I det geologiska kretsloppet ingår att berg nöts ner, vulkaner får utbrott och bildar sediment. Sediment kan vara oorganiska som bland annat lera, sand och vulkanaska, men också organiska som torv och kalkskal.
Avlagringar av sediment
Sedimenten transporteras oftast med vatten och avlagras (sedimenterar) på botten av vattendrag, på botten av sjöar, längs stränder, i deltan, på havsbotten eller i våtmarker. I dessa sediment hamnar ofta döda organismer, eller delar av döda organismer, som kan bli begravda av ytterligare sediment. Sedimenten kan bli väldigt tjocka, ibland flera kilometer.
De undre delarna utsätts för ett högre tryck och ibland högre temperatur som gör att sedimenten konsolideras (förstenas). Vid gynnsamma förhållanden kan då organismen omvandlas och bevaras som fossil. Sedimenten kan också förbli mer eller mindre lösa, men ofta förstenas de och omvandlas till bland annat lerstenar, lerskiffrar, sandstenar, kalkstenar, förstenad torv och tuffer. Det är i dessa lösa sediment eller bergarter som vi hittar fossil.
Inkolat blad av en mesozoisk fröormbunke.
Växter
Växter kan bevaras på en rad olika sätt beroende på omständigheterna. De kan bli inkolade, förkolnade, förstenade eller bevaras som ett avtryck.
Inkolning (eng. compression)
En växt kan bli inkolad (karboniserad) om den faller till botten av ett hav, sjö eller flod och överlagras av sediment. Vid gynnsamma förhållanden som syrebrist och högt tryck, kan växten bli inkolad. Växten blir starkt tillplattad och ofta förstörs de inre vävnaderna förutom några motståndskraftiga vedelement. Det som finns kvar är ett tunt lager av kol som utgör växtens ursprungliga organiska material.Pollenkorn och sporer som inbäddats i sediment är ofta bevarade i inkolat tillstånd. Deras väggar innehåller sporopollenin som är mycket resistent. För att kunna studera de fossila pollenkornen och sporerna prepareras bergarten bort på kemisk väg.
Avtryck
Fossil kan också vara en avgjutning eller ett avtryck av en växt som blivit inlagrad i sediment, ihoppressad och inkolad men sedan inte bevarad. Endast avtrycket består. När man undersöker ett material kan man ibland klyva en sten horisontellt så att skikten delar sig så att den ena delen innehåller den bevarade växten och den andra delen visar avtrycket av växten. Delarna kallas stycke och motstycke.En annan form av avgjutning är då det bildas en stenkärna. Det är en inre avgjutning av en växt. Stammar av Calamiter, en utdöd grupp trädliknande fräkenväxter, kan bl a återfinnas som stenkärnor. De har då fått sin inre hålighet fylld med sediment efter att innehållet i stammen förstörts. Därefter har även de yttre vävnaderna försvunnit.
Avtryck av ett blad från en hasselväxt.
Förkolning
Tredimensionellt bevarade fossila blommor, frukter och frön har bl a hittats i Skåne i avlagringar som avsatts i ett delta nära kusten. Sedimenten är fortfarande mjuka och det är lätt att sortera ut fossil genom att slamma leran i vatten. De har varit utsatta för vegetationsbränder och därför bevarats som träkol som är mycket motståndskraftigt.
Förstening
Växter kan bli förstenade (petrifierade) genom indränkning av kiselsyrehaltigt eller kalkhaltigt vatten. Det kan ha skett medan de fortfarande levde, kiselhaltigt vatten sögs upp av växten, eller genom impregnering efter att de dött. Vanligtvis finns växtsubstansen kvar, mer eller mindre inkolad. Mineraler som är inblandade i försteningsprocesser är silikater, karbonater och järn. Det resulterar i bland annat förstenade skogar och kolbollar (förstenad torv). Försteningsprocessen gick geologiskt sett snabbt. Förstenade stammar, rötter och kottar är som regel bevarade i sin ursprungliga form. De har inte hunnit pressats samman av tunga överliggande sediment.
Förstenad ormbunksstam i genomskärning.
Försteningar kan uppstå vid olika förhållanden. Växten kan ha befunnit sig i kärrmarker, översvämningsområden och blivit snabbt täckta av sediment vid en kraftig flod eller så kan de ha blivit begravda i vulkanisk aska eller het lera efter vulkanutbrott. Mineralhaltigt vatten har trängt in i växtens celler och skyddat det från nedbrytning. Kemiska reaktioner mellan mineral och cellväggens beståndsdelar leder till att mineralkristaller bildas i cellväggarna och sedan även i cellens centrala del. På vissa platser i världen har hela skogar blivit inbäddade av aska vid vulkanutbrott och återfinns i dag som förstenade skogar. Om växten finns bevarad där den levde sägs den vara "in situ".
Bärnsten
Växtfossil, bland annat vackra avgjutningar av blommor, kan även finnas inlagrade i bärnsten. Ofta är då det mesta av växtens organiska substans försvunnen. Bärnsten är fossil kåda från bärnstenstallen, Pinus succinifera. Tallen bildade stora skogar i början på tertiär tiden, för ca 60 miljoner år, och när kådan rann från träden kunde både växter och mindre djur bli inbäddade.
Blomma bevarad i bärnsten.
Falska fossil
Det finns något som kallas falska växtfossil, dendriter, som liknar mossor. Det är inga växter utan utfällningar i sedimenten av olika lösningar av vanligtvis mangan-och järnföreningar.
Djur
För det mesta bevaras endast hårda rester av djuret, som kotor eller en del av en käke. Det är sällan som hela djur eller mjuka partier av kroppen bevaras. Av de miljarder fisködlor som levt under jordens historia har man hittat ett par hundra fossil av hela djur. Få av dessa har bevarade mjukdelar.
Landlevande djur blir sällan fossil eftersom djuret måste hamna i vatten och bäddas in i bottenslammet för att kunna bli ett fossil. Jordens stora biologiska mångfald finns nu i den tropiska regnskogen. Nästan inga av dess organismer kommer att att bli till fossil eftersom döda växter och djur ruttnar fort i den tropiska hettan och fukten, och försvinner för alltid.
Från levande fisködla till fossil
- När fisködlan dött sjönk den til havets botten. Där löste bakterier upp mjuka delar och asätare åt av den, men skelettet som var hårt blev liggande på bottnen.
- Bottnen växte uppåt när små partiklar i vattnet sjönk och ansamlades på bottnen. Skelettet blev inbäddat i ett tjockt lager bottenslam.
- Ett högt tryck från bottnen ovanför pressade ihop skelettet. Efter lång tid förstenades och bottnen genom det höga trycket, men också genom kemisk inverkan. Fisködlan blev ett fossil.
- Långt senare fördes lagren upp till markytan genom geologiska händelser. Då kunde paleontologer, forskare som studerar fossil, knacka fram fossilet och analysera det.
Fossil av fisködla.
Hur lång tid tar det för ett fossil att bildas?
Ett fossil kan bildas på bara några år, till exempel vid heta källor. Det kan också ta väldigt lång tid beroende på hur fort sedimenteringen sker, dess kemiska-mineralogiska sammansättning och miljöfaktorer som fuktighet och värme.
Den geologiska åldern på fossilet talar inte om kvaliteten på hur det är bevarat. Ett fossil från devon, 350 miljoner år gammalt, kan vara perfekt bevarat medan ett yngre fossil kan vara sämre bevarat.