. 3. Goniatites: Πρόκειται για ένα τυπικό γένος της βαθμίδας του Βίζεο του Λιθανθρακοφόρου (πριν 345 εκατομμύρια χρόνια) και έχει βρεθεί στη Β. Αφρική, Βέλγιο, Γερμανία και Αγγλία. Το απεικονιζόμενο προέρχεται από το Λιθανθρακοφόρο του Μαρόκου. Το Goniatites είναι τυπικό γένος παράκτιων ιζημάτων μικρού βάθους και προϋποθέτει ζεστά και καλά οξυγονωμένα νερά από την παρουσία δυνατών ρευμάτων. 4. Ceratites: Αφθονεί στις ρηχές θάλασσες του Κατωτέρου Τριαδικού της Κεντρικής Ευρώπης του Muschelkalk. Μαζί με το γένος αυτό απαντούν απολιθωμένα Brachiopoda και Crinoidea. Το απεικονιζόμενο είδος C. nodosus προέρχεται από το γερμανικό Muschelkalk. 5. Phylloceras: To γένος Phylloceras παρουσιάζει μεγάλο στρωματογραφικό εύρος, γεγονός ασύνηθες για τους Μεσοζωϊκούς Αμμωνίτες. Εμφανίζεται στο Ιουρασικό και συνεχίζει μέχρι το Κρητιδικό (πριν εκατομμύρια χρόνια). Το απεικονιζόμενο είδος P. doederlanium προέρχεται από το Τοάρσιο (Κατώτερο Ιουρασικό) της Ιταλίας, περιοχή Furlo στα Απέννινα. 6. Lytoceras: Παρουσιάζει μεγάλο στρωματογραφικό εύρος, από το Σινεμούριο (Κατώτερο Ιουρασικό) μέχρι το Ανώτερο Κρητιδικό. Επίσης, παρουσιάζει μεγάλη γεωγραφική εξάπλωση με παραδείγματα από την Γρηλανδία και Β. Αλάσκα. Το απεικονιζόμενο είδος L. fimbriatum προέρχεται από το Δομέριο της Ιταλίας (Κατώτερο Ιουρασικό πριν 180 εκατομμύρια χρόνια). 7. Parkinsonia: Χαρακτηριστικό είδος του Ανωτέρου Βαγιωσίου (Μέσο Ιουρασικό, πριν 175 εκατομμύρια χρόνια). Έχει βρεθεί στην Ευρώπη, Β. Αφρική, Κριμέα Καύκασο και στο Ιραν. Το απεικονιζόμενο είδος P. parkinsoni προέρχεται από τη Γαλλία. 8. Dactylioceras: Χαρακτηριστικό του κατωτέρου τμήματος του Τοαρσίου (τέλος του Κατωτέρου Ιουρασικού, πριν από 172 εκατομμύρια χρόνια). Αποτελεί άριστο στρωματογραφικό δείκτη για το Κατώτερο Τοάρσιο. Το είδος D. commune που απεικονίζεται στον πίνακα προέρχεται από το Γερμανικό Τοάρσιο. 40

42 ΔΙΒΡΑΓΧΙΑ Τα Διβράγχια Κεφαλόποδα παρουσιάζουν μικρότερον παλαιοντολογικό ενδιαφέρον με εξαίρεση την ομάδα των Βελεμνιτών, που είναι οργανισμοί χαρακτηριστκοί του Μεσοζωικού και κυρίως του Ιουρασικού και Κρητιδικού. Οι Βελεμνίτες: Ανήκουν στα Δεκάποδα (δέκα βραχίονες από τους οποίους οι οκτώ ίσοι και δύο μεγαλύτεροι, με μυζητικές κοτύλες και κερατοειδή άγκιστρα, φέρουν πάντοτε εσωτερικό όστρακο). Το εσωτερικό όστρακο αποτελείται από τρία τμήματα, το κυρίως όστρακο ή ρόστρο, το φραγμόκωνο και το προόστρακο. Το ρόστρο συμπαγές ασβεστολιθικό με σχήμα κυλινδρικό που καταλήγει σε οξύ άκρο και μοιάζει με βέλος (απ όπου και το όνομά τους) είναι το μόνο μέρος του σώματός τους που διατηρείται. Το μήκος ποικίλλει συνήθως μεταξύ 2-40 εκατοστά. Εσωτερικά το ρόστρο αποτελείται από ομόκεντρους φλοιούς, που διακρίνονται καθαρά σε εγκάρσια ή επίμηκη τομή, όπως οι δακτύλιοι στους κορμούς των δένδρων, πρόκειται για αυξητικούς φλοιούς. Κάθε φλοιός αποτελείται από μικροσκοπικά πρίσματα ασβεστίτου ακτινωτά διατεταγμένα και κάθετα προς τον άξονα του οστράκου. Η ισοτοπική ανάλυση του οξυγόνου του ασβεστίτου μπορεί να δώσει πληροφορίες για την παλαιοθερμοκρασία της θάλασσας την εποχή που ζούσαν οι Βελεμνίτες. Οι Βελεμνίτες είναι γνωστοί από την αρχή του Ιουρασκού μέχρι το Ανώτερο Κρητιδικό με πολλά είδη. 41

43 ΓΡΑΠΤΟΛΙΘΟΙ Ανήκουν στα Προχορδωτά. Θαλάσσιοι οργανισμοί του Παλαιοζωικού αιώνα, από το Σιλούριο μέχρι το Λιθανθρακοφόρο. Γενικά θεωρούνται σαν χαρακτηριστικά απολιθώματα του Σιλουρίου γιατί στο σύστημα αυτό παρουσίασαν την μεγαλύτερη ανάπτυξή τους και στη συνέχεια υποχώρησαν. Εμφανίζονται μέσα σε μαύρους αργιλικούς σχιστολίθους σε μορφή λεπτών ταινιών με ραβδοειδές ή φυλλοειδές σχήμα και λεπτές οδοντώσεις, ευθύες ή κεκαμένες, με μήκος λίγων εκατοστών, που σπάνια φτάνει το μέτρο. Θεωρούνται πελαγικοί οργανισμοί που σχημάτιζαν αποικίες και οι οποίοι μπορούσαν να ζουν στον βυθό ή πάνω σε άλλο υπόβαθρο. Ο εξωτερικός επιδερμικός σκελετός των Γραπτολίθων αποτελείτο κυρίως από χιτίνη, η οποία παραμένει απανθρακωμένη στους σχιστολίθους όπου αποτυπώνεται το περίγραμμα του σώματος. Το όνομα Γραπτόλιθοι δόθηκε στα απολιθώματα αυτά από το σχήμα τους που μοιάζει με το σχήμα πτερού χήνας, και με τα οποία έγραφαν παλαιότερα. Έκαστος Γραπτόλιθος αποτελείται από ένα σκληρό σωληνοειδές στέλεχος, το νήμα ή βίργουλα, απλό ή διακλαδιζόμενο και το οποίο φέρει στις πλευρές του οδοντώσεις. Κάθε οδόντωση αποτελεί θάλαμον, την υδροθήκη, στο εσωτερικό της οποίας θα υπήρχε ένα μικρό άτομο υπό μορφή πολύποδα. Όλοι οι θάλαμοι επικοινωνούσαν με σωλήνα κατά μήκος του νήματος. Οι ανάπτυξη αυτή μοιάζει με την οργάνωση των Κοιλεντερωτών ή των Βρυοζώων. Σε διατηρημένα απολιθώματα διακρίνεται και ένα άλλο όργανο η σίκουλα, με σχήμα σκούφιας και εξωτερικές εγκάρσιες ραβδώσεις, σαν μεγαλύτερος θάλαμος προσκολλημένος στην αποικία. Πιθανά η σίκουλα αποτελεί εμβρυακό θάλαμο, με θεμελιώδη αξία για την ανάπτυξη της αποικίας. Η περιγραφείσα αποικία αποτελεί το ραβδόσωμα που είναι μεμονωμένο και ελεύθερο. Είναι δυνατόν πολλά ραβδοσώματα να συγκεντρώνονται σε μία ομάδα και με την προέκταση του νήματος να εξαρτώνται σε ένα δισκοειδή θολωτό πλωτήρα, στη βάση του οποίου βρίσκονται διατεταγμένες μικρές σφαίρες, οι γονοθήκες, πιθανά πολλαπλασιαστικά όργανα. Για την ταξινομική τοποθέτηση των Γραπτόλιθων προς τα Πτεροβράγχια των Ημιχορδωτών, επειδή παρουσιάζουν δομή ανωτέρας τάξης. Η ταξινόμηση των Γραπτολίθων στηρίζεται στη μορφή του νήματος, την ανάπτυξη και διακλάδωσή του, στη διάταξη των υδροθηκών στη μία ή σε αμφότερες τις πλευρές του νήματος και σε άλλα μορφολογικά στοιχεία. Μεταξύ των γενών τα πλέον γνωστά είναι τα γένη: Monograptus, Diplograptus, Didymograptus, Tetragraptus Phyllograptus κ.ά. και τα οποία είναι του Σιλουρίου. Η ευρεία γεωγραφική εξάπλωση των Γραπτολίθων, σχεδόν πάντοτε μέσα σε λεπτόκοκκους αργιλλικούς σχιστολίθους, ανθρακούχους, λεπτοσχιστοφυείς συνηγορεί στην πελαγική γενικά ζωή των οργανισμών αυτών, μακρυά από την ακτή, σε περιβάλλον όπου αποτίθετο με βραδύ ρυθμό και σε ήρεμο περιβάλλον το ίζημα πάνω στον πυθμένα. Στην Ελλάδα Γραπτόλιθοι έχουν βρεθεί σε Σιλούρια στρώματα στη ΒΑ Χίο όπου αναγνωρίστηκε το γένος Monograptus. 42

