خلاصه درس فصل ۷ علوم نهم؛ درسنامه و نکات مهم

از رسوب تا سنگ فسیل‌دار

تا حالا دیده‌ای آبِ گل‌آلود را که مدتی بی‌حرکت بماند، ذره‌های گل در ته ظرف جمع می‌شوند؟ در دریاها هم ذره‌هایی که از فرسایش خشکی‌ها به وجود آمده‌اند و با آب جابه‌جا شده‌اند، ته‌نشین می‌شوند. با ادامهٔ این فرایند، لایه‌های رسوب روی هم قرار می‌گیرند.

اگر جانوری در این محیط بمیرد، ممکن است جسدش میان رسوبات دفن شود. رسوب‌گذاری ادامه پیدا می‌کند و لایه‌های تازه، روی رسوبات قبلی را می‌پوشانند. با گذشت زمان، این رسوبات و بقایای مدفون در آن‌ها می‌توانند به سنگ رسوبی فسیل‌دار تبدیل شوند.

پس این مسیر را به خاطر بسپار: ته‌نشین شدن ذره‌ها، دفن شدن جسد میان رسوبات و سرانجام تبدیل تدریجی رسوبات به سنگ. این اتفاق فوری نیست و هر لایهٔ رسوب هم لزوماً جسدی در خود ندارد.

فسیل؛ سرنخی از گذشته

فرض کن در کوهستان، روی سنگی نقش یک صدف می‌بینی. این نقش می‌تواند سرنخی از جانداری باشد که خیلی پیش‌تر در آن محیط زندگی می‌کرده است؛ حتی اگر خود صدف دیگر باقی نمانده باشد.

فسیل، اثر یا بقایای جانداران قدیمی است که در میان مواد، رسوبات و سنگ‌های رسوبی پوستهٔ زمین پیدا می‌شود. پس فسیل همیشه استخوان یا بدن یک جانور نیست؛ ردپای باقی‌مانده از یک جانور قدیمی هم می‌تواند فسیل باشد.

فسیل‌شناسان مثل کارآگاه‌ها این سرنخ‌ها را بررسی می‌کنند تا گذشتهٔ زمین را بازسازی کنند. مثلاً پیدا شدن فسیل یک جانور دریایی در سنگ‌های یک کوهستان، نشانه‌ای است که آن محل در گذشته محیطی دریایی بوده است؛ نه اینکه آن جانور در کوهستان امروزی زندگی می‌کرده!

بخش‌های سخت، شانس بیشتر

اگر بدن یک کرم و صدف یک حلزون را مقایسه کنی، کدام‌یک بخش مقاوم‌تری دارد؟ بدن جانداران از نظر داشتن قسمت‌های سخت یکسان نیست. بعضی جانداران استخوان، دندان یا صدف دارند، اما بعضی دیگر چنین بخش‌هایی ندارند.

بخش‌های سخت معمولاً بیشتر از بخش‌های نرم دوام می‌آورند؛ بنابراین فرصت بیشتری برای باقی ماندن و فسیل شدن دارند. مثلاً بخش نرم بدن یک حلزون ممکن است از بین برود، اما صدف آن باقی بماند و به فسیل تبدیل شود. به همین دلیل، احتمال فسیل شدن جانداران دارای بخش سخت، بیشتر از جانداران بدون بخش سخت است.

البته «شانس بیشتر» به معنی «حتماً» نیست! داشتن استخوان یا صدف، فسیل شدن را تضمین نمی‌کند؛ همچنین نمی‌توان گفت جانداران بدون بخش سخت هرگز فسیل نمی‌شوند.

فرصتی پیش از تجزیه

چرا از همهٔ جاندارانی که در گذشته زندگی کرده‌اند، فسیل پیدا نمی‌کنیم؟ چون بیشتر اجساد پیش از آنکه فرصت فسیل شدن پیدا کنند، تجزیه می‌شوند.

