Waterloo Farm Lagerstätte - Waterloo Farm lagerstätte

Waterloo-Farm im Jahr 2016.

Die Waterloo Farm Lagerstätte ist eine Famennian Lagerstätte in Südafrika, die den einzigen bekannten Nachweis eines nahpolaren devonischen Küstenökosystems darstellt.

Geschichte und Entdeckung

Die Waterloo Farm Lagerstätte ist eine etwa 360 Millionen Jahre alte Famennian (spätestes Devon) fossilreiche Fundstelle der Witpoort Formation (Witteberg Group, Cape Supergroup) in Makhanda (ehemals Grahamstown) in der Eastern Cape Province , Südafrika. Vor seiner Entdeckung war nur sehr wenig über das Leben während des Famenniums (siehe Aussterben des späten Devon ) im heutigen südlichen Afrika bekannt. Dies ist hauptsächlich auf die Tatsache zurückzuführen, dass Fossilien in der Witpoort-Formation im Allgemeinen in schwarzem anaerob abgelagertem Metaschiefer vorkommen, der nahe der Oberfläche schnell abgebaut wird und daher selten in natürlichen Aufschlüssen zu sehen ist. Wie bei vielen anderen wissenschaftlichen Entdeckungen war die Entdeckung der Waterloo Farm ein Zufall.

Aufstände gegen das Apartheidsystem in Südafrika hatten sich bis Mitte der 1980er Jahre vor allem in den „ Townships “ (ausgewiesenen schwarzen Wohngebieten) zu gewaltsamen Protesten ausgeweitet. Davor verlief die N2, die Hauptstraße, die die Industriehäfen von Port Elizabeth (heute Gqeberha) und East London verband , durch Grahamstown, einschließlich dessen Township. Bis 1985 machten Proteste und Steinigungen von Autos den Verkehr durch die Townships unsicher. Als Ergebnis schlug die lokale Regierung den Bau einer neuen Straße vor, die als Umgehungsstraße um die Townships dienen sollte. Aufgrund der begrenzten Möglichkeiten wurde entschieden, dass die Umgehungsstraße durch die Tallandschaft südlich von Grahamstown gebaut werden sollte. Dabei wurden ausgedehnte Straßeneinschnitte durch Hügel und Ausläufer des Rietbergs ausgehoben und der anfallende Schutt zum Bau von Viadukten über die dazwischen liegenden Täler genutzt. Unter den kleinen Farmen, von denen Land für die Straße angeeignet wurde, war die Waterloo Farm, die dem Botanikprofessor der Rhodes University , Roy Lubke, gehörte - mit einem Steckling, der praktisch durch den Hof ging. Bei einem Braai (Barbeque), das Roy Lubke eines Nachmittags veranstaltete, wanderte ein Kollege Dr. Mark Aken zur Spitze des Einschnitts und spähte den Hang hinunter. Er kehrte zu seinen Kollegen zurück, um ihnen mitzuteilen, dass sich in dem gestörten schwarzen Schiefer Pflanzenfossilien befinden. Roy Lubke erwähnte dies gegenüber Dr. Fred Gess, einem Entomologen , der die Informationen an seinen Sohn Robert Gess weitergab. Da Robert Gess ein großes Interesse an den Fossilien des Ostkaps hatte, machte er sich sofort auf den Weg zu den Straßenarbeiten, wo er von der einzigartig gut erhaltenen Natur der Fossilien beeindruckt war. Mit der Ermutigung seines Vorgesetzten und Mentors Dr. Norton Hiller von der Geologie-Abteilung von Rhodos begann er, eine Sammlung der Fossilien zusammenzustellen. 1991 führte Fiona Taylor, eine Ehrenstudentin von Dr. Hiller, eine kurze Studie zum geologischen Kontext der Lagerstätte durch und veröffentlichte auch eine vorläufige Anmerkung zu den Fossilien, darunter einige aus der Sammlung von Gess. Während einer kurzen gemeinsamen Ausgrabung von Gess und Taylor wurde mehr Material gefunden, darunter Überreste von großen Panzerfischen ( Placoderm ), die später als Afrikas einzige bekannte Art von Bothriolepis identifiziert wurden . Taylors sedimentologische Arbeit wurde in einem 1992 veröffentlichten Artikel mit dem Titel „ Late Devonian shoreline changes: an analysis of Witteberg Group stratigraphy in the Grahamstown area“ vorgestellt (Hiller und Taylor). 1993 beauftragte Hiller Robert Gess mit einer gründlichen paläontologischen Untersuchung und seine Ausgrabungen dauerten bis 1995, nach der Emigration von Dr. Hiller. Diese Forschungsphase führte zu einer Reihe von Arbeiten, die Gegenstand seines Masterstudiums waren.

