Dies ist der vierte Teil einer fünfteiligen Reihe, die von Experten in der neuen Ausstellung „Hall of Fossils - Deep Time“ von Smithsonian verfasst wurde und jetzt im National Museum of Natural History zu sehen ist. Die vollständige Serie finden Sie in unserem Deep Time Special Report
"Kein Fossil ist mit seiner Geburtsurkunde begraben", schrieb der renommierte Wissenschaftsredakteur Henry Gee in seiner Abhandlung von 2000 In Search of Deep Time . Zwar 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 des Ursprungs des Lebens, des Zeitpunkts des Massensterbens und der Aufzeichnung der menschlichen Evolution.
In der äthiopischen Region Afar entdeckte unser Forschungsteam 2013 einen seltenen fossilen Kieferknochen, der zu unserer Gattung Homo gehört . Um das Rätsel zu lösen, wann dieser menschliche Vorfahr auf der Erde lebte, suchten wir nach Antworten in der Nähe von Vulkanascheschichten. Mit der Lupe eines Geologen können wir die Asche sorgfältig nach winzigen Mineralien absuchen, die kleiner sind als eine einzelne Prise eines Zuckerkekses und die den Schlüssel zur Bestimmung des Alters eines Fossils darstellen.
In diesem Teil Äthiopiens zu arbeiten, ist ein ziemliches Abenteuer. Es ist eine Region, in der 90 Grad Fahrenheit kühl zu sein scheinen, Staub eine Selbstverständlichkeit ist und Wasser keine Selbstverständlichkeit ist und ein normaler täglicher Pendler darin besteht, Strauße zu rasen und nach Kamelen zu bremsen, während wir Wege durch die Wüste bahnen. Diese karge und feindselige Landschaft ist jedoch einer der wichtigsten Orte der Welt, an denen untersucht werden kann, wann und wie früh die Menschen mit Werkzeugen aufrecht zu gehen begannen und sich an veränderte Umgebungen anpassten.
Die Afar-Region hat Sedimentgesteine geschichtet, die dünne weiße Vulkanasche enthalten, die wir zur Datierung des fossilen Kieferknochens verwenden könnten. (Erin DiMaggio, Penn State University) Bevor wir genauere Mittel hatten, um Fossilien zu datieren, verließen sich Geologen und Paläontologen früh auf relative Datierungsmethoden. Sie betrachteten die Position von Sedimentgesteinen, um die Reihenfolge zu bestimmen. Stellen Sie sich Ihren Wäschekorb vor - die schmutzigen Klamotten, die Sie am vergangenen Wochenende getragen haben, sitzen ganz unten, aber die heutige Ruhe oben auf dem Stapel. Das Konzept für Sedimentgesteine ist dasselbe. Ältere Steine liegen unten, jüngere oben. Die Forscher verwendeten auch die Biostratigraphie, bei der untersucht wurde, wie Fossilien im gesamten Gesteinsbestand erscheinen, sich vermehren und verschwinden, um das relative Alter zu bestimmen. Wir verwenden diese relativen Datierungsmethoden noch heute als ersten Ansatz für die Datierung von Fossilien, bevor wir ein numerisches oder absolutes Alter zuweisen.
Können wir tatsächliche Fossilien datieren? Manchmal.
Wissenschaftler, die als Geochronologen bezeichnet werden, sind Experten für die Datierung von Gesteinen und Fossilien und können mithilfe der Radiokarbondatierung häufig Fossilien datieren, die jünger als etwa 50.000 Jahre sind. Diese Methode wurde verwendet, um Daten für alle Arten von interessantem Material wie Höhlenfelsenkunst und versteinertes Kot bereitzustellen. Leider sind Fossilien wie unser Kieferknochen und die Dinosaurier, die in der neuen Ausstellung "Fossil Hall - Deep Time" im Smithsonian National Museum of Natural History zu sehen sind, einfach zu alt für eine Radiokarbondatierung. In diesen Fällen müssen wir uns auf die Felsen verlassen. Wir datieren die Gesteine und durch Folgerung können wir die Fossilien datieren.
In Afar, Äthiopien, einem seltenen fossilen Kieferknochen unserer Gattung, wurde Homo 2013 von unserem Forschungsteam entdeckt. Um das Rätsel zu lösen, wann dieser menschliche Vorfahr auf der Erde lebte, suchten wir nach Antworten auf Vulkanascheschichten. (William H. Kimbel, Arizona State University) Die erste große Herausforderung besteht darin, die richtigen Gesteinsarten 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 des Fundortes des fossilen Kieferknochens eine neue Vulkanascheschicht, die wir Gurumaha Tuff nannten. Das Wort Gurumaha in der Landessprache bedeutet Milchshake - eine Widerspiegelung unserer Einstellung in der 90-Grad-Nachmittagshitze. In gewissem Sinne können wir uns Vulkanascheschichten als vergrabene Stoppuhren vorstellen. Wenn der Vulkan ausbricht, startet der Timer und wir verwenden absolute Datierungstechniken, um die verstrichene Zeit zu bestimmen.