44 Κεφάλαιο 6 ΠΑΛΑΙΟΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑ Η ΣΗΜΑΣΙΑ ΤΗΣ ΠΡΟΓΝΩΣΗΣ ΤΟΥ ΚΛΙΜΑΤΟΣ ΓΙΑ ΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ Η βραχυπρόθεσμη και μακροπρόθεσμη πρόγνωση του κλίματος απασχόλησε τους ερευνητές από πολύ νωρίς καθώς το κλίμα ελέγχει τις καθημερινές ενασχολήσεις των ανθρώπων και επιπλέον είναι ένας σημαντικός παράγοντας στην εξέλιξη του ανθρώπινου πολιτισμού. Τον τελευταίο αιώνα οι ανθρώπινες δραστηριότητες έχουν επηρεάσει σημαντικά τη διαμόρφωση του κλίματος και η πρόβλεψη της εξέλιξης του κλίματος καθίσταται αναγκαία. Το κλίμα ελέγχεται από πολλούς παράγοντες όπως: (α) οι ποιοτικές και ποσοτικές μεταβολές της εισερχόμενης και εξερχόμενης ακτινοβολίας από το διάστημα (β) οι μεταβολές στην ποιότητα της ατμόσφαιρας από τις συγκεντρώσεις αερίων και αιωρούμενου υλικού, (γ) μεταβολές στην υδρόσφαιρα (μεταβολές στο ρυθμό και τρόπο κυκλοφορίας των υδάτινων μαζών και θαλάσσιων ρευμάτων) και στην λιθόσφαιρα (μεταβολές στην ηφαιστειότητα, έκταση των παγετώνων), (δ) σε ανατροφοδοτούμενες διεργασίες (feedback processes) μεταξύ της λιθόσφαιρας, ατμόσφαιρας και υδρόσφαιρας, καθώς και (ε) σε ανθρώπινες επιδράσεις. 43

45 Η επίδραση του ανθρώπου στο κλίμα συνίσταται κυρίως με στην αύξηση των συγκεντρώσεων των αερίων του γνωστού «θερμοκηπίου», όπως του CO 2 και του CH4. Η αύξηση του CO2 αναμένεται να φτάσει τα 560ppm στα μέσα του 21 αιώνα, δηλαδή συγκέντρωση σχεδόν διπλάσια 280ppm για τις προ-βιομηχανικές περιόδους ενώ οι συγκεντρώσεις των υπόλοιπων αερίων του θερμοκηπίου αναμένεται να διπλασιαστούν γρηγορότερα. Οι επιπτώσεις των αυξήσεων αυτών στο περιβάλλον συνοψίζονται: στην αύξηση της θερμοκρασίας της ατμόσφαιρας (κατά μέσο όρο περίπου 2-5 C) και στην ανύψωση της στάθμης της θάλασσας (κατά μέσο όρο περίπου 0-80cm). Σύμφωνα με τα προτεινόμενα μοντέλα που ασχολούνται με την εξέλιξη του κλίματος, οι θερμοκρασιακές και υδρολογικές μεταβολές δεν θα είναι ομοιόμορφες για όλο τον πλανήτη. Έτσι, π.χ. η αύξηση της θερμοκρασίας αναμένεται να είναι πιο υψηλή στα υψηλά γεωγραφικά πλάτη παρά στα χαμηλά γεωγραφικά πλάτη ενώ η αύξηση των βροχοπτώσεων αναμένεται κυρίως σε περιοχές που βρίσκονται υπό την επίδραση μουσώνων όπως η Αφρική, η Ασία, η Αυστραλία. Σε πολλές χώρες μεταβολές στη θερμοκρασία και στην υγρασία (τόσο σε ετήσιο όσο και εποχιακό επίπεδο) καθώς και στη στάθμη της θάλασσας που τις περιβάλλει σημαίνει ριζικές μεταβολές στην διαχείριση των διαθέσιμων οικονομικών πόρων τους, καθώς τα περισσότερα μοντέλα προβλέπουν: μετανάστευση (προς τα βορειότερα) των σημερινών ζωνών βλάστησης (κυρίως της αρκτικής δασώδους βλάστησης), επομένως και των καλλιεργήσιμων ειδών που η επέκταση τους περιορίζεται σήμερα από το ψύχος (π.χ. το βόρειο όριο της καλλιέργειας αραβόσιτου στην Ευρώπη αναμένεται να μετατοπισθεί κατά km τα επόμενα 50 χρόνια) αλλαγή των καλλιεργήσιμων ειδών στις περισσότερες χώρες καθώς οι μεταβολές στη θερμοκρασία, στη βροχόπτωση, στην ικανότητα συγκράτησης της υγρασίας των εδαφών και στην ηλιοφάνεια θα προκαλέσουν μεταβολές στην ανάπτυξη των φυτών (και των ζώων). Μεταβολές στην παραγωγή των καλλιεργήσιμων ειδών λόγω (α) της ανάπτυξης ακραίων καιρικών φαινομένων, όπως η αύξηση των καταιγίδων κυρίως σε παράκτιες περιοχές, (β) η αύξηση της συχνότητας και της διάρκειας της ξηρασίας κυρίως στις τροπικές και υποτροπικές περιοχές, (γ) η μείωση της διάρκειας των έντονα κρύων ημερών του χειμώνα (περίοδος απαραίτητη για την έναρξη 44

46 ανθοφορίας μερικών ειδών) στα μεσαία γεωγραφικά πλάτη και (δ) η ανάπτυξη επιδημιών και ζιζανίων ευαίσθητων στο ψύχος. Είσοδος του θαλασσινού νερού στον υπόγειο υδροφόρο ορίζοντα των παράκτιων περιοχών και επομένως καταστροφές στα σημερινά παράκτια οικοσυστήματα Βύθιση των παράκτιων εδαφών κάτω από τη στάθμη της θάλασσας που θα σήμαινε μετανάστευση των πληθυσμών προς την ενδοχώρα, σημαντικές απώλειες καλλιεργήσιμων εδαφών και απώλειες από τουριστικούς οικονομικούς πόρους. Η ΣΥΜΒΟΛΗ ΤΗΣ ΠΑΛΑΙΟΚΛΙΜΑΤΟΛΟΓΙΑΣ ΣΤΗ ΜΕΛΕΤΗ ΤΟΥ ΚΛΙΜΑΤΟΣ Κλιματικές μεταβολές και περιβαλλοντικές επιπτώσεις ανάλογου μεγέθους με αυτές που περιγράφτηκαν δεν εμφανίζονται για πρώτη φορά στην ιστορία της Γης. Η λεπτομερής μελέτη του παλαιοκλίματος έδειξε μια σειρά χρονικών διαστημάτων με έντονες εναλλαγές μεταξύ ψυχρών και θερμών ή/και μεταξύ υγρών και ξηρών κλιματικών συνθηκών, η διάρκεια των οποίων κυμαίνεται από χιλιάδες έως και μερικές δεκάδες χρόνια. Ο εντοπισμός και η μελέτη των μεταβολών αυτών δείχνει ότι οι ανθρώπινες παρεμβάσεις δεν είναι οι μοναδικές αιτίες διαμόρφωσης του. Η έρευνα για την κατανόηση των παλαιοκλιματικών μεταβολών χρησιμοποιεί πολυποίκιλα και πολυπληθή δεδομένα και συνεργάζεται με διάφορες επιστήμες όπως η αστρονομία, η παλαιοντολογία, η παλυνολογία, η γεωμορφολογία, η χημεία, η ιζηματολογία και η αρχαιολογία. Βάσει των δεδομένων αυτών κατασκευάζονται μοντέλα κυκλοφορίας των αερίων και υδάτινων μαζών (Global Circulation Models: GCMs), τα οποία αποδίδουν με ακρίβεια τις κλιματικές παραμέτρους μιας περιοχής σε μια συγκεκριμένη χρονική περίοδο του παρελθόντος. Η σωστή απόδοση των κλιματικών συνθηκών στα μοντέλα αυτά προϋποθέτει μεγάλη χρονολογική ακρίβεια. Τούτο επιτυγχάνεται με: (i) το πυκνό δίκτυο συλλογής στοιχείων και την ανάλυση των δεδομένων με μικρό χρονικό βήμα και (ii) τη χρήση μεθόδων χρονολόγησης υψηλής ακρίβειας. Ο σχεδιασμός των μοντέλων αυτών έχει ως σκοπό τη λεπτομερή κατανόηση της κλιματικής αστάθειας στο παρελθόν, βάσει της οποίας μπορεί να γίνει εφικτή η πρόβλεψη της εξέλιξης του κλίματος στο μέλλον. 45