Mitte der 90er Jahre brach der Straßeneinschnitt häufig ein, da die Neigung der Schichten zur Straße hin gerichtet war. Dies führte zu einer nahezu dauerhaften Sperrung einer Fahrspur aus Sicherheitsgründen. Nachdem Mitte der 90er Jahre der Versuch gescheitert war, die Situation mit Stahlbarrieren zu entschärfen, veröffentlichte die neu gegründete South African National Road Agency Limited (SANRAL) eine Ausschreibung zum Ausbau der Straße. Dies sollte sich für Robert Gess als günstige Gelegenheit erweisen, da er zu diesem Zeitpunkt Schwierigkeiten hatte, weitere Mittel für Ausgrabungen und Forschungen zu erhalten. Im September 1999 erfuhr Gess, die sich in Bathurst (45 km von Makhanda entfernt) niedergelassen hatte, dass eine Gruppe von beratenden Ingenieuren von Jeffares und Green (heute bekannt als JG Africa) den Zuschlag erhalten hatte, den Bau zu reduzieren und zu stabilisieren Stecklinge. Er kontaktierte sofort das Unternehmen und SANRAL, um sie über die Sensibilität der Website zu informieren. SANRAL stellte Gess Gelder zur Verfügung, um einen Teil des Schiefers für die wissenschaftliche Forschung zu retten. Dieses wurde von Gess und einem Team unter seiner Leitung in Blöcken von Hand abgebaut, bevor es auf einem Tieflader zu seinem Grundstück in Bathurst transportiert wurde . Gess baute ein Sheddach über der Probe, um sie vor dem schnellen Verfall zu schützen, der den Schiefer bei Witterungseinflüssen kennzeichnet. Durch die sorgfältige Ausgrabung dieser wiedergewonnenen Blöcke wurden und werden die meisten späteren Entdeckungen gemacht. Ein ähnlicher Prozess bei weiteren Straßenbauarbeiten in den Jahren 2007 und 2008 ergab einen noch größeren Transport fossiler Blöcke, die in von SANRAL gebauten Schuppen gelagert werden.

Die Fossilien werden vom Devonian Ecosystems Project (gefördert vom Millennium Trust und dem South African Center of Excellence in Palaeosciences) im Devonian Lab des Albany Museums in der 87 Beaufort Street, Makhanda (ehemals eRhini oder Grahamstown) untergebracht und erforscht . Sie lieferten das Material für umfangreiche Forschungen von Dr. Rob Gess und seinen Mitarbeitern sowie für einen fortlaufenden Strom bedeutender Veröffentlichungen.

Beiträge zu paläontologischem Material

Die Waterloo Farm ist ein weltweit bedeutender Standort, der die einzige Aufzeichnung eines Küstenökosystems in hohen Breiten (nahe dem Polar) liefert und zahlreiche Annahmen über die Bedingungen in hohen Breiten während des letzten Devons widerlegt. Frühere spärliche Beweise aus Afrika südlich der Sahara , Südamerika und der Antarktis hatten Forscher zu der Annahme veranlasst, dass die Bedingungen in hohen Breiten eine extensive Landvegetation und eine große Wirbeltiervielfalt ausschließen und dass beispielsweise devonische Tetrapoden nur in tropischen Umgebungen vorkommen. Die Farm Waterloo hat diese Überzeugungen völlig durchbrochen und liefert Beweise für einen vielfältig bewachsenen angrenzenden terrestrischen Lebensraum mit Pflanzen wie Archaeopteris- Bäumen, einer vielfältigen Wirbeltierfauna und den einzigen bekannten nicht-tropischen devonischen Tetrapoden. Die außergewöhnliche Weichgewebeerhaltung auf der Waterloo Farm ist einzigartig für ein Famennian-Mündungsgebiet und ermöglicht die Rekonstruktion eines gesamten Mündungsökosystems, das von brackigen bis hin zu mehr marinen Bedingungen reicht und empfindliche Wasserunkräuter, Wirbellose und verschiedene Wirbeltiere umfasst. Bisher wurden 25 Arten von der Waterloo Farm diagnostiziert und viele andere vorläufig identifiziert. Es wird jedoch angenommen, dass mehr als 50 Organismen in den umfangreichen Sammlungen des Devonian Ecosystems Project vertreten sind. Zusammen stellt dies die am holistischsten untersuchte devonische Tetrapoden-tragende Lokalität dar. Erkenntnisse aus der einzigartigen Weichteilerhaltung an diesem Standort leisten auch wichtige Beiträge zur Evolutionsbiologie, wie etwa eine Wachstumsserie alter Neunaugen ( Priscomyzon riniensis ), die wichtige, lang gehegte Perspektiven auf die Ursprünge von Wirbeltieren auf den Kopf gestellt haben.

