Vi kaller alle rester av dyr og planter som er blitt naturlig dekket til eller begravet av sedimenter for fossiler, også for eksempel et skjell som ligger inne i leire. Med tiden kan fossilene bli til forsteininger. Hvordan kan rester av dyr og planter bli til fossiler; bli oppbevart i tusener, ja millioner av år. Vi vet jo alle at døde dyr og planter fort blir spist og/eller råtner ute i naturen?
Svaret på dette er at restene etter en død organisme må bli dekket til for at de ikke skal bli ødelagt. Enhver dyre- og planterest som ligger åpent på overflaten vil bli borte etter svært kort tid. Dette skyldes del åtseleterne på overflaten og dels utallige mikroorganismer. Mange åtseletere i havet graver også i bunnslammet for å finne mat. Felles for alle nedbrytende organismer er at de stort sett trenger oksygen for å leve. Derfor er det viktig at de døde organismene ikke bare blir dekket til, men at de blir liggende så dypt at det ikke er oksygen til stede i sedimentene.
Hvor er så forholdene best for å bli dekket til raskt og dypt nok ned i et oksygenfritt miljø? Jo, det er i vann; det er mindre fritt oksygen i vann enn i luft, og det som er tilstede blir ofte brukt opp i forråtnelsen som skjer på bunnen.
Figur 1. Øverst ser vi hvordan en død trilobitt er blitt begravet før overflatedyr har kunnet spise den opp. Fossiliseringsprosessene er i gang. Under har fossilet ligget i jorden i millioner av år, de overliggende steinlagene har blitt erodert vekk og fossilet kommer fram i dagen. Hvis det ikke blir funnet av samlere vil det forvitre og bli ødelagt. Dette skjer med de fleste fossiler. Illustrasjon: Bogdan Bocianowski
Allerede få centimeter nede i bunnen kan det være helt oksygenfritt. Der hvor det ikke er oksygen vil forråtnelsen skje mye langsommere, og de kjemiske forholdene er tilstede for at vi får utfelling av forskjellige mineraler. Dessuten er det under vann at avsetning av materiale skjer, på land foregår det stort sett erosjon.
Et dyr som dør på land vil derfor, selv om det skulle bli tildekket like etter døden, neppe bli oppbevart særlig lenge; avsetningene som dyret blir begravet i vil bli slitt vekk ganske fort, i hvert fall i geologisk tidssammenheng. Rester etter landdyr vil altså stort sett bare kunne bli et fossil hvis det etter døden havner i vann, i elver, myrer, innsjøer eller i havet.
Også i vann er det både større dyr og mikroorganismer som kan ødelegge dyre- og planterestene. Et dødt dyr blir under normale avsetningsforhold sjelden begravet fort nok til å hindre at andre dyr spiser opp restene. Derfor vil det som normalt blir oppbevart bare omfatte de vanskeligst nedbrytbare delene; skall og bein av dyr, ved, fruktsteiner, bladnerver osv. av planter.
Men iblant vil dyr og planter kunne begraves fortere enn vanlig, f. eks. ved ras og utglidninger. I slike tilfeller kan det bli avsatt så mye sedimenter at alt som lever der blir begravet og vi kan få oppbevart en hel fauna. Et annet tilfelle er at stormer eller store bølger roter opp havbunnen til en sky av sediment, som så faller ned igjen og begraver de organismene som finnes på bunnen.
I dette tilfellet vil som regel organismer som er sterke svømmere eller gravere komme seg ut uten å bli begravet, mens svake smådyr, fastsittende organismer og bevegelige dyr som ikke tåler mye sediment i vannet (spesielt pigghuder) blir begravet, ofte i store mengder. Når vi finner et lag som inneholder bare slike dyr, må vi altså ikke tro at det var bare disse dyrene som levde der, men også ta i betraktning alle de som greide å komme seg unna.
Figur 2. Skjematisk presentasjon av hva som kan skje med et skall etter at det er dekket til av sedimenter.
Forsteining
Et skjell som vi finner i leire er et fossil, men ikke en forsteining. For å bli forsteinet må fossilet, sammen med det omkringliggende sedimentet bli sementert ved utfelling av mineraler. Sediment består av små partikler (leire) eller større korn (sand) med hulrom imellom. Fossilet har også hulrom hvor de organiske delene inni skallet eller beinet (levende celler, hull til blodårer osv.) fantes før de råtnet. I disse hulrommene vil det sirkulere vann som inneholder oppløste mineraler.
Fra vannet kan mineralene krystallisere ut i hulrommene og dermed impregnere både sedimentet og fossilet slik at de blir harde. Hvis sedimentet består av andre mineraler enn fossilet for eksempel et kalkskall som ligger i leire vil mineralene som impregnerer leiren kanskje være andre enn kalken som kan finnes i skallet. Dermed kan leiren bli herdet til stein mens skallet ikke blir impregnert.
Figur 3. Silikaimpregnert skall av en planktonisk trilobittlarve av Isotelus sp. fra ordovicium. Silika (SiO2) er ikke oppløselig i saltsyre, mens kalkbergarten omkring fossilet oppløses lett. Derfor er det forholdsvis enkelt å få ut slike små, skjøre fossiler. Fossilet er 0,75 mm lang.
Hvis vannet i grunnen er surt, vil kalken i skallet løses opp, og det blir igjen et hulrom etter skallet i steinen. Et slikt hulrom kalles et avtrykk. Når vi finner et slikt kan vi fylle det med en støpemasse (f. eks. gips) og se hvordan skallet så ut. En slik avstøpning kan også forekomme naturlig ved at hulrommet etter skallet blir fylt av andre mineraler. Både kunstige og naturlige avstøpninger vil vise den ytre formen på fossilet, men ikke noen av de indre strukturer.
