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Como exatamente é o processo fóssil da madeira?

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Gostaria de saber em profundidade como é exatamente o processo de fossilização da madeira. Estou fascinado como, após milhões de anos, a madeira fóssil preserva suas características microscópicas. Observe esta seção transversal, onde você pode ver claramente as diferenças nos tecidos celulares como parênquima, vasos e raios.

Sei que no processo de fossilização a madeira foi substituída por partículas minerais, mas não entendo como o material orgânico saiu para ficar apenas os minerais.


Na verdade, há mais de um processo, mas no caso de fósseis de madeira com muitos detalhes, o processo é o preenchimento lento de todos os espaços na madeira (preenchidos com água em vida) com minerais dissolvidos da água subterrânea. isso é chamado de permineralização. Claro que isso só funciona se a madeira for enterrada, então não pode apodrecer enquanto isso está acontecendo. Como a permineralização ocorre no nível molecular, é possível preservar grandes detalhes à medida que os minerais se formam ao redor do tecido duro restante.

Este vídeo é uma representação decente,


Como os fósseis se formam?

Quando animais, plantas e outros organismos morrem, eles normalmente se decompõem completamente. Mas às vezes, quando as condições são adequadas, eles são preservados como fósseis.

Vários processos físicos e químicos diferentes criam fósseis, de acordo com o New York State Geological Survey.

Congelar, secar e envolver, como em alcatrão ou resina, pode criar fósseis de corpo inteiro que preservam os tecidos corporais. Esses fósseis representam os organismos como eram quando viviam, mas esses tipos de fósseis são muito raros.

A maioria dos organismos se torna fóssil quando são alterados por vários outros meios.

O calor e a pressão de serem enterrados em sedimentos podem às vezes fazer com que os tecidos de organismos & mdash incluindo folhas de plantas e partes moles do corpo de peixes, répteis e invertebrados marinhos & mdash liberem hidrogênio e oxigênio, deixando para trás um resíduo de carbono.

Este processo & mdash que é chamado de carbonização ou destilação & mdash produz uma impressão detalhada de carbono do organismo morto na rocha sedimentar.

O método mais comum de fossilização é chamado de permineralização ou petrificação. Depois que os tecidos moles de um organismo se decompõem em sedimentos, as partes duras - especialmente os ossos - são deixadas para trás.

A água penetra nos restos mortais e os minerais dissolvidos na água infiltram-se nos espaços dentro dos restos, onde formam cristais. Esses minerais cristalizados fazem com que os restos endureçam junto com a rocha sedimentar que o envolve.

Em outro processo de fossilização, denominado substituição, os minerais das águas subterrâneas substituem os minerais que constituem os restos corporais depois que a água dissolve completamente as partes duras originais do organismo.

Os fósseis também se formam a partir de moldes e moldes. Se um organismo se dissolver completamente na rocha sedimentar, ele pode deixar uma impressão de seu exterior na rocha, chamada de molde externo. Se esse molde for preenchido com outros minerais, ele se torna um molde.

Um molde interno se forma quando sedimentos ou minerais enchem a cavidade interna, como uma concha ou crânio, de um organismo, e os restos se dissolvem.

Remanescentes orgânicos

Nos últimos anos, pesquisadores descobriram que alguns fósseis não são feitos apenas de minerais. As análises de fósseis mostraram, por exemplo, que alguns retêm matéria orgânica datada do Cretáceo, período que durou de 65,5 milhões a 145,5 milhões de anos atrás, e do período Jurássico, que durou de 145,5 milhões a 199,6 milhões de anos atrás

Testes sugerem que esses materiais orgânicos pertencem aos dinossauros porque combinam com certas proteínas de pássaros, que evoluíram dos dinossauros.

"Antigamente ninguém pensava que qualquer material endógeno & mdash que vem do animal & mdash pudesse ser deixado para trás após o processo de fossilização", disse Ken Lacovara, reitor da Escola da Terra e Meio Ambiente da Universidade Rowan em Nova Jersey. "[Mas] esse não é realmente o caso."