Standortmerkmale

Schwarzschiefer der Witpoort- Formation innerhalb des Eastern Cape weisen oft zyklische Veränderungen in der Zusammensetzung auf, die wahrscheinlich (potenziell saisonale) Schwankungen des Wassersalzgehalts widerspiegeln. Die Wasserschichtung innerhalb des Mündungssees führte häufig zu anoxischem Bodenwasser, was zu Episoden außergewöhnlicher Erhaltung führte.

Die Sedimente der Witpoort - Formation wurden aufgrund der anhaltenden Absenkung des Beckens durch das Karbon tief vergraben und wurden anschließend während der massiven Perm - Alterung des Cape Fold Belt - Orogenese metamorphisiert . Hunderte Millionen Jahre von Erosion und Hebung brachten die Schiefer der Waterloo Farm wieder an die Oberfläche, sie wurden 1985 in neuen Straßeneinschnitten südlich von Makhanda/ Grahamstown beim Bau einer Umgehungsstraße freigelegt .

Waterloo Farm während der Ausgrabungen 1985.

In den 1990er Jahren wurden Vor-Ort-Ausgrabungen durchgeführt, die jedoch aufgrund der Instabilität des Straßeneinschnitts 1999 und 2008 zurückgeschnitten wurden. Beide Male wurden große Mengen Schiefer geborgen, die einen weiteren Abbau ermöglichten. Jahrzehntelange Forschung hat die wichtigste Fossilfundstelle des späten Devon aus dem südlichen Teil der Gondwanan- Region enthüllt, die das heutige Afrika südlich der Sahara, Südamerika und die Westantarktis umfasst.

Waterloo-Farm im Jahr 1988.

Die wichtigste fossile Fundstelle der Waterloo Farm im Jahr 1999 vor den Straßenarbeiten.

Einer der Schuppen mit Schieferblöcken, die 2008 (mit Hilfe von SANRAL) aus den Straßenarbeiten der Waterloo Farm für laufende wissenschaftliche Ausgrabungen gerettet wurden.

Da der ursprüngliche feine Schwarzschlamm oft sehr sauerstoffarm war, hinterließen darin schnell vergrabene Pflanzen und Tiere manchmal Abdrücke ihrer Weichteile. Dies ist im Fossilienbestand äußerst selten, da normalerweise nur Knochen, Zähne und andere harte Teile erhalten bleiben. Ausnahmsweise werden die Überreste eines gesamten Mündungsökosystems aufgezeichnet, von empfindlichen Wasserpflanzen und Algen bis hin zu kleinen Muscheln, Jungfischen und den Gräten größerer Fische. Auch Landpflanzen, die in der Nähe wuchsen, sind erhalten, von den Überresten kleiner Unterholzarten bis hin zu Wedeln der frühesten Baumarten.

Fossilien

Mehr als 20 für die Wissenschaft neue Arten wurden von der Waterloo Farm benannt, die wahrscheinlich etwa ein Drittel der Gesamtzahl der Taxa ausmachen, die durch im Schiefer erhaltene Überreste angezeigt werden. Zu den Taxa gehören die Tetrapoden Tutusius umlambo und Umzantsia amazana , die Afrikas früheste bekannte Tetrapoden und die einzigen bekannten nicht-tropischen devonischen Tetrapoden sind. Die ersten beschriebenen Fossilien der Waterloo Farm umfassen Überreste der frühesten verholzenden Bäume Afrikas südlich der Sahara ( Archaeopteris notosaria ).

Archaeopteris notosaria Wedel von der Waterloo Farm Lagerstätte im Eastern Cape, Südafrika. Diese stellen die einzigebisher beschriebeneArt von Archaeopteris in hohen Breiten dar.

. Andere Fossilien aus Waterloo Farm gehören das älteste bekannte Land lebendes Tier von Gondwana (der Skorpion Gondwanascorpio ), das älteste fossile Neunauge der Welt ( Priscomyzon riniensis ) und Afrikas ältesten coelacanth aus der frühesten bekannten welt coelacanth Kindergarten ( Serenichthys kowiensis ).

Andere vertretene Arten umfassen mehrere Arten von gepanzerten ( Placoderm ) Fischen, stacheligen Flossen ( Akanthodian ) Fischen, Haien , Strahlenflossern ( Aktinopterygischen ) Fischen, einer Reihe von Lappenflossenfischen , Muscheln ; Algen ; Charophyte- Wasserkraut und eine Vielzahl von Pflanzen.