Wissenschaft

Wie können Wissenschaftler Fossilien datieren?



Dies ist der vierte in einer fünfteiligen Reihe von Experten, die in der neuen Ausstellung Hall of Fossils – Deep Time des Smithsonian zu sehen sind, die jetzt im National Museum of Natural History zu sehen ist. Die vollständige Serie finden Sie in unserem Deep Time Special Report

Kein Fossil wird mit seiner Geburtsurkunde begraben, schrieb der renommierte Wissenschaftsredakteur Henry Gee in seiner Abhandlung aus dem Jahr 2000. Auf der Suche nach tiefer Zeit . Obwohl es wahr ist, sind Fossilien mit vielen Hinweisen begraben, die es uns ermöglichen, ihre Geschichte zu rekonstruieren. Eine Reihe absoluter Datierungstechniken hat es ermöglicht, die Zeitskala der Erdgeschichte zu bestimmen, einschließlich des Alters und der Entstehung des Lebens, des Zeitpunkts von Massensterben und der Aufzeichnungen der menschlichen Evolution.

Im Jahr 2013 in Äthiopiens Afar-Region hat unser Forschungsgruppe entdeckte einen seltenen fossilen Kieferknochen unserer Gattung, Homo . Um das Rätsel zu lösen, wann dieser menschliche Vorfahre auf der Erde lebte, suchten wir nach Antworten in nahegelegenen Vulkanascheschichten. Mit der Lupe eines Geologen können wir die Asche sorgfältig auf der Suche nach winzigen Mineralien scannen, die kleiner sind als eine einzelne Streuung auf einem Zuckerkeks und die den Schlüssel zur Altersbestimmung eines Fossils enthalten.

Die Arbeit in diesem Teil Äthiopiens ist ein echtes Abenteuer. Es ist eine Region, in der 90 Grad Fahrenheit kühl erscheinen, Staub eine Selbstverständlichkeit ist, Wasser nicht, und ein normaler täglicher Pendelverkehr beinhaltet Straußenrennen und das Anbremsen von Kamelen, während wir Wege durch die Wüste bahnen. Aber diese karge und lebensfeindliche Landschaft ist einer der wichtigsten Studienorte der Welt wann und Wie Die frühen Menschen begannen aufrecht zu gehen, benutzten Werkzeuge und passten sich an ihre sich ändernde Umgebung an.





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Die Afar-Region hat geschichtetes Sedimentgestein, das dünne weiße Vulkanasche enthält, die wir verwenden könnten, um den fossilen Kieferknochen zu datieren.

Die Afar-Region hat geschichtetes Sedimentgestein, das dünne weiße Vulkanasche enthält, die wir verwenden könnten, um den fossilen Kieferknochen zu datieren.(Erin DiMaggio, Penn State University)

Früher, bevor wir genauere Mittel zur Datierung von Fossilien hatten, verließen sich Geologen und Paläontologen auf relative Datierungsmethoden. Sie untersuchten die Position von Sedimentgesteinen, um die Ordnung zu bestimmen. Stellen Sie sich Ihren Wäschekorb vor – die schmutzige Kleidung, die Sie letztes Wochenende getragen haben, liegt unten, aber der Rest von heute oben auf dem Stapel. Das Konzept für Sedimentgesteine ​​ist das gleiche. Ältere Felsen sind unten, jüngere oben. Die Forscher verwendeten auch die Biostratigraphie, die untersucht, wie Fossilien im gesamten Gesteinsbestand erscheinen, sich vermehren und verschwinden, um das relative Alter zu bestimmen. Wir verwenden diese relativen Datierungsmethoden auch heute noch als ersten Ansatz zur Datierung von Fossilien, bevor wir ein numerisches oder absolutes Alter zuordnen.



Können wir echte Fossilien datieren? Manchmal.

Wissenschaftler, die Geochronologen genannt werden, sind Experten in der Datierung von Gesteinen und Fossilien und können mithilfe der Radiokarbon-Datierung oft Fossilien datieren, die jünger als etwa 50.000 Jahre sind. Diese Methode wurde verwendet, um Daten für alle Arten von interessantem Material wie Höhlenfelsen und versteinerter Kot . Leider sind Fossilien wie unser Kieferknochen sowie die Dinosaurier im neuen zu sehen 'Fossil Hall – Tiefe Zeit' Ausstellung im Smithsonian's Nationalmuseum für Naturgeschichte , sind einfach zu alt für die Radiokarbon-Datierung.In diesen Fällen müssen wir uns auf die Felsen selbst verlassen. Wir datieren die Gesteine ​​und durch Schlussfolgerung können wir die Fossilien datieren.