47 Ειδικότερα η μελέτη των θαλάσσιων ιζημάτων για την κατανόηση του παλαιοκλίματος συνίσταται κυρίως σε: 1. μικροπαλαιοντολογικές αναλύσεις, οι οποίες περιλαμβάνουν ποιοτικές και ποσοτικές αναλύσεις των τρηματοφόρων και των νανοαπολιθωμάτων. Τα τρηματοφόρα διαχωρίζονται σε πλαγκτονικά και βενθονικά. Τα βενθονικά τρηματοφόρα ζουν είτε ελεύθερα στον πυθμένα των θαλασσών είτε προσκολλημένα πάνω σε αυτόν. Τα πλαγκτονικά ζουν μέσα στην υδάτινη στήλη και συμπαρασύρονται από τα θαλάσσια ρεύματα. Η χρησιμότητά των ειδών αυτών οφείλεται στα εξής προσόντα τους: (α) είναι πολυπληθή και επιδέχονται στατιστική ανάλυση, (β) είναι άριστοι βιοστρωματογραφικοί δείκτες λόγω της ποικιλίας, αφθονίας και της γρήγορης ανάπτυξής τους και (γ) εντοπίζονται στα ιζήματα όλων των γεωλογικών εποχών, σχεδόν σε όλα τα θαλάσσια περιβάλλοντα. Οι σημαντικότεροι παράγοντες που επιδρούν στην ανάπτυξη και εξάπλωσή τους, είναι: η παροχή τροφής, η θερμοκρασία, το βάθος, το φως, η ποσότητα των αιωρούμενων σωματιδίων και η αλατότητα. Για τους παραπάνω λόγους, τα είδη αυτά είναι άριστοι δείκτες παλαιοκλιματολογικών και παλαιοωκεανογραφικών συνθηκών. 2. παλυνολογικές αναλύσεις. Περιλαμβάνουν ποιοτικές και ποσοτικές αναλύσεις των γυρεοκόκκων και σπόρων που περιέχονται στα ιζήματα. Η παλυνολογία εξετάζει την παλαιοβλάστηση και τα παλαιοπεριβάλλοντα συμβάλλοντας έτσι στη γνώση του παλαιοκλίματος. Οι αναλύσεις αυτές παρέχουν πληροφορίες για την βλάστηση προηγούμενων χρονικών περιόδων και γνωρίζοντας τις απαιτήσεις (αναγκαίες και την ανάπτυξη) των σημερινών ειδών αντλούμε πληροφορίες για το θερμοκρασιακό και υδρογεωλογικό καθεστώς της χέρσου των περιόδων αυτών. 2. Αναλύσεις ισοτόπων οξυγόνου. Στις αναλύσεις αυτές προσδιορίζεται ο λόγος των ισοτόπων 18 Ο και 16 Ο (δ18ο) στα ασβεστιτικά κελύφη μικρο/μακρο- οργανισμών. Οι μεταβολές του δ18ο σε ιζηματογενή ανθρακικά υλικά αποτελεί τις πιο διαδεδομένες καταγραφές των παλαιοκλιματολογικών αλλαγών. Τούτο βασίζεται στην ικανότητα που έχουν οι θαλάσσιοι οργανισμοί να αποθηκεύουν ασβεστίτη σε ισοτοπική ισορροπία με το νερό της θάλασσας που διαβιούν. Η ισοτοπική σύσταση του Ο2 του ωκεάνιου νερού διαφέρει από θέση σε θέση. Στα χαμηλά γεωγραφικά πλάτη η εξάτμιση παράγει υδρατμούς αραιωμένους σε 18 Ο. Με την κυκλοφορία των αερίων μαζών οι υδρατμοί αυτοί μεταφέρονται προς τους πόλους. Αποτέλεσμα αυτών είναι η συσσώρευση ελαφριών ισοτόπων Ο2 στους πολικούς πάγους. Ανάλογα κατά 46

48 τις ψυχρές περιόδους η μεγάλη αύξηση των παγετώνων είχε ως αποτέλεσμα τη μεγάλη συγκέντρωση 16 Ο στους πόλους και τον υψηλό εμπλουτισμό των 18 Ο στα 18 ωκεάνια νερά (ελεύθερα από πάγο). Οι διακυμάνσεις των τιμών του δ Ο δείχνουν ανάλογα ανάπτυξη θερμών ή ψυχρών περιόδων και είναι παρόμοιες για όλες τις θέσεις της γης για τις ίδιες περιόδους. Οι μεταβολές του λόγου των συγκεντρώσεων Ο18 και Ο16 ορίζουν διαφορετικά ισοτοπικά επίπεδα (isotopic stages), αριθμημένα ώστε, οι μονοί αριθμοί να αντιστοιχούν σε μεσοπαγετώδεις περιόδους, ενώ οι ζυγοί σε παγετώδεις (Emilliani, 1955). Αρχή γι αυτήν την καταμέτρηση θεωρείται το Ολόκαινο, που ανήκει στο ισοτοπικό επίπεδο 1 (ST1) 4. Γεωχρονολογικές αναλύσεις. Η μέθοδος χρονολόγησης των δειγμάτων εξαρτάται κυρίως από το είδος του δείγματος καθώς και την ηλικία του. Οι συνήθεις μέθοδοι χρονολογήσεις είναι (α) ο προσδιορισμός των ραδιοϊσοτόπων U/Th ή 14C ή Pb/Cs, (β) η δενδροχρονολόγηση (μετρήσεις σε δακτυλίους δένδρων) και (γ) η συσχέτιση με γνωστούς χρονοστρωματογραφικούς ορίζοντες π.χ. οι διακυμάνσεις του δ18ο. Διάγραμμα στο οποίο παρουσιάζεται η κατακόρυφη διακύμανση των τιμών του δ18ο, κατά τη διάρκεια των τελευταίων 800ka, στα ιζήματα του πυρήνα V28-238, ο οποίος συλλέχθηκε στον Ειρηνικό ωκεανό (Imbrie et al., 1984). Στην εικόνα, με τους μονούς αριθμούς σημειώνονται τα «θερμά» ισοτοπικά επίπεδα (isotopic stages), ενώ με τους ζυγούς αριθμούς, τα «ψυχρά». Στον πυρήνα αυτόν, εντοπίστηκαν συνολικά 23 ισοτοπικά επίπεδα και τα αποτελέσματα αυτά έγιναν η αφορμή ώστε να διευρυνθεί ο αριθμός των ισοτοπικών επιπέδων, που αρχικά θεωρούνταν μόνο 16 (Emilliani, 1955). 47

49 ΤΟ ΚΛΙΜΑ ΔΙΑ ΜΕΣΟΥ ΤΟΥ ΓΕΩΛΟΓΙΚΟΥ ΧΡΟΝΟΥ Σήμερα δεχόμαστε ότι η ηλικία της Γης είναι εκατομμύρια χρόνια. Το χρονικό διάστημα από την έναρξη της Γης σαν αστρική μονάδα μέχρι σήμερα τη χωρίζουμε σε δύο μεγααιώνες τον Προτεροζωϊκό ή Προκάμβριο Μεγααιώνα και τον Φανεροζωϊκό. Η αρχή του Φανεροζωϊκού έχει τεθεί πριν 570 εκατομμύρια χρόνια και ταυτίζεται με την εμφάνιση οργανισμών που διαθέτουν σκελετικά στοιχεία που μπορούν να απολιθωθούν. Ο Φανεροζωϊκός Μεγααιώνας χωρίζεται σε τρείς Αιώνες τον Παλαιοζωϊκό ( εκατ. χρόνια), Μεσοζωϊκό ( εκατ. χρόνια) και τον Καινοζωϊκό (65 εκατ. χρόνια μέχρι Σήμερα). Κλιματικές μεταβολές μικρής ή μεγάλης διάρκειας έχουν εντοπιστεί από την αρχή του Προτεροζωϊκού. ΚΛΙΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΑΠΟ ΤΟ ΑΝΩΤΕΡΟ ΠΡΟΤΕΡΟΖΩΪΚΟ ΜΕΧΡΙ ΤΟ ΤΕΤΑΡΤΟΓΕΝΕΣ (800-2 εκατομμύρια χρόνια από σήμερα) Οι πρώτες πληροφορίες που έχουμε ξεκινούν από το Ανώτερο Προτεροζωϊκό δηλαδή πριν από 800 εκατομμύρια χρόνια. Με τη μελέτη των πετρωμάτων, των απολιθωμάτων και των παλαιογεωγραφικών χαρτών έχει γίνει αποδεκτό ότι από το Ανώτερο Προτεροζωϊκό και στη συνέχεια κατά τον Φανεροζωϊκό Μεγααιώνα το κλίμα της Γης φαίνεται να κυμάνθηκε μεταξύ δύο περιόδων. Μιας γήινης θερμής περιόδου που ονομάζεται Green-house και μιας γήινης ψυχρής περιόδου Icehouse. Κατά τη διάρκεια όπου η Γη ψύχετο ή την περίοδο των παγετώνων, στρώματα πάγων σκέπαζαν τις περιοχές με μεγάλο γεωγραφικό πλάτος που άφησαν σημάδια της παρουσίας τους στις σχηματιζόμενες αποθέσεις καθώς και στη γεωμορφολογία των περιοχών. 48

