Archäologische Funde weltweit haben Forschern geholfen, die Geschichte der menschlichen Evolution und Migration zu erzählen. Eine wesentliche Information in dieser Forschung ist das Alter der Fossilien und Artefakte. Wie bestimmen Wissenschaftler ihr Alter? Nachfolgend finden Sie weitere Details zu einigen Methoden, mit denen Objekte datiert wurden, die in "The Great Human Migration" ( Smithsonian, Juli 2008) beschrieben wurden:
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- Die große menschliche Migration
Koprolithen, Paisley 5 Mile Point Caves, Oregon
Alter: ~ 14.300 Jahre alt
Methode: Radiokarbondatierung
In einer Höhle in Oregon fanden Archäologen Knochen, Pflanzenreste und Koprolithen - versteinerte Fäkalien. In den Koprolithen verbliebene DNA zeigte ihre menschliche Herkunft, aber nicht ihr Alter an. Dafür haben die Wissenschaftler nach dem Kohlenstoff gesucht, der im alten Mist enthalten ist.
Per Definition hat jedes Atom eines bestimmten Elements eine bestimmte Anzahl von Protonen in seinem Kern. Das Element Kohlenstoff hat zum Beispiel sechs Protonen. Die Anzahl der Neutronen im Kern kann jedoch variieren. Diese verschiedenen Formen eines Elements - Isotope genannt - sind von Natur aus stabil oder instabil. Letztere werden radioaktive Isotope genannt und zerfallen mit der Zeit, geben Teilchen (Neutronen oder Protonen) und Energie (Strahlung) ab und verwandeln sich so in ein anderes Isotop oder Element. Sie tun dies mit einer konstanten Geschwindigkeit, die als "Halbwertszeit" eines Isotops bezeichnet wird.
Der meiste Kohlenstoff kommt in den stabilen Formen von Kohlenstoff-12 (sechs Protonen, sechs Neutronen) oder Kohlenstoff-13 vor, aber eine sehr kleine Menge (ungefähr 0, 0000000001%) existiert als radioaktiver Kohlenstoff-14 (sechs Protonen, acht Neutronen). Lebende Pflanzen und Tiere nehmen zusammen mit den anderen Kohlenstoffisotopen Kohlenstoff-14 auf. Wenn sie jedoch sterben und ihre Stoffwechselfunktionen aufhören, nehmen sie keinen Kohlenstoff mehr auf. Im Laufe der Zeit zerfällt der Kohlenstoff-14 in Stickstoff-14; Die Hälfte wird dies nach etwa 5.730 Jahren tun (dies ist die Halbwertszeit des Isotops). Nach ungefähr 60.000 Jahren wird das gesamte Kohlenstoff-14 verschwunden sein.
Alles, was einst Teil eines lebenden Objekts war, wie Holzkohle, Holz, Knochen, Pollen oder die in Oregon gefundenen Koprolithen, kann in ein Labor geschickt werden, in dem Wissenschaftler messen, wie viel Kohlenstoff-14 noch vorhanden ist. Da sie wissen, wie viel sich in der Atmosphäre befunden hätte und wie viel jemand am Leben aufgenommen hätte, können sie berechnen, wie lange es seit dem Tod oder der Ablagerung vergangen ist. Die Koprolithen sind durchschnittlich 14.300 Jahre alt und gehören zu den ältesten menschlichen Überresten auf dem amerikanischen Kontinent.
Hominidenschädel, Herto, Äthiopien
Alter: ~ 154.000 bis 160.000 Jahre alt
Methode: Argon-Argon-Datierung
Ein Team von Wissenschaftlern, die 1997 in Äthiopien gruben, fand Steinwerkzeuge, die fossilen Überreste mehrerer Tierarten, darunter Nilpferde und drei hominide Schädel. Wie alt waren Sie? Die organischen Überreste waren zu alt für eine Kohlenstoff-14-Datierung, daher wandte sich das Team einer anderen Methode zu.