برای تشکیل فسیل، جسد باید از فاسد شدن سریع در امان بماند. باکتری‌ها و جانداران دیگر می‌توانند بقایای آن را از بین ببرند؛ شرایط محیط، مانند دسترسی به اکسیژن و گرما، هم بر این فرایند اثر دارد. مثلاً باقی‌ماندهٔ یک ماهی در فضای باز معمولاً مدت زیادی سالم نمی‌ماند.

حالا تصور کن جسد ماهی به‌سرعت زیر رسوبات دفن شود. این پوشش می‌تواند دسترسی جانوران دیگر و اکسیژن را محدود کند و فرصت بیشتری برای حفظ بقایا فراهم کند. البته دفن شدن، فسیل شدن را تضمین نمی‌کند؛ فقط می‌تواند شرایط مناسب‌تری بسازد.

پس فسیل‌ها مجموعهٔ کاملی از همهٔ جانداران گذشته نیستند؛ تنها تعداد کمی از آن‌ها در شرایط مناسب حفظ شده‌اند.

بخش‌های سخت، شانس بیشتر

تصور کن یک کرم و یک صدف کنار هم مرده‌اند. آیا هر دو به یک اندازه شانس دارند که اثری از بدنشان برای زمان‌های بسیار طولانی باقی بماند؟

بدن کرم بخش سختی مانند استخوان یا صدف ندارد؛ اما صدف، پوسته‌ای مقاوم دارد. بخش‌های سخت معمولاً دیرتر از بخش‌های نرم از بین می‌روند؛ بنابراین احتمال فسیل شدن جانداران دارای بخش سخت بیشتر است. استخوان، دندان و پوسته‌های آهکی یا سیلیسیِ صدف‌ها نمونه‌هایی از این بخش‌ها هستند.

برای مقایسه، وقتی ماهی می‌خوری، گوشت آن به‌آسانی جدا می‌شود، اما استخوان‌هایش مقاوم‌ترند و باقی می‌مانند. همین تفاوت در مقاومت، به ما کمک می‌کند بفهمیم چرا بخش‌های سخت بیشتر در میان فسیل‌ها دیده می‌شوند.

البته «شانس بیشتر» به معنی «قطعی بودن» نیست: هر جاندار استخوان‌دار یا صدف‌داری حتماً فسیل نمی‌شود.

فرصتی پیش از تجزیه

داشتن استخوان یا صدف، به‌تنهایی فسیل شدن را تضمین نمی‌کند. بقایای جاندار باید پیش از نابود شدن، از فساد و تجزیه در امان بمانند؛ وگرنه چیزی باقی نمی‌ماند که به فسیل تبدیل شود.

برای تصور این موضوع، میوه‌ای را به یاد بیاور که مدتی در جای گرم مانده است. میکروب‌ها و شرایط محیط باعث می‌شوند میوه کم‌کم بپوسد. بقایای جانداران هم ممکن است بر اثر فعالیت باکتری‌ها، خورده شدن به‌وسیلهٔ جانوران دیگر یا تأثیر عواملی مانند هوا، آب و گرما از بین بروند.

پس برای فسیل شدن، باید شرایطی فراهم شود که بقایای جاندار از اثر این عوامل دور بمانند. چنین فرصتی برای همهٔ جانداران گذشته فراهم نشده است؛ به همین دلیل، تنها بقایای تعداد کمی از آن‌ها به فسیل تبدیل شده‌اند.

کجا فسیل تشکیل می‌شود؟

اگر دنبال فسیل باشی، دریا را انتخاب می‌کنی یا بیابان را؟ محیط‌های دریایی معمولاً شرایط مناسب‌تری برای تشکیل فسیل دارند؛ به همین دلیل، بیشتر فسیل‌ها در دریاها و اقیانوس‌ها تشکیل شده‌اند. البته این به معنای فسیل شدن همهٔ جانداران دریایی نیست؛ بقایای آن‌ها همچنان باید از نابودی و تجزیه در امان بمانند.