50 Κατά τις περιόδους Green-house η Γη συνήθως ήταν χωρίς πάγους και γενικά η θερμοκρασία ήταν υψηλή. Γενικά, είναι δυνατόν να αναγνωρίσουμε 7 διακυμάνσεις από το Ανώτερο Προτεροζωϊκό μέχρι σήμερα. 49

51 1. Ice-house world : Ανώτερο Προτεροζωϊκό (πριν από εκατομμύρια χρόνια) Η παγετώδης αυτή περίοδος είναι μία από τις πιο εκτεταμένες και θα πρέπει να διήρκεσε περισσότερο από 230 εκατομμύρια χρόνια. Στοιχεία της παγετώδους αυτής περιόδου αναγνωρίστηκαν όχι μόνο σε πετρώματα που σχηματίστηκαν σε υψηλά γεωγραφικά πλάτη αλλά και σε πετρώματα περιοχών με γεωγραφικό πλάτος μικρότερο των 45. Η περίοδος αυτή φαίνεται, συνεπώς, να παρουσιάζει ιδιαίτερα έντονα γεγονότα που σχετίζονται με την ψύξη της Γης. 2. Green-house world : Κατώτερο Κάμβριο-Ανώτερο Ορδοβίσιο (πριν από 570 μέχρι τα 458 εκατομμύρια χρόνια) Κατά την διάρκεια του Κατωτέρου Καμβρίου η Γη αρχίζει να θερμαίνεται. Η πορεία της αναθέρμανσης του πλανήτη φαίνεται να είναι αργή και φτάνει στο ανώτερο σημείο στα 468 εκατομμύρια χρόνια. Μέσος όρος θέρμανσης για περιοχές μικρού γεωγραφικού πλάτους υπολογίζεται σε 40 C με κλίμα λίγο πιο υγρό από το σημερινό. 3. Ice-house world : Ανώτερο Ορδοβίσιο-Κατώτερο Σιλούριο (πριν από 458 μέχρι τα 428 εκατομμύρια χρόνια) Οι πρώτοι παγετώνες φαίνεται να σχηματίστηκαν αμέσως μετά τα 458 εκατομμύρια χρόνια, ενώ μετά από 10 εκατομμύρια χρόνια αναπτύχθηκαν στρώματα πάγου στη Β. Αφρική, η οποία την εποχή εκείνη βρίσκονταν κοντά στο Ν. Πόλο. Τοπικά, μικρότεροι πάγοι αναπτύσσονται σε άλλα σημεία της Αφρικής και Ν. Αμερικής καθώς η ήπειρος της Γκοτβάνα κινείτο γύρω του Νότιου Πόλου. Κατά μέσο όρο στα μικρά γεωγραφικά πλάτη η θερμοκρασία υπολογίζεται περίπου 22 C που είναι περίπου όμοια με το μέσο όρο των σημερινών 24 C, ενώ άλλες περιοχές της Γης εμφάνιζαν συνθήκες ξηρασίας. 4. Green-house Λιθανθρακοφόρο world : Κατώτερο Σιλούριο - Κατώτερο (πριν από 428 μέχρι τα 333 εκατομμύρια χρόνια) Η πράσινη αυτή περίοδος άρχισε με μικρή αύξηση της θερμοκρασίας και συνεχίστηκε μέχρι περίπου τα 367 εκατομμύρια χρόνια. Η περίοδος θερμάνσεως συνοδεύεται με μια ακανόνιστη αύξηση της ξηρασίας που καταγράφεται από τους άφθονους εβαπορίτες καθώς και από την απουσία πετρωμάτων που είναι δείκτες υγρού κλίματος όπως τα κάρβουνα και οι βωξίτες. 50

52 Τριλοβίτες Μέσα στις θάλασσες του Κάμβριου έχουν βρεθεί αντιπρόσωποι από όλες τις Συνομοταξίες του Ασπόνδυλου κόσμου. Έχουν περιγραφεί συνολικά 3000 είδη απολιθωμάτων από τα οποία το 60% ανήκει στους Τριλοβίτες. Οι Τριλοβίτες ανήκουν στα Αρθρόποδα (Ομοταξία Καρκινοειδή), έχουν μέγεθος από λίγα χιλιοστά μέχρι 10cm ενώ μερικοί έφθαναν τα 75cm. Οι περισσότεροι ζούσαν στο βυθό της θάλασσας, ενώ υπήρχαν και Τριλοβίτες που κολυμπούσαν. 51

53 5. Ice-house world : Κατώτερο Λιθανθρακοφόρο Ανώτερο Πέρμιο (πριν από 333 μέχρι 258 εκατομμύρια χρόνια) Αυτή η δροσερή περίοδος του Ανωτέρου Παλαιοζωϊκού συνοδεύεται με τον σχηματισμό παγετώνων στα μεγάλα γεωγραφικά πλάτη σε πολλά σημεία της ηπείρου της Γκοτβάνα που ευρίσκετο στο νότιο ημισφαίριο. Νεότεροι παγετώνες αναπτύχτηκαν μεταξύ των φυλλωδών πάγων και διατηρήθηκαν για περίπου 65 εκατομμύρια χρόνια. Τα φυλλώδη στρώματα πάγων πλησίασαν την μεγαλύτερη έκτασή τους μεταξύ 315 και 296 εκατομμύρια χρόνια οπότε πλησίασαν το πλάτος των 35 S. Τα παγετώδη επεισόδια επέδρασαν στη διακύμανση του επιπέδου επιφάνειας της θάλασσας και τα οποία μπορούν να συσχετιστούν με την απόθεση ιζημάτων πλούσιων σε κάρβουνο στο Β. Ημισφαίριο. Οι κύκλοι εμφάνισης και εξαφάνισης των πάγων κατά το Λιθανθρακοφόρο είναι όμοιοι με εκείνους που εμφανίζονται, πολύ αργότερα, κατά το Τεταρτογενές και πιθανώς οφείλεται στη διακύμανση της ηλιακής ακτινοβολίας. Είναι προφανές ότι εκτός από τις παγωμένες περιοχές το κλίμα ήταν περισσότερο υγρό από το σημερινό. 6. Green house world : Ανώτερο Πέρμιο Κατώτερο Καινοζωϊκό (πριν από 258 μέχρι 55 εκατομμύρια χρόνια) Γενικά, η περίοδος αυτή θεωρείται σαν μια εκτεταμένη περίοδος αναθέρμανσης του πλανήτη, όπου οι συνθήκες θεωρούνται περισσότερο ομοιόμορφες από τις σημερινές. Εντούτοις, πρόσφατες εργασίες προτείνουν ότι, μέσα στις μεγάλης διάρκειας περίοδο αναθέρμανσης μπορούν να εντοπιστούν ψυχρά διαστήματα, χωρίς όμως να έχουν τη σοβαρότητα των προηγούμενων επεισοδίων. Τα επεισόδια αυτά υποδιαιρούν την μεγάλη αυτή χρονική περίοδο σε τρεις μικρότερες. (α) μεταξύ του Ανωτέρου Περμίου και του Μέσου Ιουρασικού ( εκατομμύρια χρόνια) θερμή περίοδος. Οι αποδείξεις είναι λίγες, αλλά έχει επικρατήσει η άποψη ότι η περίοδος αυτή ήταν έντονα ζεστή. Η επιρροή των μεγάλων ηπειρωτικών μαζών της Παγγαίας ήταν σημαντική. Γενικά, δεχόμεθα ότι σε εκτεταμένες περιοχές, εκείνη τη χρονική στιγμή, έπεφτε χαμηλή βροχή ενώ η θερμοκρασία ήταν υψηλή. (β) μεταξύ Μέσου Ιουρασικού Μέσου Κρητιδικού ( εκατομμύρια χρόνια) δροσερότερη περίοδος με εποχιακές διακυμάνσεις. 52

54 Λιθανθρακοφόρο Βασικό χαρακτηριστικό της περιόδου αυτής είναι η ανάπτυξη των φυτών που είχε ως αποτέλεσμα το σχηματισμό των γαιανθράκων (ανθράκων). Ενδεικτικά, αναφέρουμε το Lepidodendron που έφθανε τα 30m ύψος και διάμετρο κορμού μέχρι τα 2m. Τη Sigillaria με 20m ύψος και φύλλα μήκους 1m που φύτρωναν στην κορυφή του κορμού. Τους Stylocalamites με μεγαλύτερο των 20m ύψος και κορμό διαμέτρου 1m χωρίς κλαδιά. Από το Αν. Λιθανθρακοφόρο εμφανίζονται τα Sauropside και Therapside, Ερπετά που θεωρούνται σαν πρόγονοι των Δεινοσαύρων, ενώ τα Εντομα (που έχουν ήδη εμφανιστεί από το Δεβόνιο) την περίοδο αυτή παρουσιάζουν άνοιγμα φτερών που σημειωτέον δεν μπορούν να διπλώσουν, που φθάνει τα 70cm. 53