Não está claro como o material orgânico é preservado, mas o ferro pode ajudar as proteínas a se tornarem reticuladas e irreconhecíveis, ou indisponíveis para as bactérias que as consumiriam, disse Lacovara. (O formaldeído funciona de maneira semelhante, reticulando os aminoácidos que constituem as proteínas, tornando-as mais resistentes à cárie, disse Mary Schweitzer, paleontologista molecular da Universidade Estadual da Carolina do Norte, ao Live Science.)

Outra ideia é a "alvenaria microbiana", disse Lacovara. "É possível que as bactérias que inicialmente trituraram o tecido secretem minerais como um produto residual que, em seguida, selam hermeticamente [hermeticamente] um pouco do que ficou para trás", quase como um pedreiro vedando uma estrutura, disse ele ao Live Science.

Além disso, arenito & rocha mdash feita de grãos do tamanho de areia de minerais, sedimentos ou material inorgânico & mdash parece ser o melhor tipo de ambiente para preservar material orgânico em fósseis.

"O arenito é como um monte de bolas de vôlei colocadas umas em cima das outras com grandes áreas intersticiais [espaçadas] entre elas", disse Lacovara. "Portanto, parece que a decomposição rápida pode promover o processo de preservação. Talvez precisemos que a bactéria atravesse rapidamente e mastigue o sedimento para que possam sequestrar parte [do material orgânico sobrevivente] no processo."


Conteúdo

Os organismos passam por vários estágios em seu caminho para se tornarem fósseis. [3]

EstágioDefinição
Morte Geralmente, este é o primeiro estágio da fossilização. A morte pode ocorrer como resultado do sepultamento e, neste caso, os processos biostratinômicos podem não ocorrer.
Processos biotratinômicos Processos como reorientação, desarticulação, fragmentação e corrosão, que modificam os restos. Não é desejável, pois as informações são perdidas.
Deposição Enterro dos restos mortais em sedimentos, onde são menos susceptíveis de serem perturbados.
Processos diagenéticos Mudanças químicas / físicas, por ex. permineralização. Necessário para fossilização.

Primeiro, o organismo deve ser depositado em sedimentos. Entre a hora da morte e o sepultamento, processos biostratinômicos alteram os restos mortais. Antes do sepultamento, um esqueleto orgânico é normalmente sujeito a reorientação, desarticulação, fragmentação e corrosão. Uma vez enterrado, ele passa por processos diagenéticos. Diagênese é simplesmente qualquer mudança, química ou física, que ocorre em um organismo após o sepultamento. [3] Essas mudanças são necessárias para a preservação, porque a matéria orgânica não sobreviverá por muito tempo antes de ser decomposta, e mesmo as partes duras, como ossos, dentes, cascas calcificadas, são normalmente propensas à destruição. Um processo diagenético típico é a mineralização, que pode ocorrer com vários minerais, como pirita, fosfatos ou as várias formas de sílica. [3]

A fossilização não é um processo que ocorreu apenas há milhões de anos. Também ocorreu no passado recente, simplesmente porque os mesmos processos geológicos que aconteceram no passado também estão ocorrendo agora. Isso é chamado de Princípio do Uniformitarismo. [4] Por exemplo, Anna Behrensmeyer relatou ossos em todos os estágios de fossilização, de orgânico a completamente mineralizado, na Bacia de Amboseli, na África Oriental. [5] Os ossos são datados do Holoceno ao Pleistoceno, negando a afirmação feita por alguns de que nenhum exemplo de fossilização é aparente hoje.

“A modificação post-mortem é um fato virtualmente inevitável da fossilização”. [6] É mais provável que fósseis mais antigos tenham sido modificados por processos diagenéticos e, portanto, sejam uma cópia menos precisa do original. [6] A análise dos modos de fossilização em um conjunto pode revelar se esse conjunto representa a entrada de mais de uma fonte. [7]


Como a madeira petrificada o ajudará?

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Imitando a ultraestrutura da madeira com impressão 3D para produtos verdes

Pesquisadores da Chalmers University of Technology, na Suécia, tiveram sucesso na impressão 3D com uma tinta à base de madeira de uma forma que imita a 'ultraestrutura' exclusiva da madeira. Sua pesquisa pode revolucionar a fabricação de produtos verdes. Emulando a arquitetura celular natural da madeira, eles agora apresentam a capacidade de criar produtos verdes derivados de árvores, com propriedades exclusivas - tudo, desde roupas, embalagens e móveis até produtos de saúde e cuidados pessoais.