اما آیا بیرون از دریا هیچ فسیلی تشکیل نمی‌شود؟ چرا! یخچال‌های طبیعی، خاکسترهای آتشفشانی، صمغ گیاهان، مواد نفتی و معادن نمک هم می‌توانند محل تشکیل فسیل باشند. دریاچه‌ها، مرداب‌ها و باتلاق‌ها نیز از محیط‌های غیردریاییِ تشکیل فسیل‌اند؛ پس غیردریایی همیشه به معنی خشک و بی‌آب نیست.

مثلاً حشره‌ای را تصور کن که در صمغ چسبناک یک درخت گرفتار می‌شود؛ صمغ می‌تواند بقایای آن را حفظ کند. بنابراین برای پیدا کردن فسیل، فقط نباید به محیط‌های دریایی فکر کنیم.

پوشیده شدن با رسوبات

فرض کن ماهی‌ای می‌میرد و در کف دریا قرار می‌گیرد. بخش‌های نرم بدنش، مانند ماهیچه‌ها، بر اثر فعالیت عوامل تجزیه‌کننده از بین می‌روند؛ اما استخوان‌ها و فلس‌هایش مقاوم‌ترند و مدت بیشتری باقی می‌مانند. آیا این بخش‌های سخت برای همیشه سالم می‌مانند؟ نه؛ آن‌ها هم ممکن است به‌مرور نابود شوند.

در یکی از راه‌های تشکیل فسیل، رسوبات پیش از نابودی بخش‌های سخت، روی آن‌ها را می‌پوشانند. رسوبات همان ذراتی مانند گل‌ولای و ماسه‌اند که ته‌نشین می‌شوند. شاید ته‌نشین شدن گل در کف یک ظرف آب گل‌آلود را دیده باشی؛ در کف دریا هم ذرات می‌توانند روی هم بنشینند و بقایای جاندار را بپوشانند.

پس ترتیب رویدادها مهم است: مرگ جاندار، تجزیهٔ بخش‌های نرم، باقی ماندن بخش‌های سخت و سپس پوشیده شدن آن‌ها با رسوبات، پیش از آنکه از بین بروند. این پوشش به حفظ بقایا و تشکیل فسیل کمک می‌کند.

محیط مناسب و بخش‌های مقاوم

اگر یک ماهی بمیرد، آیا حتماً فسیل می‌شود؟ نه! شرایط تشکیل فسیل در همهٔ محیط‌ها فراهم نیست. محیط‌های دریایی معمولاً شرایط مناسب‌تری از خشکی دارند؛ به همین دلیل، بیشتر فسیل‌ها در دریاها و اقیانوس‌ها تشکیل شده‌اند. البته در محیط‌هایی مثل دریاچه، باتلاق، معدن نمک و خاکستر آتشفشانی هم ممکن است فسیل تشکیل شود.

پس از مرگ ماهی، عوامل تجزیه‌کننده بخش‌های نرم بدنش را از بین می‌برند؛ اما استخوان‌ها و فلس‌ها مقاوم‌ترند و دیرتر از بین می‌روند. اگر پیش از نابودی، رسوبات روی این بخش‌های سخت را بپوشانند، فرصت فسیل‌شدن پیدا می‌کنند.

برای تصور این تفاوت، ماهی‌ای را به یاد بیاور که هنگام خوردن، گوشتش به‌آسانی جدا می‌شود، ولی استخوان‌هایش باقی می‌مانند. البته مقاوم‌بودن استخوان به‌تنهایی کافی نیست؛ شرایط محیط و پوشیده‌شدن به‌موقع با رسوبات هم اهمیت دارند.

حفظ شدن بدن کامل

آیا از یک جاندار فقط استخوان یا صدفش می‌تواند باقی بماند؟ نه همیشه! اگر بدن جاندار پس از مرگ در محیطی قرار بگیرد که عوامل تجزیه‌کننده به آن دسترسی نداشته باشند، ممکن است بدن کامل، حتی بخش‌های نرم آن، حفظ شود و به فسیل تبدیل شود.