55 Δεινόσαυροι Γενικά, ο Μεσοζωϊκός αιώνας μπορεί να θεωρηθεί σαν ο αιώνας των ερπετών. Pteranodon: τεράστιο ιπτάμενο ερπετό με άνοιγμα πτερύγων μέχρι 7 μέτρα και καρίνα στο κεφάλι για να ισορροπεί. Tyrannosaururus: (κλάδος Σαθρισχία), είχε τεράστιο κρανίο που έφτανε το 1,5μ και κοφτερά δόντια μέχρι 20cm το ένα, το μήκος του σώματος του ήταν 15m και το ύψος του έφτανε τα 6m. Triceratops: (κλάδος Ορνιθίσχια), έμοιαζε με τεράστιο ρινόκερο μήκους 6-8m, από τα οποία τα 2 ήταν το κεφάλι του που έφερε δύο οξύληκτα κέρατα και μία προεξοχή στο ρύγχος. Mosasaurus: Είδος κροκοδείλου Elasmosaurus: Πρόγονος των φιδιών της θάλασσας με μήκος σώματος του ξεπερνούσε τα 15m. 54

56 Πρόσφατες ανακαλύψεις πετρωμάτων που έχουν μεταφερθεί από παγόβουνα, αποδεικνύουν ότι κατά τη διάρκεια της περιόδου αυτής μπορεί να υπήρξαν εποχιακοί πάγοι σε υψηλά γεωγραφικά πλάτη, παρ όλο που, μέχρι σήμερα, ενδείξεις για παγετώδη επεισόδια δεν έχουν διαπιστωθεί. (γ) τέλος, στη συνέχεια αυτής της δροσερής περιόδου έχουμε επιστροφή σε ένα θερμό υγρό κλίμα, μεταξύ του μεσαίου τμήματος του Κρητιδικού και του Κατωτέρου Καινοζωϊκού ( εκατομμύρια χρόνια). Η περίοδος αυτή θεωρείται ως η θερμότερη του Φανεροζωϊκού με μέση θερμοκρασία του πλανήτη ~ 6 C υψηλότερη από τη σημερινή. Οι θερμοκρασίες ήταν τόσο υψηλές στους πόλους ώστε δεν υπήρχαν καθόλου πάγοι και αμφότεροι οι πόλοι, κατά το Κρητιδικό, κατοικούνταν από τα μεγάλα Ερπετά. Επίσης, κατά τη διάρκεια του Μέσου Κρητιδικού έχουμε άνοδο της στάθμης της θάλασσας σε παγκόσμια κλίμακα και εκτεταμένες περιοχές με ρηχές επιηπειρωτικές θάλασσες, ιδανικές συνθήκες που έχουν σαν αποτέλεσμα την αύξηση των εβαποριτών και την καθίζηση. Στη συνέχεια, κατά το Ανώτερο Κρητιδικό το επίπεδο της θάλασσας είναι χαμηλότερο ενώ το κλίμα εμφανίζει εποχιακές εναλλαγές και είναι ηπειρωτικό. 7. Ice-house world : Κατώτερο Καινοζωϊκό μέχρι Σήμερα (55 εκατομμύρια χρόνια μέχρι Σήμερα) Το πρώτο στάδιο της πτώσης της θερμοκρασίας κατά τον Καινοζωϊκό άρχισε σαν παγκόσμιο φαινόμενο κατά το Ηώκαινο (πριν από 55 εκατομμύρια χρόνια). Από τότε το κλίμα της Γης σταδιακά ψύχεται. Η Γη ψύχεται κατά τον Καινοζωϊκό και πολικοί πάγοι καλύπτουν την Ανταρκτική και τη Γροιλανδία. Αυτή η ψυχρή περίοδος συνεχίζεται πριν από 2 εκατομμύρια χρόνια, με την ανάπτυξη στρωμάτων πάγου σε περιοχές μέσου γεωγραφικού πλάτους στην Σκανδιναβία και Β. Αμερική. Το μεγαλύτερο μέρος των Βρετανικών νησιών ήταν κάτω από τους πάγους, ενώ το μεγαλύτερο ποσοστό της ισχύουσας μορφολογίας διαμορφώθηκε την εποχή εκείνη. Τα μεσαίου γεωγραφικού πλάτους στρώματα πάγων, δημιουργήθηκαν και καταστράφηκαν (έλιωσαν) με περιοδικό κυκλικό τρόπο κατά τα τελευταία 2 εκατομμύρια χρόνια. Οι περίοδοι όπου έχουμε εξάπλωση πάγων είναι γνωστές ως παγετώδεις περίοδοι, ενώ οι περίοδοι όπου περιοχές μέσου γεωγραφικού πλάτους ήταν χωρίς πάγους ονομάστηκαν 55

57 μεσοπαγετώδεις περίοδοι. Η Γη είναι σήμερα σε μεσοπαγετώδη περίοδο ενώ μία παγετώδης μπορεί να επιστρέψει, ενδεχομένως, μετά από λίγες εκατοντάδες χρόνια. Ο κύκλος της επέκτασης και συρρίκνωσης των παγετωδών στρωμάτων στις μέσου γεωγραφικού πλάτους περιοχές, κατά τη διάρκεια του Τεταρτογενούς οφείλονται στην περιοδική αλλαγή της ηλιακής ακτινοβολίας και είναι αποτέλεσμα της αλλαγής της τροχιάς της Γης (γνωστή ως Milankovitch περιοδική ακτινοβολία). Ενα λεπτομερές αρχείο της ανάπτυξης των πολικών πάγων κατά τον Καινοζωϊκό και του περιοδικού κύκλου επέκταση-συρρίκνωση στις μέσου γεωγραφικού πλάτους περιοχές, των στρωμάτων πάγου κατά τη διάρκεια του Τεταρτογενούς, καταγράφονται με τη μελέτη των ισοτόπων του Οξυγόνου. Μπορούμε να αναγνωρίσουμε πολλές ομοιότητες μεταξύ των περιόδων Icehouse και Green-house. Τα διαστήματα Ice-house εμφανίζονται με μία μακρά δροσερή περίοδο που κορυφώνεται με την ανάπτυξη παγετωδών στρωμάτων στις περιοχές μεγάλου γεωγραφικού πλάτους. Αυτές οι περιόδοι τελειώνουν, κανονικά, με ένα απότομο επεισόδιο αναθέρμανσης του κλίματος. Σταθερά συνοδεύονται με την εμφάνιση εκτεταμένων ηπειρωτικών μαζών σε περιοχές μεγάλου γεωγραφικού πλάτους. Στη πραγματκοτητα η μετανάστευση του κέντρου των παγετώνων μεταξύ Ορδοβισίου και παγετώνων του Λιθανθρακοφόρου δείχνει την κίνηση της Γκοτβάνα. Μέσα στις περιόδους των Ice-house η εμφάνιση των παγετώνων σε περιοχές μέσου γεωγραφικού πλάτους είναι ασυνήθιστες (σπάνιες). Εντούτοις, είναι ιδιαίτερα εμφανείς κατά το Τεταρτογενές και πιθανώς εμφανίζονται και κατά το Λιθανθρακοφόρο και το Ανώτερο Προτεροζωϊκό. Oι μεταβολές των εντάσεων των περιόδων "Ice-house" είναι δύσκολο να εξηγηθούν, αλλά η εμφάνιση των παγετώνων στις μέσου γεωγραφικού πλάτους περιοχές κατά τις παγετώδεις περιόδους κατά το Τεταρτογενές είναι πιθανότατα αποτέλεσμα της δημιουργίας των οροσειρών του Καινοζωϊκού. Αντίθετα, οι συνθήκες των "Green-house" εμφανίζονται να ξεκινούν απότομα και συνήθως τελειώνουν με ένα περισσότερο σταδιακό τρόπο προς μία δροσερή περίοδο που εμφανίζεται με διαφορετικό τρόπο στις διάφορες γεωγραφικές θέσεις. Οι "Green-house" συνθήκες γενικά, συσχετίζονται με περιόδους του γεωλογικού χρόνου όπου (1) η ατμόσφαιρα περιέχει υψηλές συγκεντρώσεις από αέρια θερμοκηπίου, όπως CO2 (2) το επίπεδο της θάλασσας είναι ανεβασμένο και 56

