Satelliten haben das Potenzial, Fossilien im Petrified-Forest-Nationalpark zu finden

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Satellitenbilder haben das Potenzial, Paläontologen bei der Fokussierung ihrer Bemühungen auf die Suche nach neuen Fossilfunden zu unterstützen und Landverwaltern bei der Überwachung paläontologischer Ressourcen zu helfen. Das geht aus einer neuen Studie der University of Oregon im Petrified Forest National Park hervor, die im November in der Fachzeitschrift Geological Magazine veröffentlicht wurde.

„Die potenziellen Anwendungen der Suche nach fossilreichen Gebieten mithilfe chemischer Unterschiede, die vom Weltraum aus sichtbar sind, sind grenzenlos“, sagte der PEFO-Paläontologe Adam Marsh kürzlich in einer E-Mail. „Es könnte uns helfen, besonders sensible Gebiete im Park zu identifizieren, die es zu schützen gilt, und auch solche, die für unsere Forschung möglicherweise von größerer wissenschaftlicher Bedeutung sind.“

Dies ist das erste Mal, dass Forscher versucht haben, einzelne Fossilien in der Landschaft zu lokalisieren, während sich frühere Arbeiten auf die Suche nach Aufschlüssen für Fossilienausgrabungen konzentrierten. Ziel des Projekts ist es, große Gebiete mithilfe von Satelliten zu kartieren, sodass Menschen diese Gebiete nicht physisch betreten müssen, um die Arbeitsbelastung zu verringern und die Arbeitssicherheit zu erhöhen, so der UO-Paläontologe Edward Davis.

UO untersuchte Multispektrum-Satellitenbilder, die sichtbares Licht, ultraviolette und infrarote Strahlung umfassen. Anschließend konnten die Forscher einzelne Fossilienstämme auf dem Crystal Forest Trail vom Hintergrund unterscheiden, indem sie beobachteten, wie Licht in der Landschaft reflektiert oder absorbiert wird.

„Wir hatten nicht das Gefühl, dass dies eine Methode wäre, mit der man die Fossilien finden könnte“, sagte Davis, der anmerkte, dass die Arbeit noch einen langen Weg vor sich habe. „Es war besser, um dir zu sagen, wo du nicht suchen sollst. Wenn es Ihnen sagen würde, dass Sie an einem Ort nicht suchen sollen [basierend auf den Satellitenbildern], könnten Sie ziemlich sicher sein, dass Sie dort nichts übersehen haben.“

Landverwalter haben Interesse an der Nutzung von Satellitenbildern, aber Davis glaubt, dass diese aufgrund technischer und politischer Hürden noch nicht weit genug entwickelt sind, als dass Behörden sie als Option in Betracht ziehen könnten.

Um in den Satellitendaten hervorzustechen, muss ein Fossil größer als ein Pixel im Bild sein und seine Mineralzusammensetzung muss sich von der des Grundgesteins, in dem es sich befindet, unterscheiden. Die größte Einschränkung ist jedoch laut Davis die Bildauflösung, auf die akademische Forscher Zugriff haben.

„Das ist einer der Gründe, warum wir PEFO verwendet haben, weil die versteinerten Baumstämme groß genug sind, dass man sie vom Weltraum aus gut sehen kann“, sagte Davis. „Soweit ich weiß, verfügt die Regierung über Satelliten mit viel höherer Auflösung, mit denen sich kleinere Fossilien finden ließen, diese sind jedoch verdeckten Operationen vorbehalten.“

Davis geht davon aus, dass Forscher mit der Verbesserung der Technologie Zugang zu Bildern mit höherer Auflösung erhalten werden, insbesondere für Überwachungszwecke oder für die Entwicklung von Feldforschungsplänen für abgelegene Gebiete.

Bis dahin sind Drohnenaufnahmen eine praktikable Option, um nach chemischen Unterschieden zwischen Fossilien und Gesteinen zu suchen. Sie erfordern jedoch immer noch, dass Menschen vor Ort die Geräte bedienen, und es gibt Vorschriften, die den Einsatz von Drohnen in Einheiten des National Park Service einschränken.

„Elena Ghezzo, die diese Arbeit geleitet hat, hat ein Projekt zur Suche nach Fossilien im John Day Fossil Beds National Monument hier in Oregon und auf dem Gelände des Bureau of Land Management in der Nähe“, sagte Davis. „Diese Daten werden noch analysiert, sehen aber vielversprechend aus. Sie hat auch ein weiteres Projekt mit Walfossilien in Südamerika, wo die Walfossilien an der Oberfläche so groß sind wie die versteinerten Bäume, dass man sie auf Satellitenbildern sehen kann.“

Drohnenaufnahmen bringen für Forscher ihre eigenen Herausforderungen mit sich, da sie die Richtung der Felswände berücksichtigen müssen. Planen Sie die Aufnahmezeiten auf maximale Sonneneinstrahlung, damit sie scharfe, helle Echos vom Felsen erhalten.