Vulkangestein enthält normalerweise von Natur aus radioaktive Mineralien - unsere Zuckerstreusel. Wir können diese Mineralien mit Techniken datieren, die auf dem radioaktiven Zerfall von Isotopen basieren, der mit bekannten Geschwindigkeiten auftritt. Das Messen von Isotopen umfasst typischerweise Laser und Massenspektrometer und manchmal sogar Kernreaktoren. Wir berechnen das Alter anhand der Zerfallsrate und der Isotopenmessungen, die uns die verstrichene Zeit auf unserer Stoppuhr anzeigen.
Wir haben den Gurumaha-Tuff erfolgreich auf 2, 82 Millionen Jahre datiert, indem wir das natürlich radioaktive Mineral Feldspat datiert haben. Da der Kieferknochen über dem Gurumaha-Tuff abgefressen ist, muss er jünger sein. Wir haben berechnet, dass der Kieferknochen zwischen 2, 80 und 2, 75 Millionen Jahre alt ist, was ihn zum ältesten bekannten Fossil unserer Gattung Homo macht .
Wir datierten den Gurumaha-Tuff erfolgreich auf 2, 82 Millionen Jahre alt, indem wir das natürlich radioaktive Mineral Feldspat datierten (oben mit einem Mikroskop betrachtet.) (Erin DiMaggio, Penn State University). Geochronologen verfügen über eine Fülle von Werkzeugen, dennoch sind einige Gesteine und Fossilien schwer zu datieren. Innovationen bei bestehenden Datierungsmethoden beseitigen diese Barrieren. Beispielsweise können Wissenschaftler durch Überarbeitungen einer Methode, die als Elektronenspinresonanz bezeichnet wird, seltene Fossilien wie Homininzähne datieren, da sie das Fossil direkt datieren können, ohne die Probe sichtbar zu beschädigen. In der Ferne versuchen die Wissenschaftler, die tatsächlichen Schichten, aus denen die Fossilien erodieren, zu datieren, anstatt sich auf das Vorhandensein von Vulkanasche zu verlassen. Dies würde uns genauer das Alter fossilhaltiger Gesteine mitteilen und neue Felder für die Erforschung eröffnen, denen solche Schichten fehlen.
Fossilien erstrecken sich über eine geologische Zeitspanne von Hunderten bis zu Milliarden von Jahren und werden in vielen Gesteinsarten und -lagen entdeckt. Die Auswahl einer geeigneten Datierungstechnik ist ein entscheidender Schritt, um ein aussagekräftiges und genaues Alter zu erhalten.
Wissenschaftler haben Fossilien, die in südafrikanischen Höhlen gefunden wurden, mit verschiedenen Geochronometern auf ein Alter zwischen 236.000 und 335.000 Jahre datiert, darunter die optisch stimulierte Lumineszenz, ein Instrument, mit dem wir berechnen können, wann Höhlensedimente zuletzt Licht ausgesetzt waren. Eine andere übliche Methode, die Uran-Blei-Datierung, beruht auf dem radioaktiven Zerfall von Uran und kann zur Datierung von Gesteinen verwendet werden, die die ältesten bekannten Fossilien der Erde enthalten - älter als 3, 5 Milliarden Jahre! In diesem Zusammenhang beträgt das Alter der Erde 4, 54 Milliarden Jahre, aber unsere Spezies gibt es erst seit ungefähr 300.000 Jahren.
Das Zeitalter der Erde und der Ursprung des Lebens sind kaum zu ergründen, aber die neue Deep Time Hall von Smithsonian soll uns helfen, den enormen Umfang der Erdgeschichte angesichts unserer heutigen Auswirkungen zu erfassen. Der Geologe James Hutton aus dem 18. Jahrhundert erkannte, dass geologische Prozesse lange Zeitskalen erfordern, ein Konzept, das für den Begriff der tiefen Zeit von zentraler Bedeutung ist. Der Zweck der Geochronologie - die Datierung von Gesteinen und Fossilien - besteht darin, die Daten zusammenzufügen, die wir erhalten, um die außergewöhnliche Geschichte der tiefen Zeit der Erde zu erzählen.