A forma como a madeira cresce é controlada pelo seu código genético, que lhe confere propriedades únicas em termos de porosidade, tenacidade e resistência à torção. Mas a madeira tem limitações no que diz respeito ao processamento. Ao contrário de metais e plásticos, ele não pode ser derretido e facilmente remodelado e, em vez disso, deve ser serrado, aplainado ou curvado. Processos que envolvem conversão, para fazer produtos como papel, cartão e têxteis, destroem a ultraestrutura subjacente ou arquitetura das células de madeira. Mas a nova tecnologia agora apresentada permite que a madeira seja, de fato, desenvolvida exatamente na forma desejada para o produto final, por meio da impressão 3D.

Ao converter a polpa de madeira em um gel de nanocelulose, os pesquisadores da Chalmers já haviam conseguido criar um tipo de tinta que poderia ser impressa em 3D. Agora, eles apresentam uma grande progressão - interpretar com sucesso o código genético da madeira e digitalizá-lo para que possa instruir uma impressora 3D.

Isso significa que agora, o arranjo das nanofibrilas de celulose pode ser controlado com precisão durante o processo de impressão, para realmente replicar a ultraestrutura desejável da madeira. Ser capaz de gerenciar a orientação e a forma significa que eles podem capturar as propriedades úteis da madeira natural.

“É um avanço na tecnologia de manufatura. Nos permite ir além dos limites da natureza, para criar novos produtos sustentáveis ​​e verdes. Isso significa que aqueles produtos que hoje já são de base florestal podem agora ser impressos em 3D, de uma forma muito mais curta E os metais e plásticos usados ​​atualmente na impressão 3D podem ser substituídos por uma alternativa renovável e sustentável ", diz o professor Paul Gatenholm, que conduziu esta pesquisa por meio do Wallenberg Wood Science Center em Chalmers.

Outro avanço é a adição de hemicelulose, um componente natural das células vegetais, ao gel de nanocelulose. A hemicelulose atua como uma cola, conferindo à celulose resistência suficiente para ser útil, de maneira semelhante ao processo natural de lignificação, por meio do qual se constroem as paredes celulares.

A nova tecnologia abre uma nova área de possibilidades. Os produtos à base de madeira agora podiam ser projetados e 'cultivados' sob encomenda - em uma escala de tempo amplamente reduzida em comparação com a madeira natural.

O grupo de Paul Gatenholm já desenvolveu um protótipo para um conceito inovador de embalagem. Eles imprimiram estruturas em favo de mel, com câmaras entre as paredes impressas, e então conseguiram encapsular partículas sólidas dentro dessas câmaras. A celulose tem excelentes propriedades de barreira ao oxigênio, o que significa que pode ser um método promissor para a criação de embalagens herméticas para alimentos ou produtos farmacêuticos, por exemplo.

“Fabricar produtos desta forma pode levar a uma enorme economia em termos de recursos e emissões prejudiciais”, diz ele. "Imagine, por exemplo, se pudéssemos começar a imprimir embalagens localmente. Isso significaria uma alternativa às indústrias de hoje, com grande dependência de plásticos e transporte de geração de C02. As embalagens poderiam ser projetadas e fabricadas sob encomenda, sem nenhum desperdício."

Eles também desenvolveram protótipos para produtos de saúde e roupas. Outra área onde Paul Gatenholm vê um enorme potencial para a tecnologia é no espaço, acreditando que ela oferece a primeira base de teste perfeita para desenvolver ainda mais a tecnologia.

"O material de origem das plantas é fantasticamente renovável, então as matérias-primas podem ser produzidas no local durante viagens espaciais mais longas, ou na lua ou em Marte. Se você estiver cultivando alimentos, provavelmente haverá acesso tanto à celulose quanto à hemicelulose." diz Paul Gatenholm.

Os pesquisadores já demonstraram com sucesso sua tecnologia em um workshop na Agência Espacial Europeia, ESA, e também estão trabalhando com a Florida Tech e a NASA em outro projeto, incluindo testes de materiais em microgravidade.