برای نمونه، حشره‌ای که در صمغ گیاه گرفتار می‌شود، ممکن است به‌طور کامل درون آن باقی بماند. ماموت‌هایی هم در یخچال‌های طبیعی حفظ شده‌اند که بخش‌های نرم بدنشان از بین نرفته است. پس نکتهٔ اصلی فقط سخت یا نرم بودن بخش‌های بدن نیست؛ شرایط محیط و دور ماندن از عوامل تجزیه‌کننده هم اهمیت دارد.

برای نزدیک شدن به این موضوع، به نگهداری مواد غذایی در فریزر فکر کن: سرما باعث می‌شود مواد دیرتر فاسد شوند. البته غذای منجمد فسیل نیست؛ این مثال فقط کمک می‌کند نقش محیط را در حفظ شدن بخش‌های نرم بهتر بفهمی.

شکل قدیمی، مواد تازه

فرض کن تنهٔ درختی فسیل‌شده پیدا کرده‌ای که هنوز شکل تنهٔ درخت را دارد. آیا این یعنی مواد سازنده‌اش هم همان مواد درخت زنده‌اند؟ نه لزوماً!

یکی از راه‌های تشکیل فسیل، جانشینی مواد معدنی است. وقتی بخش‌های سخت جاندار زیر رسوبات دفن می‌شوند، آب‌های زیرزمینی می‌توانند به درون این رسوبات نفوذ کنند. هم‌زمان با حل شدن تدریجی بخش‌هایی از بقایای جاندار در آب، مواد معدنیِ موجود در آب جای آنها را می‌گیرند. این فرایند ادامه پیدا می‌کند تا مواد معدنی جای مواد قبلی را بگیرند.

نکتهٔ مهم این است: شکل ظاهری حفظ می‌شود، اما ترکیب شیمیایی تغییر می‌کند. مثلاً تنهٔ درخت می‌تواند ظاهر قبلی خود را نگه دارد، ولی مواد سازنده‌اش با ترکیبات سیلیسی یا آهکی جایگزین شوند. پس برای شناخت این نوع فسیل، باید میان «چه شکلی است؟» و «از چه موادی ساخته شده؟» فرق بگذاریم.

ردپا و قالب‌های بدن

آیا برای تشکیل فسیل، حتماً باید بخشی از بدن جاندار باقی بماند؟ نه! گاهی اثر فعالیت جاندار، مثل راه رفتن، خزیدن یا استراحت کردن، در رسوبات ثبت و حفظ می‌شود. ردپای فسیل‌شده نشانهٔ حضور و حرکت جانور است، نه بخشی از بدن او.

گاهی هم رسوبات، نقش سطحی از بدن جاندار را نگه می‌دارند و قالب تشکیل می‌شود:

• قالب خارجی: نقش برجستگی‌ها و جزئیات سطح بیرونی صدف یا اسکلت در رسوبات باقی می‌ماند. مثل وقتی بیرون یک صدف را روی خمیر بازی فشار می‌دهی و سپس آن را برمی‌داری.
• قالب داخلی: رسوبات نرم به داخل صدف یا استخوان‌بندی نفوذ می‌کنند، نقش سطح داخلی را می‌گیرند و سپس سخت می‌شوند. برای تصورش، به خمیری فکر کن که فضای داخل یک صدف را پر کرده و شکل سطح داخلی آن را گرفته است.

پس برای تشخیص قالب، بپرس: «نقشِ کدام سطح ثبت شده؛ بیرونی یا درونی؟»

سرنخ‌هایی از گذشتهٔ زمین

اگر روی زمین ردپایی ببینی، از روی آن دربارهٔ اتفاقی که قبلاً افتاده حدس می‌زنی. فسیل‌ها هم سرنخ‌هایی از گذشتهٔ زمین‌اند؛ اما همهٔ آن‌ها برای بررسی رویدادهای گذشته به یک اندازه مناسب نیستند.

