Jest to czwarty z pięcioczęściowej serii artykułów napisanych przez ekspertów z nowej wystawy Smithsona Hall of Fossils — Deep Time, którą można oglądać w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej. Pełną serię można znaleźć, odwiedzając nasz raport specjalny Deep Time
„Świadectwem urodzenia nie jest pochowana żadna skamielina” - pisał znany redaktor naukowy Henry Gee w swoim traktacie z 2000 roku „ W poszukiwaniu głębokiego czasu” . Choć są prawdziwe, skamieliny są zasypane mnóstwem wskazówek, które pozwalają nam zrekonstruować ich historię. Szereg absolutnych technik datowania pozwoliło ustalić ramy czasowe historii Ziemi, w tym wiek i pochodzenie życia, czas masowego wymierania i zapis ewolucji człowieka.
W 2013 r. W regionie Dalekiego Etiopii nasz zespół badawczy odkrył rzadką kopalną szczękę należącą do naszego rodzaju Homo . Aby rozwiązać zagadkę, kiedy ten ludzki przodek mieszkał na Ziemi, szukaliśmy odpowiedzi na pobliskie warstwy pyłu wulkanicznego. Używając szkła powiększającego geologa, możemy ostrożnie skanować popiół w poszukiwaniu maleńkich minerałów, które są mniejsze niż pojedyncze posypki ciasteczkiem cukru i które mają klucz do ustalenia wieku skamieliny.
Praca w tej części Etiopii to przygoda. Jest to region, w którym 90 stopni Fahrenheita wydaje się fajne, pył jest oczywisty, woda nie jest, a normalne codzienne dojazdy obejmują wyścigi strusi i hamowanie wielbłądów, gdy przemierzamy ścieżki przez pustynię. Ale ten jałowy i wrogi krajobraz jest jednym z najważniejszych miejsc na świecie do badania, kiedy i jak wcześni ludzie zaczęli iść prosto, używając narzędzi i dostosowując się do zmieniającego się otoczenia.
Region Dalekie ułożył warstwy skał osadowych, zawierających cienki biały popiół wulkaniczny, którego moglibyśmy użyć do tej pory do skamielin szczęki. (Erin DiMaggio, Penn State University) Na początku, zanim mieliśmy bardziej precyzyjne metody datowania skamielin, geolodzy i paleontolodzy polegali na względnych metodach datowania. Przyjrzeli się położeniu skał osadowych, aby ustalić porządek. Wyobraź sobie swój kosz na pranie - brudne ubrania, które nosiłeś w zeszły weekend, siedzą na dole, a dzisiejszy odpoczynek na wierzchu. Koncepcja skał osadowych jest taka sama. Starsze skały są na dole, młodsze na górze. Badacze wykorzystali także biostratygrafię, która polega na badaniu wyglądu skamielin, ich proliferacji i zanikania w całej skale, aby ustalić względny wiek. Nadal używamy tych względnych metod datowania jako pierwszego podejścia do datowania skamielin przed przypisaniem liczbowego lub absolutnego wieku.
Czy możemy datować prawdziwe skamieliny? Czasami.
Naukowcy zwani geochronologami są ekspertami w datowaniu skał i skamielin i często mogą datować skamieliny młodsze niż około 50 000 lat za pomocą datowania radiowęglowego. Metodę tę wykorzystano do podania dat dla wszelkiego rodzaju interesujących materiałów, takich jak jaskinia jaskiniowa i skamieniała kupa. Niestety skamieliny, takie jak nasza szczęka, a także dinozaury oglądane na nowej wystawie „Fossil Hall - Deep Time” w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej Smithsonian są po prostu za stare na datowanie radiowęglowe. W takich przypadkach musimy polegać na samych skałach. Datujemy skały i, na podstawie wniosku, możemy datować skamieliny.
