Tafonomie

Tafonomie je odvětvím paleontologie, které se zaměřuje na procesy spojené se vznikem a se zachováním fosilního záznamu. Fosilním záznamem obecně myslíme soubor zbytků života, které prošly fosilizací. Fosilizace však nezachovává zdaleka všechny organismy na Zemi. Aby se nějaký organismus nebo alespoň jeho část zachovala ve fosilním záznamu, je většinou nezbytné, aby byl uchráněn před mrchožrouty, před bakteriemi, před oxidací a před následným rozkladem. Fosilizace se týká především organismů, které jsou těmto vlivům uchráněny rychlým překrytím sedimentem, a které jsou co nejrychleji a nejsnáze mineralizovány. Čím dříve k mineralizaci organismu dojde, tím kvalitněji bude zachován. Ze souboru všech živých organismů (biocenóza) se zachovají jen ty, které jsou uvnitř sedimentu (tafocenóza), a které jsou následně fosilizovány (oryktocenóza). 

Pod pojmem zkamenělina si většinou představujeme kámen, který zachovává určitou část některého z dávných organismů. Může jím být například trilobit, který nacházíme jako otisk (negativ) a jádro (pozitiv, výlitek). To jsou nepravé fosilie, které zahrnují většinu všech nalezených fosilií na Zemi. Pravé fosilie jsou takové, které jsou dosud tvořeny téměř původním, téměř nenahrazeným materiálem. Mohou to být zuby a kosti, někdy i měkké tkáně a nebo některé výjimečně zachované schránky, které mohou nést i původní barevnou ornamentaci. 

K nahrazení pravých fosilií nepravými dochází během diageneze hornin. Diagenetické procesy a přeměny, ke kterým dochází po sedimentaci, lze považovat za vůbec nejslabší projevy metamorfózy, ikdyž o pravou metamorfózu se nejedná. Probíhají fyzikální, chemické i biologické procesy, které vedou ke zhutnění (kompakci) sedimentu, k jeho rozpouštění a rekrystalizaci nebo k cementaci, kdy ve volných prostorech vznikají nové minerály. Právě během diageneze dochází k mineralizaci fosilií, jenž je nejdůležitějším procesem vedoucím k jejich zachování. Vnitřní prostory schránek bývají vyplněny pevnou kompaktní horninou, do které se otisknou všechny vnější detaily. Samotné schránky bývají často zcela rozpuštěny a případně nahrazeny novým materiálem. Běžně se setkáme s kalcifikovanými ostny ježovek, které (pokud nejsou kompletní) mohou být zakončeny plochou, která je charakteristicky ukloněna - ostny ježovek se nelámou na příčné válce jako to dělají například rostra belemnitů, ale spíše na válce s ukloněnými podstavami nebo přímo na kalcitové klence. Jednotlivé elementy koster ostnokožců jsou ještě za života jedince tvořeny monokrystaly kalcitu. Kalcit využívaly mnohé další organismy, především ty žijící v prvohorách. Od druhohor narůstal význam aragonitu. 

Původně aragonitová schránka jurského amonita Harpoceras falcifier byla nahrazena pyritem (pyritizována). Posidiniové břidlice (spodní jura, toark). Ohmden, Německo.