58 επομένως μεγάλες εκτάσεις της ηπείρου είναι βυθισμένες κάτω από το νερό και (3) οι ωκεάνιες λεκάνες είναι πολύ ευρείες ή είναι καλά συνδεδεμένες μεταξύ τους. Συμπερασματικά, το κλίμα εμφανίζεται να κυμαίνεται μεταξύ περιόδων όπου, σε παγκόσμια κλίμακα, ψύχεται και σε περιόδους όπου θερμαίνεται. Είναι αναγκαίο να διευκρινίσουμε ότι μέσα σ αυτές της μεγάλης κλίμακας διακυμάνσεις υπάρχουν μικρότερες που δίνουν θερμές ή ψυχρές φάσεις. Αυτή η κλίμακα διακυμάνσεων έχει καλά καταγραφεί από την ανάπτυξη και φθορά των παγετωδών στρωμάτων στις περιοχές μέσου γεωγραφικού πλάτους κατά το Τεταρτογενές. Επίσης, είναι ενδιαφέρον να σημειώσουμε ότι η ύπαρξη μιας περιόδου Ice-house δεν προϋποθέτει ότι όλη η έκταση της Γης ήταν καλυμμένη από πάγους αλλά ότι το κλίμα ήταν δροσερότερο και ότι η τροπική ζώνη ήταν περιορισμένη. ΚΛΙΜΑΤΙΚΕΣ ΜΕΤΑΒΟΛΕΣ ΚΑΤΑ ΤΗ ΔΙΑΡΚΕΙΑ ΤΟΥ ΤΕΤΑΡΤΟΓΕΝΟΥΣ Η λεπτομερέστερη μελέτη του παλαιοκλίματος αφορά το Τεταρτογενές καθώς (α) η γεωλογική αυτή περίοδος είναι γεωγραφικά παρόμοια με τα σημερινά δεδομένα διασπορά και θέση ηπείρων και μεγάλων οροσειρών, (β) την πανίδα και χλωρίδα του αποτελούν είδη παρόμοια με τα σημερινά, (γ) μπορεί να μελετηθεί σχετικά εύκολα με τη χρήση π.χ. ισοτόπων, τρηματοφόρων και (δ) υπάρχουν και ιστορικά δεδομένα για τις πιο πρόσφατες ηλικίες. Επιπλέον η περίδος αυτή χαρακτηρίζεται από επαναλαμβανόμενες μεταβολές, μεγάλης διάρκειας, κλιματικών συνθηκών. Τα χρονικά διαστήματα με χαμηλές θερμοκρασίες αποκαλούνται παγετώδεις περίοδοι (glacials) και κύριο χαρακτηριστικό τους είναι η δημιουργία και επέκταση μεγάλου όγκου παγετώνων σε πολλές περιοχές του πλανήτη. Τα χρονικά διαστήματα ενδιάμεσα των παγετωδών περιόδων αποκαλούνται μεσοπαγετώδεις περίοδοι (interglacials) και κύριο χαρακτηριστικό τους ήταν η τήξη των παγετώνων και η επικράτηση ήπιων θερμοκρασιών, οι οποίες σε περιοχές μεσαίων και υψηλών γεωγραφικών πλατών πολλές φορές ήταν υψηλότερες από τις αντίστοιχες σημερινές. Σε κάθε κύκλο παγετώδους-μεσοπαγετώδους περιόδου το εύρος διακύμανσης της θερμοκρασίας σε πολλές περιοχές του πλανήτη ξεπερνούσε τους 15 C. Επιπλέον οι επιδράσεις των κλιματικών μεταβολών ήταν εντονότατες στο περιβάλλον, όπως 57

59 διαπιστώθηκε με τις μεταβολές της έκτασης της χέρσου, της γεωγραφικής κατανομής των ζωνών βλάστησης, της στάθμης της θάλασσας, καθώς και με τις μαζικές μετακινήσεις των ζώων και ανθρώπων. Καθόλη τη διάρκεια του Τεταρτογενούς ( ΜαΒΡ) έχουν εντοπιστεί 30 έως 50 τέτοιοι κλιματικοί κύκλοι τόσο στα χερσαία όσο και στα θαλάσσια ιζήματα. Το χρονικό διάστημα που διανύουμε τώρα, καθώς και όλο το Ολόκαινο ανήκουν στην τελευταία μεσοπαγετώδη περίοδο, η οποία ξεκινά περίπου πριν χρόνια. Η συστηματική μελέτη των χερσαίων και θαλάσσιων ιζημάτων ανέδειξε και μια σειρά κλιματικών μεταβολών μικρότερης διάρκειας. Τόσο τα ψυχρά (stadials), όσο και τα θερμά (interstadials) αυτά γεγονότα έχουν σύντομη διάρκεια που κυμαίνεται από μερικές δεκαετίες έως 1000yrs και εμφανίζονται ενδιάμεσα των κλιματικών μεταβολών μεγάλης διάρκειας. Τα θερμά σύντομα γεγονότα εντοπίζονται κατά τη διάρκεια παγετωδών περιόδων και χαρακτηρίζονται από σχετικά υψηλές θερμοκρασίες, που όμως δεν φθάνουν τα σημερινά επίπεδα του Ολοκαίνου. Τα ψυχρά σύντομα γεγονότα χαρακτηρίζονται από ραγδαίες εξαπλώσεις των παγετώνων. Αιτίες δημιουργίας των κλιματικών μεταβολών μεγάλης και μικρής διάρκειας Οι εναλλαγές των κλιματικών μεταβολών μεγάλης διάρκειας (παγετώδεις και μεσοπαγετώδεις περίοδοι) συνδέθηκαν από πολύ νωρίς με αστρονομικές, περιοδικές μεταβολές που αφορούν στην περιστροφή της Γης καθώς και στην περιφορά της γύρω από τον ήλιο. Ο εντοπισμός των τροχιακών μεταβολών της Γης, ξεκινά από τα μέσα του 19ου αιώνα, από τους Adhemar και Croll, ενώ συνδέεται με τις κλιματικές μεταβολές στις αρχές του 20ου αιώνα από τον Milankovitch. Σύμφωνα με την «αστρονομική θεωρία» του Milankovitch, οι κλιματικές μεταβολές μεγάλης διάρκειας οφείλονται σε : (i) Μεταβολές της εκκεντρότητας: Η εκκεντρότητα είναι δείκτης του βαθμού της επιμήκυνσης της τροχιάς της Γης γύρω από τον Ήλιο και κυμαίνεται από 0, όταν η τροχιά είναι κυκλική, σε 0,06 όταν είναι ελλειπτική. Αλλαγές της εκκεντρότητας μεταβάλλουν τη μέση απόσταση Γης-Ηλίου, με μια περίοδο περίπου (ii) Μεταβολές της γωνίας που σχηματίζει ο άξονας της γης με το επίπεδο της εκλειπτικής τροχιάς της Γης (obliquity): Κυμαίνεται περίπου από με περίοδο περίπου yrs 58

60 (iii) Μεταβολές του χρονικού σημείου των ισημεριών (precession of the equinoxes): που πιο απλά σημαίνει, μεταβολές του ακριβούς χρονικού διαστήματος κατά τη διάρκεια του έτους, στο οποίο η Γη βρίσκεται στην πλησιέστερη απόσταση από τον Ήλιο (περιήλιο). Οι μεταβολές αυτές οφείλονται στην αργή κυκλική κίνηση του άξονα της Γης. Ένας τέτοιος κύκλος ολοκληρώνεται κάθε yrs. Σχηματική αναπαράσταση των τριών τύπων των τροχιακών μεταβολών της γης, οι οποίες ελέγχουν τις κλιματικές μεταβολές, σύμφωνα με την αστρονομική θεωρία. Α: μεταβολές της εκκεντρότητας (eccentricity), Β: μεταβολές της γωνίας που σχηματίζει ο άξονας της Γης με το επίπεδο της εκλειπτικής τροχιάς της Γης (obliquity) και C: μεταβολές του χρονικού σημείου των ισημεριών (precession index). 59

61 Οι διακυμάνσεις των τριών αυτών παραγόντων προκαλούν: (i) μεταβολές της μέσης θερμοκρασίας της Γης, (ii) μεταβολές της διαφοράς των θερμοκρασιών μεταξύ των εποχών του έτους και (iii) μεταβολές της γεωγραφικής κατανομής της θερμοκρασίας με το γεωγραφικό πλάτος. Σύμφωνα με τη θεωρία Milankovitch, ο σχηματισμός των παγετώνων στο βόρειο ημισφαίριο συμβαίνει, όταν η ηλιακή ακτινοβολία κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού στο βόρειο ημισφαίριο είναι η ελάχιστη (Ruddiman and Mc Intyre, 1981). Τούτο συμβαίνει όταν: (i) το καλοκαίρι εμφανίζεται κατά τη διάρκεια του αφηλίου της εκλειπτικής τροχιάς της Γης και (ii) η γωνία του άξονα της Γης με την εκλειπτική είναι μικρή, μειώνοντας έτσι την ηλιακή ακτινοβολία που δέχεται η Γη, κατά τη διάρκεια του καλοκαιριού, σε υψηλά γεωγραφικά πλάτη (> 65 Β). Σχηματική αναπαράσταση της γεωμετρίας Ήλιου-Γης, (A) κατά τη διάρκεια ανάπτυξης των παγετώνων και (B) κατά τη διάρκεια οπισθοχώρησης τους, σύμφωνα με τη θεωρία του Milankovitch (Ruddiman and Mc Intyre, 1981). Στην 1η περίπτωση (Α) η ανάπτυξη των παγετώνων ευνοείται όταν το αφήλιο συμβαίνει στις 21 Ιουνίου και η γωνία που σχηματίζει ο άξονας της Γης με το επίπεδο της εκλειπτικής τροχιάς είναι μικρή. Στη 2 η περίπτωση (Β) η τήξη των παγετώνων ευνοείται όταν το περιήλιο συμβαίνει στις 21 Ιουνίου και η γωνία που σχηματίζει ο άξονας της Γης με το επίπεδο της εκλειπτικής είναι μεγάλη. 60

