Permineralisering: hur mineraler bevarar inre strukturer i fossil

Permineralisering är en fossiliseringsprocess där mineralavlagringar bildar inre avgjutningar av organismer.

Mineraler i vatten fyller ut utrymmena i organisk vävnad. Processen ger en bild av både mjuka och hårda vävnader. Fossil med permineralisering är användbara för att studera inre strukturer, särskilt hos växter.

Vatten från marken, sjöar eller hav sipprar in i porerna i organisk vävnad och bildar en kristallgjutning med deponerade mineraler. Kristaller börjar bildas i de porösa cellväggarna. Denna process fortsätter på väggarnas inre yta tills cellens centrala hålighet, lumen, är helt fylld. Själva cellväggarna förblir intakta och omger kristallerna. Permineralisering skiljer sig från förstening genom att det organiska materialet endast fylls med mineraler och inte ersätts helt och hållet. Permineralisering kan ske på flera olika sätt:

Vanliga typer av permineralisering

• Kiselförkiselning (silicifikation) – kisel (SiO2) i form av opal, chalcedon eller kvarts löses i vatten och utfälls i celler och hålrum. Typiskt för petrified wood och förkiselade växtfossil som Rhynie-chert.
• Kalcifiering (karbonatpermineralisering) – kalciumkarbonat (kalcit) fyller porer och bevarar vävnadsstruktur. Exempel är så kallade coal balls där karbont material i kolavlagringar är permineraliserat med kalk.
• Pyritisering – järnsulfid (pyrit, FeS2) bildas ofta i syrefria miljöer genom bakteriers reduktion av sulfat. Pyrit kan bevara fin struktur hos både mjuka och hårda vävnader.
• Fosfatisering (apatitisering) – fosfat (vanligtvis apatit, Ca-phosphat) kan snabbt bevara detaljrikedom i celler och mjukvävnader, särskilt i marin miljö med höga fosfatkoncentrationer (t.ex. vissa mikrofossilfynd och Doushantuo-typens bevaringar).
• Järn- och andra oxidbaserade – hematit eller goetit kan också fylla porer och ge permineralisering där järn lösts upp och senare fällts ut.

Processens steg och viktiga faktorer

• Infiltration – mineralrikt vatten tränger in i vävnadens porer och cellrum.
• Nukleation – mineraler börjar utfällas på ytor som cellväggar, ofta där organiskt material eller mikrobfilm fungerar som kärnor.
• Tillväxt och ifyllnad – kristaller växer och fyller lumen och mikroporer, ibland lager för lager.
• Lithifiering – den mineraliserade vävnaden hårdnar och blir en del av sedimentet.

Faktorer som påverkar processen är bland annat vattnets joniska sammansättning (t.ex. mängd kisel, kalcium, järn eller fosfat), pH, redoxförhållanden (syrehalt), temperatur, hastigheten på nedbrytning av det organiska materialet och mikrobiell aktivitet. Snabb mineralutfällning i förhållande till nedbrytning ökar chansen att detaljer bevaras väl.

Skillnad mellan permineralisering och ersättning

Permineralisering innebär att mineraler fyller ut utrymmen i den ursprungliga vävnaden medan den organiska strukturen ofta förblir kvar runt mineralet. Ersättning (replacement) innebär att mineralmolekyler successivt ersätter det organiska materialet så att originalsubstantivet försvinner och ersätts atom-för-atom. Båda processerna kan ske tillsammans eller i sekvens under diagenesen.

Vad bevaras och hur studeras det

• Permineralisering kan bevara mikroskopiska detaljer: cellväggar, kärl, stomata, inre benstruktur och ibland mjukvävnadsstrukturer.
• Studier görs med tunnslipning under mikroskop, svepelektronmikroskop (SEM), micro-CT (datortomografi) och kemiska analyser som EDX eller röntgendiffraktion för att bestämma mineralogi.

Betydelse för paleontologi och geovetenskap

Permineraliserade fossil är ovärderliga för att rekonstruera anatomi och funktion hos utdöda organismer. Hos växter ger de insikt i cellstruktur, ledningsvävnad och fysiologi; hos ryggradsdjur ger de information om benhistologi och ibland mjuka vävnader eller biomolekylära spår. Dessutom ger mineralinnehållet och de geokemiska förhållandena under permineraliseringen information om forna miljöer och diagenetiska processer.

Exempel

• Petrified wood (förkiselat trä) – klassiskt exempel på kiselförkiselning.
• Rhynie chert – tidiga landväxter och smådjur permineraliserade i kiselsyra, med mycket hög detaljbevarande.
• Coal balls – kolavlagringar med kalcifierade växtrester som ger detaljerad inblick i karbonskogarnas flora.
• Pyritiserade skal och mjukdelar – vanliga i syrefattiga marina sediment där sulfidbildning sker.

Avslutande notering

Permineralisering är en mångfacetterad process som beror både på organismens anatomi och på de kemiska och fysikaliska förhållandena i omgivningen. Genom att kombinera fältobservationer, mikroskopiska metoder och geokemiska analyser kan forskare tolka hur och varför vissa organismer bevaras så väl i fossilarkivet.

Sök med bokstav