Die Radiokarbondatierung eignet sich gut für einige archäologische Funde, weist jedoch Einschränkungen auf: Es können nur organische Materialien verwendet werden, die jünger als etwa 60.000 Jahre sind. Es gibt jedoch auch andere radioaktive Isotope, mit denen anorganische Materialien (wie Gesteine) und ältere Materialien (bis zu Milliarden von Jahren) datiert werden können.
Eines dieser Radioisotope ist Kalium-40, das im Vulkangestein vorkommt. Nach dem Abkühlen des Vulkangesteins zerfällt sein Kalium-40 mit einer Halbwertszeit von 1, 25 Milliarden Jahren in Argon-40. Es ist möglich, das Verhältnis von Kalium-40 zu Argon-40 zu messen und das Alter eines Gesteins abzuschätzen, aber diese Methode ist ungenau. Wissenschaftler entdeckten jedoch in den 1960er Jahren, dass sie eine Gesteinsprobe mit Neutronen bestrahlen und dadurch das Kalium-40 in Argon-39 umwandeln konnten, ein Isotop, das in der Natur normalerweise nicht vorkommt und leichter zu messen ist. Dieser Prozess ist zwar komplizierter, liefert jedoch genauere Daten. Beispielsweise konnten Wissenschaftler der University of California in Berkeley Proben vom Ausbruch des Vulkans Vesuv im Jahr 79 n. Chr. Innerhalb von sieben Jahren nach dem Ereignis datieren.
Da die bei Herto gefundenen Schädel von Hominiden und andere Artefakte nicht direkt datiert werden konnten - das organische Material war längst versteinert -, analysierten die Forscher stattdessen Vulkangestein, das in den Sandstein in der Nähe der Fossilien eingebettet war. Der Fels war etwa 154.000 bis 160.000 Jahre alt und machte die Schädel zu den ältesten noch zu findenden Homo sapiens .
Gravierte ockerfarbene Steine, Blombos-Höhle, Südafrika
Alter: ~ 77.000 Jahre alt
Methode: Thermolumineszenzdatierung
Bei der Ausgrabung einer Höhle am Meer in Südafrika wurden zwei Objekte entdeckt, die eindeutig von Menschenhand hergestellt wurden - ockerfarbene Steinstücke, die mit einem Kreuzmuster geätzt wurden. Weder die Steine noch das Gestein, in dem sie vergraben waren, waren vulkanischen Ursprungs, daher wählten die Forscher eine andere Methode zur Bestimmung ihres Alters: die Thermolumineszenz.
Wie bei der Argon-Argon-Datierung beginnt auch die Thermolumineszenzuhr mit der letzten Erwärmung eines Gesteins auf eine hohe Temperatur. Die extreme Hitze eliminiert Elektronen, die in bestimmten Kristallen - wie Quarz und Feldspat - im Gestein gespeichert sind. Mit der Zeit fangen die Kristalle Elektronen ein, die durch Spuren radioaktiver Atome in der Umwelt erzeugt werden. Durch das Wiedererhitzen des Gesteins können Wissenschaftler die gespeicherte Energie freisetzen, die als Licht abgegeben wird und als "Thermolumineszenz" bezeichnet wird. Die Intensität des Lichts gibt an, wie lange es her ist, seit der Stein das letzte Mal erhitzt wurde.
Wie bei den Herto-Schädeln konnte das Alter der geschnitzten Ockersteine aus der Blombos-Höhle nicht direkt bestimmt werden. In derselben Gesteinsschicht wie die Ocker befanden sich jedoch gebrannte Steinstücke, die wahrscheinlich genauso alt waren wie die Ocker und sich ideal für die Thermolumineszenzdatierung eignen. Wie sich herausstellte, war der gebrannte Stein etwa 77.000 Jahre alt, was den Ocker zu einem der ältesten Fundstücke abstrakter Gestaltung machte.