62 Τις τελευταίες δεκαετίες, οι ερευνητές πιστεύουν ότι οι προαναφερθείσες μεταβολές των κινήσεων της Γης «βηματοδότησαν» τις παγετώδεις /μεσοπαγετώδεις περιόδους (Hays et al., 1976), χωρίς να είναι και οι μοναδικές αιτίες που τις προκάλεσαν. Δύο στοιχεία ενισχύουν την άποψη αυτή: (α) οι διακυμάνσεις της θερμοκρασίας που τελικά λαμβάνει η Γη, βάσει της αστρονομικής θεωρίας, είναι της τάξεως των 1-2 C και (β) η παρουσία των σύντομων κλιματικών μεταβολών (stadial και interstadial), των οποίων η περίοδος εμφάνισης φαίνεται να είναι ανεξάρτητη από τις περιόδους των τροχιακών κινήσεων της Γης. Τα μοντέλα που προτάθηκαν στην προσπάθεια να ερμηνευτούν οι κλιματικές μεταβολές μικρής διάρκειας ή/και να ενισχυθούν οι επιδράσεις των τροχιακών κινήσεων της Γης στο κλίμα κατά τη διάρκεια των κλιματικών μεταβολών μεγάλης κλίμακας, κυρίως επικεντρώνονται στα εξής: (α) στις μεταβολές και στις ανατροφοδοτούμενες διεργασίες (feedback processes) του συστήματος υδρόσφαιρα/λιθόσφαιρα/ατμόσφαιρα, (β) στις μεταβολές της συγκέντρωσης του CO2 και άλλων αερίων στην ατμόσφαιρα, (γ) στις μεταβολές της κυκλοφορίας των υδάτινων μαζών (thermohaline circulation), (δ) στις μεταβολές της εισερχόμενης ακτινοβολίας και της λευκαύγειας (albedo)1 και (ε) μεταβολές του παλαιομαγνητισμού και του σχήμαατος της Γης. Ειδικότερα: Οι μεταβολές του CO2 στην ατμόσφαιρα είναι δυνατό να οδηγήσουν σε σημαντικές κλιματικές αλλαγές είτε από μόνες τους είτε σε συνδυασμό με τις τροχιακές μεταβολές της Γης. Το CO2 έχει την ικανότητα να απορροφά κυρίως την υπέρυθρη ακτινοβολία και να τη μεταδίδει στη Γη ως θερμότητα. Χωρίς την επίδραση αυτή, που είναι γνωστή ως «φαινόμενο του θερμοκηπίου», η επιφάνεια της Γης θα ήταν ψυχρότερη κατά 4 C. Οι ωκεανοί αποτελούν τις μεγαλύτερες δεξαμενές αποθήκευσης του CO2 (Libes, 1991). Τα βαθιά νερά είναι υπερκορεσμένα σε CO2 κατά περίπου 30% σε σχέση με την ατμοσφαιρική συγκέντρωση. Η κατακόρυφη στρωματοποίηση της υδάτινης στήλης, συγκρατεί τα υπερκορεσμένα σε CO2 νερά, στα βαθιά και ψυχρά νερά, και μόνο με την κυκλοφορία των υδάτινων μαζών επανέρχονται στην ατμόσφαιρα. 1 Αlbedo : το κλάσμα της ηλιακής ακτινοβολίας που ανακλάται από την επιφάνεια της γης, όταν συμπεριλαμβάνονται και νέφη κυμαίνεται από 0,35-0,43 με μέση τιμή 0,37 (Ζαμπάκα, 1992) 61

63 Η ανταλλαγή αερίων ατμόσφαιρας/υδρόσφαιρας είναι αποτέλεσμα της διαφοράς μερικών πιέσεων μεταξύ των δύο. Έτσι π.χ. αν η ατμόσφαιρα έχει υψηλότερη μερική πίεση CO2, τότε το αέριο θα εισαχθεί στην επιφάνεια της υδάτινης μάζας και θα ακολουθήσει την προς τα βαθύτερα στρώματα πορεία του. Οι συγκεντρώσεις του CO2 στην ατμόσφαιρα δεν ήταν σταθερές στο παρελθόν. Μετρήσεις συγκεντρώσεων του CO2 σε φυσαλίδες αερίων εγκλωβισμένες κατά μήκος πυρήνων πάγου, έδειξαν ότι οι μεσοπαγετώδεις περίοδοι χαρακτηρίζονται από υψηλές συγκεντρώσεις CO2, ενώ οι παγετώδεις από χαμηλές (Delmas et al., 1980, Shackleton et al., 1983). Έτσι, κατά τη διάρκεια της τελευταίας παγετώδους περιόδου και συγκεκριμένα πριν 20ka, οι συγκεντρώσεις CO2 στην ατμόσφαιρα ήταν μειωμένες κατά 50% σε σχέση με τις σημερινές. Οι αιτίες των μεταβολών αυτών εστιάζονται σε μεταβολές της βιολογικής δραστηριότητας στους ωκεανούς, σε συνδυασμό με μεταβολές της κυκλοφορίας των υδάτινων μαζών και του επιπέδου της στάθμης της θάλασσας. Έτσι, ο Martin (1990) προκειμένου να εξηγήσει τις χαμηλές συγκεντρώσεις του CO2 κατά τη διάρκεια των παγετωδών περιόδων βασίστηκε σε δύο προϋποθέσεις: (i) το φυτοπλαγκτόν καταναλώνει μεγάλες ποσότητες CO2 και (ii) το φυτοπλαγκτόν απαιτεί για την ανάπτυξη του σίδηρο. Σύμφωνα με τον ερευνητή, κατά τη διάρκεια των παγετωδών περιόδων οι συγκεντρώσεις της σκόνης (αιωρούμενου υλικού) ήταν αυξημένες λόγω: (α) της αυξημένης ξηρότητας, (β) της μεγάλης εξάπλωσης των ερήμων καθώς και (γ) της σημαντικής πτώσης της στάθμης της θάλασσας. Το αιωρούμενο υλικό ήταν πλούσιο σε σίδηρο με αποτέλεσμα την αύξηση των συγκεντρώσεων του φυτοπλαγκτόν στους ωκεανούς και επομένως της κατανάλωσης μεγαλύτερης ποσότητας CO2. Τέλος ίδιες τάσεις με το CO2 φαίνεται να ακολουθεί και το CH4 στους κλιματικούς κύκλους. Οι κυριότερες κλιματικές μεταβολές κατά τα τελευταία χρόνια Η χρονική αυτή περίοδος των τελευταίων χρόνων καλύπτει την τελευταία μεσοπαγετώδη περίοδο και τμήμα της τελευταίας παγετώδους περιόδου. Η τελευταία παγετώδης περίοδος στην Κεντρική Ευρώπη ονομάζεται Βούρμιος (Wurmian) και έχει διάρκεια περίπου χρόνια (αντιστοιχεί στα Ανώτερο Τυρρήνιο) και τελείωσε πριν από χρόνια. 62

64 Με βάση τις μεταβολές των ισοτόπων του Ο2 κατά τη διάρκεια της τελευταίας πεγετώδους περιόδου εντοπίζονται τρία κύρια διαστήματα με σημαντικές κλιματικές μεταβολές μεταξύ τους, τα ισοτοπικά επίπεδα: ST 4, ST 3 και ST 2. Το ST 4 εντοπίζεται μεταξύ χρόνια - ST ST Κατακόρυφες κατανομές των συγκεντρώσεων του CO2 και του μεθανίου, όπως προέκυψαν από αναλύσεις φυσαλίδων αέρα εγκλωβισμένες σε πυρήνες πάγου, οι οποίοι συλλέχθηκαν στην περιοχή της Ανταρκτικής (Goudie, 1992). Οι κατανομές των συγκεντρώσεων των αερίων συγκρίνονται με την κατακόρυφη κατανομή της παλαιοθερμοκρασίας από την ίδια περιοχή, ενώ σημειώνεται και το σημερινό επίπεδο του CO2. Στα διαγράμματα φαίνεται ότι οι συγκεντρώσεις του CO2 κατά τη διάρκεια των μεσοπαγετωδών περιόδων ήταν κατά 70-80ppm υψηλότερες από τις αντίστοιχες των παγετωδών περιόδων. Kατά τη διάρκεια του ST 3 εμφανίζονται οι ηπιότερες θερμοκρασίες της περιόδου ενώ κατά τη διάρκεια του ST 2 και περίπου στα χρόνια εντοπίζονται οι χαμηλότερες θερμοκρασίες της τελευταίας παγετώδους περιόδου. Το χρονικό διάστημα της εμφανίσεώς τους πριν από χρόνια χαρακτηρίζεται σαν Last Glacial Maximum περίοδος. H στάθμη της θάλασσας διακυμάνθηκε σημαντικά κατά τη διάρκεια της τελευταίας παγετώδους περιόδου. Έτσι κατά τη διάρκεια του ST 3 η στάθμη της θάλασσας ήταν έως και 85 μέτρα χαμηλότερη από τα σημερινά επίπεδα ενώ κατά τη διάρκεια του ST 2 ήταν έως και 120 μέτρα χαμηλότερη από τη σημερινή. 63