“Viajar no espaço sempre foi o catalisador para o desenvolvimento de materiais na Terra”, diz ele.


Desenterrando Fósseis

Mesmo depois de sua preservação ao longo do tempo geológico, os fósseis podem ser difíceis de recuperar do solo. Os processos naturais os destroem, principalmente o calor e a pressão da metamorfose. Eles também podem desaparecer à medida que sua rocha hospedeira recristaliza durante as condições mais suaves de diagênese. E a fratura e o dobramento que afetam muitas rochas sedimentares podem destruir uma grande parte dos fósseis que elas podem conter.

Os fósseis são expostos pela erosão das rochas que os contêm. Mas, durante os milhares de anos, pode levar para desvendar um esqueleto fóssil de uma extremidade à outra, a primeira parte a emergir se desfaz na areia. A raridade de espécimes completos é a razão pela qual a recuperação de um grande fóssil como tiranossauro Rex pode fazer manchetes.

Além da sorte necessária para descobrir um fóssil no estágio certo, são necessárias grande habilidade e prática. Ferramentas que variam de martelos pneumáticos a palhetas dentais são usadas para remover a matriz pedregosa dos preciosos fragmentos de material fossilizado que fazem todo o trabalho de desembrulhar fósseis valer a pena.


Madeira petrificada em dias

A Califórnia tem o Vale do Silício. Poderia uma floresta de silício em Washington ser a próxima? Uma equipe de cientistas de materiais do Pacific Northwest National Laboratory está trabalhando nisso.
Yongsoon Shin e colegas do laboratório do Departamento de Energia converteram madeira em mineral, conseguindo em dias o que a natureza leva milhões de anos para fazer em lugares como a Floresta Petrificada de Gingko, uma hora rio acima no rio Columbia. Lá, as árvores provavelmente caíram em uma erupção cataclísmica e, enterradas sem oxigênio sob a lava, lixiviaram seus compostos lenhosos e expeliram os minerais do solo ao longo das eras.

Madeira petrificada é um tipo de fóssil, no qual os tecidos de uma planta morta são substituídos por minerais (na maioria das vezes um silicato, como o quartzo). O processo de petrificação ocorre no subsolo, quando a madeira ou materiais lenhosos repentinamente ficam soterrados sob os sedimentos. A água rica em minerais que flui pelos sedimentos deposita minerais nas células da planta e, à medida que a lignina e a celulose da planta se decompõem, um molde de pedra é deixado em seu lugar.

A jornada de madeira petrificada de Shin começou de forma menos dramática, a poucos minutos de Lowe's, relata o grupo de Shin na edição atual da revista Advanced Materials, no depósito de madeira da cadeia do faça-você-mesmo. Lá eles pegaram sua matéria-prima: tábuas de pinho e choupo. De volta ao PNNL, eles deram a um cubo de 1 centímetro de madeira um banho de ácido de dois dias, embebeu-o em uma solução de sílica por mais dois (para melhores resultados, repita esta etapa até três vezes), secou-o ao ar, colocou-o em uma fornalha cheia de argônio gradualmente girou até 1.400 graus centígrados para cozinhar por duas horas e, em seguida, deixou esfriar em argônio até a temperatura ambiente.

Presto. Madeira petrificada instantânea, a sílica passando a residir permanentemente com o carbono deixado na celulose para formar um novo carboneto de silício, ou SiC, cerâmica. O material "replica exatamente a arquitetura de madeira", de acordo com Shin.

Embora os chips de SiC provavelmente não substituam os chips de computador, os cientistas de materiais estão interessados ​​nas novas propriedades das cerâmicas construídas em moldes de madeira e, no laboratório de Shin, em outros materiais naturais, como pólen e cascas de arroz. A intrincada rede de microcanais e poros na matéria vegetal fornece superfícies enormes - na madeira, 1 grama de material aplainado cobriria um campo de futebol - que pode ser útil em separações químicas industriais ou na filtragem de poluentes de efluentes gasosos.

O método de lixiviação com ácido produz uma reprodução idêntica e positiva da madeira. Se Shin quiser capturar uma impressão negativa, ele pode alterar o pH para favorecer a extremidade inferior da escala.