W Afar w Etiopii, rzadkiej kopalnej szczęce należącej do naszego rodzaju, Homo został odkryty przez nasz zespół badawczy w 2013 roku. Aby rozwiązać zagadkę, kiedy ten ludzki przodek żył na Ziemi, szukaliśmy odpowiedzi na warstwy popiołu wulkanicznego. (William H. Kimbel, Arizona State University) Pierwszym dużym wyzwaniem jest znalezienie odpowiedniego rodzaju kamieni do zebrania do analizy laboratoryjnej. Mamy szczęście, że region Dalekiego Wschodu ma poziomy pyłu wulkanicznego w warstwach skał osadowych. W rzeczywistości, tuż poniżej miejsca, w którym odkryto kopalną szczękę, nasz zespół znalazł nową warstwę popiołu wulkanicznego, którą nazwaliśmy Gurumaha Tuff. Słowo gurumaha w lokalnym języku oznacza shake mleczny - odzwierciedlenie naszego sposobu myślenia w 90 stopniowym popołudniowym upale. W pewnym sensie możemy myśleć o warstwach popiołu wulkanicznego jako zakopanych stoperach. Kiedy wulkan wybuchnie, licznik czasu zacznie działać, a my wykorzystujemy absolutne techniki datowania, aby określić upływający czas.
Skały wulkaniczne zazwyczaj zawierają naturalnie radioaktywne minerały - nasze ciasteczka cukrowe posypują się. Możemy datować te minerały za pomocą technik opartych na rozpadzie radioaktywnym izotopów, który występuje w znanych szybkościach. Izotopy pomiarowe zazwyczaj obejmują lasery i spektrometry masowe, a czasem nawet reaktory jądrowe. Wiek obliczamy na podstawie pomiarów szybkości rozpadu i pomiarów izotopowych, co daje nam upływ czasu na naszym stoperze.
Z powodzeniem datowaliśmy Gurumaha Tuff na 2, 82 miliona lat, datując naturalnie radioaktywny mineralny skaleń. Ponieważ szczęka eroduje z góry Tufu Gurumaha, musi być młodsza. Obliczyliśmy, że szczęka ma od 2, 80 do 2, 75 miliona lat, co czyni ją najstarszą znaną skamieliną naszego rodzaju Homo .
Z powodzeniem datowaliśmy Gurumaha Tuff na 2, 82 miliona lat, datując naturalnie radioaktywny skaleniowy minerał (powyżej, oglądany pod mikroskopem). (Erin DiMaggio, Penn State University.) Geochronolodzy dysponują mnóstwem narzędzi, ale niektóre skały i skamieliny okazują się trudne. Innowacje w istniejących metodach randkowych eliminują te bariery. Na przykład zmiany metody zwanej elektronowym rezonansem spinowym pozwalają naukowcom datować rzadkie skamieliny, takie jak zęby homininy, ponieważ mogą one bezpośrednio datować skamielinę bez widocznego uszkodzenia próbki. W Afarach naukowcy próbują datować rzeczywiste warstwy, z których erozje skamielin, zamiast polegać na obecności pyłu wulkanicznego. Dokładniej wskazywałoby to epokę skał kopalnych i otwiera nowe pola do eksploracji, w których brakuje takich warstw.
Skamieliny obejmują czas geologiczny od setek do nawet miliardów lat i są odkrywane w wielu typach skał i miejscach. Wybór odpowiedniej techniki randkowej jest kluczowym krokiem do uzyskania znaczącego i dokładnego wieku.
Naukowcy datowali skamieliny znalezione w jaskiniach Afryki Południowej na wiek od 236 000 do 335 000 lat za pomocą kilku różnych geochronometrów, w tym optycznie stymulowanej luminescencji, narzędzia, które pozwala nam obliczyć, kiedy osady jaskiniowe były wystawione na działanie światła po raz ostatni. Inna popularna metoda, datowanie uranowo-ołowiowe, polega na radioaktywnym rozkładzie uranu i może być stosowana do datowania skał zawierających najstarsze znane skamieliny na Ziemi - starsze niż 3, 5 miliarda lat! Mówiąc to w kontekście, wiek Ziemi wynosi 4, 54 miliarda lat, ale nasz gatunek istnieje od około 300 000 lat.
Wiek Ziemi i pochodzenie życia jest prawie niezgłębiony, ale nowa Deep Time Hall Smithsona została zaprojektowana, aby pomóc nam zrozumieć ogrom historii Ziemi w świetle naszych współczesnych wpływów. XVIII-wieczny geolog James Hutton uznał, że procesy geologiczne wymagają długich skal czasowych, co jest pojęciem kluczowym dla tego, co rozumiemy przez pojęcie głębokiego czasu. Geochronologia - datowanie skał i skamielin - ma na celu splot dat, które otrzymujemy, aby opowiedzieć niezwykłą historię głębokiego czasu Ziemi.