زمین‌شناسان به بعضی از آن‌ها فسیل راهنما می‌گویند. این فسیل‌ها در جاهای گوناگون پیدا می‌شوند، نمونه‌های فراوانی دارند و تشخیصشان آسان است؛ پس برای بررسی گذشتهٔ زمین ارزش زیادی دارند.

فسیل‌ها در جست‌وجوی ذخایر زغال‌سنگ، نفت و گاز هم کمک می‌کنند؛ البته پیدا شدن یک فسیل به‌تنهایی وجود ذخیره را ثابت نمی‌کند. زمین‌شناسان ابتدا با تصاویر ماهواره‌ای، عکس‌های هوایی و شواهد سطح زمین، محل‌های مناسب را مشخص می‌کنند. سپس با امواج لرزه‌ای و روش‌های دیگر بررسی را ادامه می‌دهند. اگر نتیجهٔ اولیه امیدوارکننده باشد، چاه اکتشافی حفر می‌کنند و فسیل‌های ذره‌بینیِ نمونه‌های سنگیِ اعماق زمین را مطالعه می‌کنند؛ درست مثل کارآگاهی که چند سرنخ را کنار هم می‌گذارد.

سرنخ‌های پنهان در سنگ‌ها

یک کارآگاه از روی ردپاها ماجرایی را که ندیده بازسازی می‌کند. زمین‌شناسان هم با بررسی فسیل‌ها دربارهٔ گذشتهٔ زمین اطلاعات به دست می‌آورند؛ انگار سنگ‌ها سرنخ‌هایی از اتفاق‌های گذشته را نگه داشته‌اند.

البته همهٔ فسیل‌ها برای بررسی رویدادهای گذشته به یک اندازه مناسب نیستند. فسیل‌های راهنما ارزش ویژه‌ای دارند: پراکندگی زیادی دارند، نمونه‌هایشان فراوان است و به‌آسانی تشخیص داده می‌شوند.

یکی از کاربردهای فسیل‌ها، کمک به جست‌وجوی ذخایر زغال‌سنگ، نفت و گاز است. این سوخت‌ها طی زمانی طولانی از بقایای جانداران تشکیل شده‌اند. اما زمین‌شناسان با دیدن یک فسیل، فوراً وجود نفت را قطعی نمی‌دانند!

آن‌ها ابتدا با تصاویر ماهواره‌ای، عکس‌های هوایی و شواهد سطح زمین، مناطق مناسب را پیدا می‌کنند. سپس با امواج لرزه‌ای و روش‌های دیگر، احتمال وجود ذخایر را بررسی می‌کنند. اگر شواهد اولیه مناسب باشد، چاه اکتشافی حفر می‌کنند و از لایه‌های عمقی نمونه برمی‌دارند. مطالعهٔ فسیل‌های ذره‌بینی این نمونه‌ها به بررسی احتمال وجود نفت و گاز کمک می‌کند.

ردّ اتصال قاره‌ها

آفریقا و آمریکای جنوبی امروز با یک اقیانوس از هم جدا شده‌اند؛ اما آیا همیشه همین‌طور بوده است؟ زمین‌شناسان در سنگ‌های حاشیهٔ غربی آفریقا و حاشیهٔ شرقی آمریکای جنوبی فسیل‌های مشابهی یافته‌اند. این شباهت، سرنخی از گذشتهٔ مشترک این دو قاره است.

مثل دو تکهٔ جداشده از یک نقاشی که نقش‌های هماهنگشان به ما کمک می‌کند بفهمیم زمانی کنار هم بوده‌اند، این فسیل‌ها هم به شناسایی اتصال قدیمی قاره‌ها کمک می‌کنند. بررسی آن‌ها نشان داده است که آفریقا و آمریکای جنوبی در گذشته به هم چسبیده بودند و سپس، بر اثر حرکت ورقه‌های سنگ‌کره، از یکدیگر دور شدند.

پس فسیل‌ها فقط دربارهٔ خود جانداران اطلاعات نمی‌دهند؛ جای پیدا شدن آن‌ها نیز می‌تواند سرنخی برای شناخت جابه‌جایی قاره‌ها باشد.