De vanligste mineralene i forsteininger er kalkspat (kalsitt, CaCO3), aragonitt (CaCO3, finnes spesielt i perlemor hos bløtdyr) og kvarts (kiselsyre, SiO2). Iblant blir skallet eller andre deler av dyret erstattet av kvarts (forkisling) eller svovelkis (pyritt, FeS2, pyrittisering). Hvis kalkfossiler i kalkstein blir forkislet eller pyrittisert, kan vi løse opp kalksteinen rundt fossilet med svak saltsyre og få ut skall som ellers er vanskelig å studere. Spesielt har man fått frem mange trilobittlarver på denne måten som er for små til å sees på overflaten av ubehandlet kalkstein (figur 3). Når fossiler blir pyrittisert, kan de studeres ved hjelp av røntgenbilder som viser finere detaljer enn det som kommer fram ved mekanisk preparering (figur 4).
Figur 4. Røntgenbilde av leddyret Cheloniellon calmani fra den devonske Hunsrück-skiferen (Tyskland). Her ser vi alle de tynne bena som er oppbevart i svovelkis. Vanligvis er disse bena det første som brytes ned. Dyret er cirka 10 cm bredt.
En sjelden gang kan bløte deler av et dyr bevares, som regel som avtrykk med tynne kull-hinner. Det er funnet fiskeøgler med en slik hinne rundt fra juratiden i Tyskland (figur 5) og trilobitter med oppbevarte bein fra kambrium i Sverige (figur 6). For at en slik oppbevaring skal være mulig, må dyret dekkes til fort på en oksygenfri bunn så og si uten liv.
I likhet med avsetningsbergartene kan forsteiningene de inneholder bli omvandlet ved trykk og varme; mineralene i dem kan forandres, de kan bli presset skjeve og utydelige (figur 7). Hvis trykket blir for sterkt eller temperaturen høy nok, vil fossilene forsvinne helt.
Figur 5. Fiskeøglen Stenopterygius macrophasma fra juratiden i Tyskland. Rundt skjelettet ser vi en mørk flate som angir fasongen på kroppsomrisset av det engang levende dyret. Uten slike eksemplarer ville vi ikke visst at fiskeøglene hadde fiskelignende hale og ryggfinne. Dyret er omtrent 3,5 meter langt.
Figur 6. Sammenrullet eksemplar av trilobitten Agnostus pisiformis fra kambrium i Sverige med ben, antenner og andre hardere deler oppbevart i fosfat. Vi ser eksemplaret nedenfra; skallet av haleskjoldet er fjernet for å vise ben og antenner inne i det sammenrullede dyret. Eksemplaret er ca. 0,5 mm langt.
Figur 7. Et deformert eksemplar av trilobitten Chotecops sp. sett fra undersiden. Man ser hvordan den er dratt skjev av bevegelser i jordskorpa. Man ser også bevarte bein og gjelleblader.
Spesielle former for oppbevaring som ikke er forsteininger
1) Sporfossiler
Både gangspor, grave- og spisespor etter dyrs virksomhet kan bli oppbevart. Som oftest skjer det når avtrykket blir satt i leire eller slam og dette blir dekket med sand. Når disse to lagene blir til stein, vil sanden være mer motstandsdyktig mot erosjon enn leiren, slik at leiren blir slitt vekk og vi finner en positiv avstøpning av sporet i den overliggende sandsteinen. Slik er det vanlig å finne det der havet vasker ut leiren nedenfra eller der lagene er stilt på høykant. Et godt sted å se dette i Oslo-området er på Ringerike, langs veien ved vestsiden av Steinsfjorden. Her er en tykk lagpakke av skifre som viser overgangen fra å ha vært avsatt i havet (grønnaktige) til å ha vært avsatt i ferskvann (rød). I disse skifrene har det blitt funnet spor etter sjøskorpioner, men også bølgeslagsmerker, tørkesprekker og regndråpeavtrykk i de lagene som er avsatt akkurat i strandkanten.
Figur 8. Forskjellige sporfossiler etter dyr på næringssøk på og under sedimentoverflaten.
2) Forkullede fossiler
Kull er torv som er blitt presset sammen og omdannet i et oksygenfritt miljø. Graden av omdanning er avhengig av hvor dypt torven blir liggende; jo dypere, desto varmere blir det. Hvis torven har vært utsatt for lave temperaturer blir den til brunkull. Brunkull inneholder mye av de opprinnelige stoffene i plantene (f. eks. mye svovel), og det er ganske lett å kjenne igjen planterestene kullet består av. Ved høyere temperaturer forsvinner mange av disse stoffene og vi sitter igjen med nesten ren karbon. Da er kullet helt svart, og kalles steinkull.
3) Ravfossiler
Rav er naturlig herdet kvae fra nåletrær og er kjent helt tilbake til karbontiden (for ca.300 millioner år siden). I rav kan vi finne fossiler av planterester (blomster, frukter, blad) og smådyr (mest insekter og edderkopper) som ble sittende fast i kvaen mens den var seig. Insektene er stort sett oppbevart som hulrom med en tynn kullhinne, men selv de fineste hårene på beina deres kan sees. Siden det nesten ikke er noe igjen av selve dyret, vil det være svært vanskelig å trekke ut DNA-molekyler som tilhørte insektet selv. Å finne DNA i en mygg fra blod av andre dyr som insektet hadde fått i seg (som i filmen "Jurassic Park") er så og si umulig.
4) Frosne fossiler
Iblant har det blitt funnet mammuter og andre pattedyr frosset i permafrosten i Sibir og Alaska. Slike fossiler kan bli flere tusen år gamle, men ikke millioner av år, for klimaet på jorden forandrer seg stadig, og før eller siden vil telen tine.