65 Μετάβαση από την τελευταία παγετώδη περίοδο στην τελευταία μεσοπαγετώδη περίοδο Η μετάβαση γίνεται στα τελικά στάδια του ST 2. Το χρονικό αυτό διάστημα μεταξύ των και χρόνων χαρακτηρίζεται σαν Late Glacial περίοδος και οι κλιματικές μεταβολές κατά τη διάρκειά του εντοπίζονται σε χερσαία και θαλάσσια ιζήματα. Κατά τη διάρκεια της Late Glacial περιόδου εντοπίστηκαν 2 σύντομα διαστήματα με ήπιες κλιματικές συνθήκες τα Bolling ( χρόνια) και Allerod ( ) και δύο σύντομα διαστήματα με ψυχρές κλιματικές συνθήκες τα Older Dryas ( ) και Younger Dryas ( ). Τα γεγονότα αυτά εντοπίζονται στη χέρσο με ανάλογες μεταβολές στην βλάστηση. Στα δεδομένα της παλαιοχλωρίδας της Ευρώπης, τα θερμά Bolling και Allerod γεγονότα, εντοπίζονται από της ευρύτατες εξαπλώσεις των δασών, ενώ το ψυχρό Younger Dryas αναγνωρίζεται από την αντικατάσταση των δασών με στέππες και κυρίως στη Β. Ευρώπη από τούνδρες. Μελέτες σε χερσαία ιζήματα δείχνουν ότι έχουμε μεταβολές κλιματικές που προσδιορίζονται από την έκταση και υποχώρηση των παγετώνων. Έτσι, η αύξηση της έκτασης των παγετώνων που έφταναν μέχρι τις σημερινές Δυτικές ακτές της Ευρώπης, εντοπίζονται μεταξύ του χρονικού διαστήματος και χρόνια, χρονικό διάστημα που συμπίπτει με την επικράτηση ενός σύντομου ψυχρού γεγονότος του Younger Dryas. Τα αίτια επικράτησης του ψυχρού Younger Dryas γεγονότος προβλημάτισαν τους ερευνητές, οι οποίοι επικεντρώθηκαν στον εντοπισμό εσωτερικών μεταβολών και αλληλοεπιδράσεων του συστήματος ατμόσφαιρα / υδρόσφαιρα / λιθόσφαιρα. Έτσι οι Broecker et al. (1989) θεωρούν ότι η μείωση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκειά του προκλήθηκε από την παύση σχηματισμού του Βαθιού Βόρειου Ατλαντικού Νερού λόγω της εξάπλωσης επιφανειακών νερών χαμηλής αλατότητας, που προήλθαν από την τήξη των παγετώνων. Οι Duplessy et al. (1986) και οι Jansen et al.(1990) θεωρούν τη μείωση των συγκεντρώσεων του CO2 της ατμόσφαιρας σαν μια πολύ πιθανή αιτία για τη μείωση της θερμοκρασίας κατά τη διάρκεια του Younger Dryas. Τελευταία μεσοπαγετώδης περίοδος Ολόκαινο Μετά τα χρόνια εδραιώνονται οι σημερινές θερμές κλιματικές συνθήκες με τις ανάλογες μεταβολές στις ωκεανογραφικές παραμέτρους και τη βλάστηση. Πέρα όμως από αυτή τη γενική τάση, συστηματικές μελέτες των τελευταίων χρόνων έδειξαν ότι το Ολόκαινο, όπως και η τελευταία παγετώδης περίοδος, χαρακτηρίζονται από κλιματική αστάθεια. Μελέτες σε ιζήματα πυρήνων από το Β. Ατλαντικό εντόπισαν ορίζοντες πλούσιους σε υπολείμματα πάγου, χονδρόκοκο υλικό, καθώς και σε είδη Τρηματοφόρων που είναι δείκτες ψυχρού κλίματος. Οι ορίζοντες αυτοί εντοπίζονται στην περιοχή του Β. Ατλαντικού μέχρι το γεωγραφικό πλάτος της Μ. Βρετανίας και δηλώνουν επαναφορές ψυχρών συνθηκών. Ο συνολικός αριθμός των γεγονότων αυτών είναι οκτώ και η περίοδος εμφάνισης είναι περίπου ανά 1374 χρόνια. Κάποια από τα γεγονότα αυτά συμπίπτουν χρονικά με ψυχρά γεγονότα που έχουν εντοπιστεί στον ευρύτερο χώρο της Ευρώπης σε χερσαία και θαλάσσια ιζήματα, όπως το Little Ice γεγονός, το πιο πρόσφατο γεγονός από τη σειρά, το οποίο 64

66 εντοπίζεται περίπου πριν από 300 χρόνια, καθώς και το ψυχρό γεγονός που διαπιστώνεται πριν από χρόνια και καταλαμβάνει μεγάλη έκταση ανάλογη με αυτή του Younger Dryas. Αιτίες σχηματισμού των σύντομων αυτών ψυχρών γεγονότων του Ολοκαίνου θεωρούνται μεταβολές της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας και μεταβολές της κυκλοφορίας του Β. Ατλαντικού (παύσεις ή μειώσεις του ρυθμού σχηματισμού του North Atlantic Deep Water). Τα ψυχρά γεγονότα του Ολοκαίνου δεν θα πρέπει να παρατηρούνται μεμονωμένα, αλλά σε συνδυασμό με τα ψυχρά γεγονότα της τελευταίας παγετώδους περιόδου, που αναφέρθηκαν παραπάνω, καθώς όλα παρουσιάζουν περίοδο εμφάνισης 1450±532 χρόνια. Πρόσφατες μελέτες δείχνουν ότι αυτές οι μικρής διάρκειας κλιματικές μεταβολές θα πρέπει να συσχετιστούν με μεταβολές της αέριας κυκλοφορίας των πολικών περιοχών καθώς και με μεταβολές της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας, αφού και οι δύο κατηγορίες μεταβολών είναι δυνατόν να αποδοθούν σε περιόδους των 1550 χρόνων Διάγραμμα, στο οποίο παρουσιάζεται η διακυμάνση της στάθμης της θάλασσας βάσει των ισοτόπων του Ο2 σε βενθονικά τρηματοφόρα (συνεχής γραμμή,) καθώς και αναλύσεων των αναβαθμίδων της Νέας Γουινέας (διακεκομμένη γραμμή) (Shackleton, 1987). Κατά τη διάρκεια του ST3 (23-60ka) το επίπεδο της στάθμης της θάλασσας ήταν χαμηλότερο, σε σχέση με το σημερινό κατά 25 έως 85m. Κατά τη διάρκεια του ST2 (~18ka) εντοπίζεται η μεγαλύτερη πτώση της στάθμης της θάλασσας που αγγίζει τα 120m, σε σχέση με σήμερα. Τα τελευταία 15 χιλιάδες χρόνια, η στάθμη της θάλασσας ανυψώθηκε με ταχύτατους ρυθμούς στα σημερινά επίπεδα. 65

67 Σχηματικό διάγραμμα, στο οποίο παρουσιάζονται οι μεταβολές της βλάστησης, στη δυτική και βόρεια Ευρώπη τα τελευταία περίπου 50 χιλιάδες χρόνια (Behre, 1989). Κατά τη διάρκεια του ST3 η τούνδρα επικρατεί στις περιοχές αυτές και εξελίσσεται σε θαμνώδη τούνδρα για σύντομα χρονικά διαστήματα, όπου το κλίμα ήταν ευνοϊκότερο, όπως κατά τη διάρκεια του Hengelo και του Denekamp. Κατά τη διάρκεια του ST2 οι ψυχρές και ξηρές κλιματικές συνθήκες επέτρεψαν μόνο την ανάπτυξη εκτεταμένων πεδίων στέππας. Στα τελευταία στάδια της τελευταίας παγετώδους περιόδου, η βελτίωση των κλιματικών συνθηκών βοήθησε στη σταδιακή αύξηση του πληθυσμού των δένδρων και τελικά στην εξάπλωση και επικράτηση της δασώδους βλάστησης κατά τη διάρκεια του Ολοκαίνου. Χάρτης, στον οποίο απεικονίζονται οι θέσεις του μετώπου των πολικών νερών του Β. Ατλαντικού, καθώς και των περιθωρίων των πάγων που κάλυπταν το Β. Ατλαντικό ωκεανό κατά τη διάρκεια του χειμώνα, τα τελευταία 20 χιλιάδες χρόνια (ka BP) (Ruddiman and McIntyre, 1981). 1:20-16ka BP, 2:16-13ka BP, 3:13-11ka BP, 4:11-10ka BP. Η διακεκομμένη γραμμή αντιπροσωπεύει τα σημερινά αυτά όρια. 66