Schránky měkkýšů bývají obvykle tvořeny drobnými, méně než 20 mikrometrů velkými krystaly aragonitu nebo kalcitu. Kalcit i aragonit mají stejný chemický vzorec CaCO3, ale liší se vnitřním uspořádáním. Platí, že aragonit je méně stabilní než kalcit, a proto se během diageneze aragonitové schránky obvykle přemění na kalcitové. Za přítomnosti hořčíku rozpuštěného ve vodě mohou být schránky dolomitizovány, kdy se mění na dolomit CaMg(CO3)2. Karbonáty obvykle pouhým okem nerozlišíme. Ne vždy jsou však fosilie mineralizovány materiálem podobného složení - někdy jsou nahrazovány zcela jiným materiálem a tehdy hovoříme o tzv. pseudomorfóze, kterou lze i pouhým okem lépe rozeznat. Schránky mohou být prokřemeněny (silicifikovány), což někdy poznáme podle charakteristicky ukončených šestibokých krystalů křemene SiO2, které se často utvářejí ve volných dutinách, případně podle achátové kresby, charakteristického matného lesku, tvrdosti či hmotnosti (hustoty). Fosilie, které byly vystaveny redukčním podmínkám, často v hlubokomořském anoxickém prostředí, mohou být pyritizovány. Pyrit FeS2 má zlatavou barvu a v kyslíkatém prostředí se velmi rychle rozpadá, proto je třeba takové fosilie zakonzervovat a chránit před kyslíkatým prostředím. Některé fosilie mohou být fosfatizovány. Setkal jsem se hlavně s fosfatizací vnitřních výlitků (jader) schránek amonitů. Platí, že fosfatický materiál je obvykle tmavý, hladký a lesklý, podobně jako fosilizované zuby. K fosfatizaci dochází v sedimentech, ve kterých je dostatek fosfátů. Zdrojem fosfátů může být organická hmota. Fosilní kosti a zuby jsou obvykle tvořeny hlavně hydroxyapatitem Ca5(PO4)3(OH) nebo fluorapatitem Ca5F(PO4)3. Díky fosfatizaci se zachovávají i primárně nemineralizované měkké tkáně - například těla řas, hub a bakterií. Fosilie rostlin jako jsou kořeny, stonky, listy případně plody a květy jsou obvykle zuhelnatělé.

Zuby obratlovců jsou tvořeny především hydroxyapatitem a mají zhruba vzorec Ca3(PO4)2. Tyto minerály jsou ve fosilním záznamu poměrně stabilní a odolné vůči přeměnám.

Na snímku je zub jurského mořského plaza nalezeného na Hádech u Brna.

Složení zubu bylo zjištěno metodou SEM/EDS, jedná se o pravou fosilii.

Při tafonomických studiích zohledňujeme geologické procesy, které ovlivnily fosilní záznam ještě před započetím našeho výzkumu. Často se jedná o procesy, které působily na organismus krátce po jeho usednutí na mořské dno. Jedná se především o procesy spojené s rozpadem těla (ať už disartikulace = rozpad na jednotlivé kosterní elementy nebo fragmentace = rozlámání), procesy spojené s abrazí (ohlazením), bioerozí (činnost organismů) nebo s mechanickým či chemickým opracováním až rozpouštěním. Je vhodné zaznamenat i nálezový stav fosilie a to nejen s pomocí fotoaparátu, ale i s pomocí biostratinomických metod. Kromě polohy fosilie v rámci sedimentárního profilu zaznamenáváme také orientaci fosilie ve vrstvě a její stav, tedy především co se kompletnosti, ohlazení a pevnosti týče. V případě nálezů misek měkkýšů je vhodné zaznamenat i orientaci konkávní strany vůči vrstvě. V dynamičtějších podmínkách se misky mlžů překlápí svou konkávní stranou směrem dolů. Pokud takto zaznamenáme několik fosilií, lze zjistit hlavní směry proudění a jejich sílu i další sedimentační podmínky na daném místě a v daném čase.

Kosti mohou být v některých případech zachovány tak špatně, že jsou měkké, "zmýdlovatělé", rozpadají se na třísky a je velmi obtížné je ze sedimentu odebrat.
Štěrkovito-písčité sedimenty anastomózní řeky. Nová Vieska, Slovensko.

Významné procesy se odehrávají také dlouho po uložení sedimentu s fosiliemi. Významnou roli hraje kompakce, kdy na sedimenty a na fosilie působí tlak hornin v jejich nadloží. Především v případě prvohorních nebo i druhohorních fosilií se jen málokdy setkáme s fosilií, která by měla původní, nedeformovaný tvar. Významnou roli v kvalitě zachování fosilií hraje především čas a sedimentační prostředí. Čím dříve dojde k pohřbení a k mineralizaci, tím je fosilie kvalitnější. Čím méně kyslíku (a tím i méně mrchožroutů a bakterií) v daném prostředí je, tím větší je šance, že bude organismus zachován. Z těch nejvhodnějších prostředích byly byly ukládány ty na fosilizaci nejpřívětivější horniny a právě v nich byly nalezeny ty nejvýznamnější fosilní nálezy. Jsou to například jurské posidiniové břidlice z Holzmadenu, jílovce a slínovce z francouzského regionu Auvergne-Rhône-Alpes, litografické vápence ze Solnhofenu a Nusplingenu a křídové bone-beds z Libanonu. Platí tedy, že čím jemnozrnnější sediment tím lepší zachování.