سن و ترتیب لایه‌ها

فرض کن چند برگ کاغذ را یکی‌یکی روی هم می‌گذاری؛ برگ پایین زودتر گذاشته شده است. لایه‌های رسوبی هم ترتیب مشابهی دارند: اگر وارونه نشده باشند، هر لایه از لایهٔ بالایی قدیمی‌تر و از لایهٔ پایینی جدیدتر است. این ترتیب به ما می‌گوید کدام لایه زودتر تشکیل شده، اما به‌تنهایی سن آن را مشخص نمی‌کند.

برای تخمین سن، فسیل‌های راهنما کمک می‌کنند؛ چون محدودهٔ سنی مشخصی دارند. مثلاً اگر در سنگی فسیل راهنمایی با سن حدود $120$ میلیون سال پیدا شود، سن سنگِ دربرگیرندهٔ آن را نیز در همین حدود تخمین می‌زنیم، نه دقیقاً برابر با آن.

شکل لایه‌ها هم سرنخ دارد. رسوبات هنگام تشکیل، تقریباً افقی ته‌نشین می‌شوند. پس اگر امروز لایه‌ها را کج یا چین‌خورده ببینیم، می‌فهمیم پس از رسوب‌گذاری تغییراتی رخ داده است. بنابراین، هم فسیل‌ها و هم وضعیت لایه‌ها به خواندن تاریخ زمین کمک می‌کنند.

گذشتهٔ جانداران

اگر آلبوم عکس‌های یک خانواده را از قدیمی‌ترین عکس ورق بزنی، می‌توانی تغییرات اعضای خانواده را در گذر زمان دنبال کنی. فسیل‌ها هم تا اندازه‌ای مانند عکس‌های آلبوم گذشتهٔ حیات‌اند؛ البته این آلبوم کامل نیست!

دانشمندان با بررسی فسیل‌های دوره‌های مختلف دریافته‌اند که جانداران با ساختمان بدنی ساده‌تر، پیش از جانداران با ساختمان بدنی پیچیده‌تر پدید آمده‌اند. منظور از سادگی و پیچیدگی، ساختمان بدن است، نه بزرگی یا کوچکی جاندار.

کتاب این ترتیب را نشانه‌ای از نظم در آفرینش می‌داند. دقت کن که این نتیجه به معنای ناپدید شدن همهٔ جانداران ساده نیست؛ امروز هم جانداران ساده و پیچیده در کنار یکدیگر زندگی می‌کنند. پس پیام اصلی، ترتیب پدیدار شدن آن‌ها در تاریخ حیات است.

بازسازی دنیای گذشته

اگر در دل یک کوه فسیل مرجان پیدا شود، آیا یعنی مرجان زمانی روی کوه زندگی می‌کرده است؟ برای حل این معما، باید محیط زندگی مرجان‌های امروزی را بشناسیم.

مرجان‌های سازندهٔ آب‌سنگ‌ها معمولاً در آب‌های گرم و کم‌عمق دریا زندگی می‌کنند. پس پیدا شدن فسیل آن‌ها در سنگ‌های یک کوهستان، نشانه‌ای است که آن منطقه هنگام تشکیل این سنگ‌ها، محیطی دریایی، گرم و کم‌عمق داشته است؛ نه اینکه از ابتدا کوهستان بوده باشد.

این روش بر یک فکر مهم تکیه دارد: فرایندهای طبیعیِ امروز، راهنمای شناخت گذشته‌اند؛ همان اندیشهٔ «حال کلیدی برای گذشته است». مثل وقتی از ردّ خیس کفش‌ها حدس می‌زنی کسی از حیاط بارانی وارد خانه شده است!

زغال‌سنگ هم سرنخ دیگری است. وجود ذخیرهٔ زغال‌سنگ نشان می‌دهد آن منطقه در گذشته جنگل و آب‌وهوای گرم و مرطوب داشته است. بنابراین، محیط امروزی یک منطقه لزوماً شبیه محیط گذشتهٔ آن نیست.