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Homo wurde 2013 von unserem Forschungsteam entdeckt. Um das Rätsel zu lösen, wann dieser menschliche Vorfahre auf der Erde lebte, suchten wir nach Antworten in vulkanischen Ascheschichten. '>

In Afar, Äthiopien, ein seltener fossiler Kieferknochen unserer Gattung, Homo wurde 2013 von unserem Forschungsteam entdeckt. Um das Rätsel zu lösen, wann dieser menschliche Vorfahre auf der Erde lebte, suchten wir nach Antworten in vulkanischen Ascheschichten.(William H. Kimbel, Arizona State University)



Die erste große Herausforderung besteht darin, die richtige Gesteinsart für die Laboranalyse zu finden. Wir haben das Glück, dass die Afar-Region vulkanische Aschehorizonte in den Sedimentgesteinsschichten aufweist. Tatsächlich fand unser Team direkt unterhalb der Fundstelle des fossilen Kieferknochens eine neue vulkanische Ascheschicht, die wir Gurumaha Tuff nannten. Das Wort gurumaha bedeutet in der Landessprache Milchshake – ein Spiegelbild unserer Denkweise in der 90-Grad-Nachmittagshitze. In gewisser Weise können wir uns vulkanische Ascheschichten als vergrabene Stoppuhren vorstellen. Wenn der Vulkan ausbricht, startet der Timer und wir verwenden absolute Datierungstechniken, um die verstrichene Zeit anzuzeigen.

Vulkangestein enthält normalerweise natürlich radioaktive Mineralien – unsere Zuckerkeksstreusel. Wir können diese Mineralien mit Techniken datieren, die auf dem radioaktiven Zerfall von Isotopen basieren, der mit bekannten Geschwindigkeiten auftritt. Die Messung von Isotopen beinhaltet typischerweise Laser und Massenspektrometer und manchmal sogar Atomreaktoren. Wir berechnen das Alter anhand der Zerfallsrate und Isotopenmessungen, die uns die verstrichene Zeit auf unserer Stoppuhr geben.

Wir haben den Gurumaha Tuff erfolgreich auf 2,82 Millionen Jahre datiert, indem wir das natürlich radioaktive Mineral Feldspat datiert haben. Da der Kieferknochen oberhalb des Gurumaha Tuffs erodiert ist, muss er jünger sein. Wir berechnet der Kieferknochen ist zwischen 2,80 und 2,75 Millionen Jahre alt und damit der ältestes bekanntes Fossil von unsere Gattung Homo .

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Wir haben den Gurumaha-Tuff erfolgreich auf 2,82 Millionen Jahre datiert, indem wir das natürlich radioaktive Mineral Feldspat datiert haben (oben, mit einem Mikroskop betrachtet).(Erin DiMaggio, Penn State University.)

Geochronologen verfügen über eine Fülle von Werkzeugen, aber dennoch erweisen sich einige Gesteine ​​und Fossilien als schwierig zu datieren. Innovationen bei bestehenden Datierungsmethoden beseitigen diese Barrieren. Beispielsweise, Überarbeitungen einer Methode namens Elektronenspinresonanz ermöglichen es Wissenschaftlern, seltene Fossilien wie Homininenzähne zu datieren, da sie das Fossil direkt datieren können, ohne das Exemplar sichtbar zu beschädigen. In der Afar versuchen Wissenschaftler, die tatsächlichen Schichten zu datieren, aus denen die Fossilien erodieren, anstatt sich auf das Vorhandensein von Vulkanasche zu verlassen. Dies würde uns das Alter von fossilen Gesteinen genauer sagen und neue Feldstandorte für die Exploration eröffnen, denen solche Schichten fehlen.

Fossilien umfassen geologische Zeiträume von Hunderten bis sogar Milliarden von Jahren und werden in vielen Gesteinsarten und Umgebungen entdeckt. Die Auswahl einer geeigneten Datierungstechnik ist ein entscheidender Schritt, um ein aussagekräftiges und genaues Alter zu erhalten.

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Wissenschaftler haben Fossilien datiert, die in gefunden wurden Südafrikanische Höhlen mit einem Alter von 236.000 bis 335.000 Jahren mit mehreren verschiedenen Geochronometern, einschließlich optisch stimulierte Lumineszenz , ein Werkzeug, mit dem wir berechnen können, wann Höhlensedimente das letzte Mal dem Licht ausgesetzt waren. Eine weitere gängige Methode, die Uran-Blei-Datierung, beruht auf dem radioaktiven Zerfall von Uran und kann verwendet werden, um Gesteine ​​zu datieren, die die ältesten bekannten Fossilien der Erde enthalten – älter als 3,5 Milliarden Jahre alt! Um das in einen Kontext zu setzen, das Alter der Die Erde ist 4,54 Milliarden Jahre alt , aber unsere Spezies gibt es erst seit ungefähr 300.000 Jahre .

Das Alter der Erde und der Ursprung des Lebens sind fast unergründlich, aber die neue des Smithsonian Halle der tiefen Zeit soll uns helfen, die Ungeheuerlichkeit der Erdgeschichte in im Lichte unserer heutigen Auswirkungen . Der Geologe James Hutton aus dem 18. Jahrhundert erkannte, dass geologische Prozesse lange Zeiträume erfordern, ein Konzept, das für den Begriff der Tiefenzeit von zentraler Bedeutung ist. Der Zweck der Geochronologie – der Datierung von Gesteinen und Fossilien – besteht darin, die Daten, die wir erhalten, zu verweben, um die außergewöhnliche Geschichte der tiefen Zeit der Erde zu erzählen.





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