"A réplica positiva é muito melhor em termos de área de superfície e uniformidade", disse Shin. "As formas negativas desmoronam facilmente, mas é possível fazer materiais do tipo fibra", onde os minerais preenchem as aberturas dos grãos da madeira.


Madeira petrificada

Um arco-íris de quartzo

A madeira petrificada encontrada no parque e na região circundante é composta por quartzo quase maciço. Cada peça é como um cristal gigante, geralmente brilhando à luz do sol como se estivesse coberto de purpurina. O arco-íris de cores é produzido por impurezas no quartzo, como ferro, carbono e manganês.

Mais de 200 milhões de anos atrás, as toras foram levadas para um antigo sistema de rio e foram enterradas rápido e profundamente o suficiente por grandes quantidades de sedimentos e detritos também carregados na água, que o oxigênio foi cortado e a decomposição desacelerada para um processo que agora levaria séculos.

Minerais, incluindo sílica dissolvida da cinza vulcânica, absorvidos pela madeira porosa ao longo de centenas e milhares de anos, cristalizaram-se na estrutura celular, substituindo o material orgânico à medida que se decompunha com o tempo. Às vezes, o esmagamento ou a decomposição deixam rachaduras nas toras. Aqui se formaram grandes cristais semelhantes a joias de quartzo transparente, ametista roxa, citrino amarelo e quartzo esfumaçado.

O parque abriga vários tipos de fósseis de plantas, incluindo troncos completos, tocos verticais, samambaias delicadas e folhas de gimnosperma e esporos de pólen. A maioria das árvores petrificadas recebeu o nome científico Araucarioxylon arizonicum.

Os segmentos de madeira petrificada fazem as pessoas se perguntarem & quotquem corta a madeira? & Quot

Árvores petrificadas hoje estão espalhadas pelas colinas de argila e nas faces dos penhascos, cada tronco dividido em grandes segmentos. O quartzo dentro da madeira petrificada é duro e quebradiço, fraturando-se facilmente quando sujeito a tensões. Durante a elevação gradual do Platô do Colorado, começando cerca de 60 milhões de anos atrás, as árvores petrificadas ainda enterradas estavam sob tanto estresse que se quebraram como varas de vidro. A natureza cristalina do quartzo criou fraturas nítidas, uniformemente espaçadas ao longo do tronco da árvore, dando a aparência hoje de toras cortadas com uma serra elétrica.

Vá para a nossa página de Perguntas Freqüentes para obter mais informações sobre madeira petrificada!


Fósseis: janela para o passado

Uma forma comum de fossilização é a permineralização. Isso ocorre quando os poros de materiais vegetais, ossos e conchas são impregnados por matéria mineral do solo, lagos ou oceanos. Em alguns casos, as fibras de madeira e a celulose se dissolvem e são substituídos por minerais. Às vezes, a substância mineral dos fósseis se dissolve completamente e outros minerais os substituem. Os minerais comuns que formam esse tipo de fóssil são calcita, ferro e sílica.

Os fósseis assumem a forma original do tecido ou organismo à medida que os poros dos tecidos orgânicos são preenchidos com minerais ou a matéria orgânica é substituída por minerais. No entanto, a composição dos fósseis será diferente e serão mais pesados.

A petrificação ocorre quando a matéria orgânica é completamente substituída por minerais e o fóssil se transforma em pedra. Isso geralmente ocorre preenchendo os poros do tecido e os espaços inter e intracelulares com minerais, dissolvendo a matéria orgânica e substituindo-a por minerais. Este método reproduz o tecido original em todos os detalhes. Esse tipo de fossilização ocorre tanto nos tecidos duros quanto nos moles. Um exemplo desse tipo de fossilização é a madeira petrificada.

O processo de permineralização

A água subterrânea geralmente não contém apenas moléculas de água pura. Esta água pode ser "dura", o que significa que contém alguns minerais. O grau de dureza varia. Os diferentes minerais são encontrados no solo, e a água os dissolve até a saturação. Neste ponto, a água não reterá nenhuma matéria mineral adicional. Este processo é potencializado pela acidificação da água. Por exemplo, a água da chuva pode ser pura no início, mas pega dióxido de carbono do ar e se torna um ácido carbônico fraco. A matéria orgânica do solo e outros materiais em decomposição também tornam a água subterrânea mais ácida. Esta água ácida dissolve mais minerais.