„Eine weitere Einschränkung besteht darin, dass der Einsatz von Drohnen innerhalb des Nationaldenkmals begrenzt ist“, sagte Davis. „Wir haben gute Drohnenbilder von den BLM-Gebieten in der Nähe erhalten, aber als Ghezzo im Denkmal war, musste sie meiner Meinung nach eine hohe Stange mit der Kamera darauf verwenden, weil Bedenken bestanden, dass die Drohnen die Umwelt und die menschlichen Besucher stören könnten. Der NPS hat sehr strenge Regeln für den Einsatz von Drohnen und ich denke, das ist angemessen, aber es schränkt einen Teil der Arbeit ein.“

Die Verwendung von Bildern zum Aufspüren von Fossilien ist viel „einfacher, wenn die Landschaft flach und offen ist und relativ wenige Hindernisse aufweist“, wie etwa bei PEFO, heißt es in der UO-Pressemitteilung. „Aber auch andere Daten über die Geologie und Topographie der Region können berücksichtigt werden, um Forschern dabei zu helfen, ein Fossil von einem Baum oder einem großen Felsen zu unterscheiden.“

Diese Methode funktioniert auch am besten, wenn sich die Mineralzusammensetzung des Fossils von der seines Ausgangsgesteins unterscheidet, was von der Biologie und dem Grundwassergehalt während des Fossilisierungsprozesses abhängt.

„In den fossilen Knochen von Wirbeltieren sind oft einige oder alle der ursprünglichen Mineralien enthalten, die das Tier zu Lebzeiten produziert hat“, sagte Davis. „Wenn man sich ein Dinosaurierfossil ansieht, ist der Knochen selbst oft noch da. Wir können uns die tatsächlichen Mineralien ansehen, die das Tier vor Millionen von Jahren produziert hat, als es noch lebte.“

Knochen bestehen aus Hydroxylapatit, einem Mineral, und vielen Kollagenfasern, dem gleichen Material, das die Haut flexibel macht, betonte Davis. Wenn ein Tier stirbt, zersetzt sich Kollagen und hinterlässt Hohlräume an der Stelle, an der sich früher Kollagen befand.

Im Laufe der geologischen Zeit wird das Grundwasser, wenn es hindurchfließt, auf die Fossilien treffen und sich verlangsamen. Wenn es langsamer wird, werden die Mineralien freigesetzt, die im Grundwasser gelöst sind. Es ist ein Prozess, der der Art und Weise, wie Wasser in einer Höhle tropft und Stalaktiten erzeugt, sehr ähnlich ist.

Dieser Hohlraumfüllungsprozess wird als „Permineralisierung“ bezeichnet, und ein etwas anderer Prozess, die „Versteinerung“, fand bei den Baumstämmen bei PEFO statt, um sie zu einem idealen Untersuchungsgebiet zu machen. Wo ohne diese Kollagenhohlräume, in denen sich die vom Grundwasser transportierten Mineralien ansammeln, das Material des Planeten über Millionen von Jahren „fast Atom für Atom“ ersetzt wurde, sagte Davis.

„Man kann viele versteinerte Baumstämme in dünne Abschnitte schneiden und unter ein Mikroskop legen und trotzdem die Formen der ursprünglichen Zellen sehen“, sagte er. „Aber von diesem Material gibt es nichts mehr. Es wurde alles durch neue Mineralien ersetzt, sodass am Ende PEFO entsteht, bei dem die Baumstämme eine ganz andere Mineralzusammensetzung und eine ganz andere charakteristische Farbe haben als das umgebende Gestein.“

Die Methode von UO gilt für beide Prozesse und ist auf die Überreste freigelegter Fossilien vom Baum bis zum Dinosaurier anwendbar.

„Am Ende“, sagte Davis. „Man könnte sich mit Satellitenbildern hinsetzen und sagen: ‚Das sieht so aus, als gäbe es dort möglicherweise Fossilien.‘ Aber es würde viele Stunden kosten. Wir versuchen, den Prozess durch maschinelles Lernen zu automatisieren, damit ein Computer dies viel schneller und mit geringeren Kosten erledigen kann. Das PEFO-Beispiel ist nur eine Fallstudie, weil die Leute wissen, wo sich die Protokolle befinden. Aber die Idee ist, dass Sie den Computer mit einem bekannten Gebiet trainieren und ihm dann Tausende von Bildern einer nahegelegenen Landschaft geben, um schnell Orte mit hoher Wahrscheinlichkeit zu finden, die Sie erkunden sollten.“