Tecidos orgânicos como madeira, osso e concha contêm poros e espaços. A água mineralizada preenche os poros dos tecidos orgânicos e se move pelos espaços celulares. Durante este processo, a água saturada evapora e os minerais em excesso são depositados nas células e tecidos. Este processo cria muitas camadas de depósitos minerais, criando registros fossilizados rígidos.

O que podemos dizer da permineralização?

Uma vez que as permineralizações dos organismos são fósseis tridimensionais com matéria orgânica substituída por minerais, o que elas nos dizem principalmente são as sobre as estruturas internas dos organismos. O próprio processo de mineralização ajuda a prevenir a compactação do tecido, o que pode distorcer as proporções reais de tamanho dos vários órgãos. As permineralizações também não são "limitadas" às partes rígidas do corpo (como ossos ou conchas), mas também podem ser encontradas preservando partes moles do corpo. Isso pode ser muito importante para pesquisadores que desejam ver como era a vida no passado em relação ao que é agora no presente. Um exemplo: as estruturas reprodutivas frágeis de muitas plantas dependendo das condições do processo de fossilização e do mineral específico que foi usado para a fossilização. No entanto, existem vários graus de detalhes. Às vezes, apenas tipos de células muito diferenciados podem ser distinguidos (como entre o tecido vascular para a condução de água e nutrientes e o tecido do solo nas plantas), enquanto em outros fósseis, o detalhe pode ser tão fino a ponto de distinguir entre as diferentes organelas dentro das várias células .

Existem três subgrupos de permineralizações: silicificação, piritização e mineralizações de carbonato.

Como acontece com quase todos os processos de fossilização, a silicificação (por causa de suas condições para fossilização) nos diz muito sobre o tipo de ambiente em que o organismo provavelmente viveria. Tipos específicos de fósseis ocorrem em ambientes com certas características. A silicificação é um processo de fossilização pelo qual o organismo é penetrado por minerais que se formam nas células e estruturas celulares. Neste caso, o mineral é a sílica, e porque o mineral "segue" as estruturas internas do organismo durante a mineralização. Isso explica a incrível quantidade de detalhes encontrados nas permineralizações. Por exemplo, (para silicificação) fluidos em terreno vulcânico geralmente contêm sílica que pode ser absorvida pelas próprias plantas. Isso indicaria que um vulcão esteve próximo à usina no passado. Um ponto interessante que este exemplo apresenta é que a planta já estava iniciando seu processo de fossilização quando ainda estava viva. A sílica que é absorvida pelas plantas fica incrustada nelas e, quando morrem, o material (sílica) já está presente nelas para mineralizar rapidamente o organismo e fossilizá-lo. Desta forma, o processo de silicificação pode muitas vezes mostrar detalhes muito finos.

A piritização envolve o enxofre mineral. Muitas das plantas são assim piritizadas quando estão em sedimentos marinhos, uma vez que geralmente contêm uma grande quantidade de enxofre. Este poderia ter sido seu habitat natural no passado ou eles poderiam ter estado perto o suficiente de um ambiente marinho para serem piritizados (após serem carregados por um rio, inundação ou algum outro método). Algumas plantas também são piritizadas quando estão em um terreno argiloso, mas em menor extensão do que em um ambiente marinho.

As mineralizações de carbonato ocorrem em ambientes marinhos e não marinhos. As formas mais populares de mineralizações de carbonato citadas na biologia são as chamadas "bolas de carvão". As bolas de carvão (que costumam ser encontradas em forma de bola redonda, que lhes dá o nome) costumam ser uma fossilização de muitas plantas diferentes e seus tecidos . Freqüentemente, eles ocorrem na presença de água do mar ou turfa ácida. Geralmente, as cascas de acetato também podem ser feitas para estudar os vários materiais orgânicos presos em uma bola de carvão. Às vezes, esses peelings podem revelar bastante os detalhes celulares.


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