Questa è la quarta di una serie in cinque parti scritta da esperti presenti nella nuova mostra dello Smithsonian Hall of Fossils-Deep Time, ora in mostra al National Museum of Natural History. La serie completa può essere trovata visitando il nostro Deep Time Special Report
“Nessun fossile è sepolto con il suo certificato di nascita”, ha scritto il famoso editore scientifico Henry Gee nel suo trattato del 2000, In Search of Deep Time. Anche se è vero, i fossili sono sepolti con molti indizi che ci permettono di ricostruire la loro storia. Una serie di tecniche di datazione assoluta ha permesso di stabilire la scala temporale della storia della Terra, compresa l’età e l’origine della vita, i tempi delle estinzioni di massa e il record dell’evoluzione umana.
Nel 2013, nella regione Afar dell’Etiopia, il nostro team di ricerca ha scoperto una rara mandibola fossile appartenente al nostro genere, Homo. Per risolvere il mistero di quando questo antenato umano ha vissuto sulla Terra, abbiamo cercato risposte negli strati di cenere vulcanica vicini. Usando la lente d’ingrandimento di un geologo, possiamo scansionare attentamente la cenere alla ricerca di minuscoli minerali che sono più piccoli di una singola spolverata su un biscotto di zucchero e che contengono la chiave per determinare l’età di un fossile.
Lavorare in questa parte dell’Etiopia è una bella avventura. È una regione dove 90 gradi Fahrenheit sembrano freschi, la polvere è un dato di fatto, l’acqua no, e un normale tragitto giornaliero include corse con gli struzzi e frenate per i cammelli mentre forgiamo percorsi attraverso il deserto. Ma questo paesaggio arido e ostile è uno dei luoghi più importanti al mondo per studiare quando e come i primi esseri umani hanno iniziato a camminare in posizione eretta, a usare strumenti e ad adattarsi ai loro ambienti mutevoli.
All’inizio, prima di avere mezzi più precisi per datare i fossili, geologi e paleontologi si affidavano a metodi di datazione relativi. Guardavano la posizione delle rocce sedimentarie per determinare l’ordine. Immagina il tuo cesto della biancheria – i vestiti sporchi che hai indossato lo scorso fine settimana siedono sul fondo, ma quelli di oggi sono in cima alla pila. Il concetto per le rocce sedimentarie è lo stesso. Le rocce più vecchie sono sul fondo, quelle più giovani sono in cima. I ricercatori hanno anche usato la biostratigrafia, che è lo studio di come i fossili appaiono, proliferano e scompaiono nel corso delle rocce, per stabilire le età relative. Ancora oggi usiamo questi metodi di datazione relativa come primo approccio per datare i fossili prima di assegnare un’età numerica, o assoluta.
Possiamo datare i fossili attuali? A volte.
Gli scienziati chiamati geocronologi sono esperti nella datazione di rocce e fossili, e spesso possono datare fossili più giovani di circa 50.000 anni usando la datazione al radiocarbonio. Questo metodo è stato usato per fornire date a tutti i tipi di materiale interessante come l’arte rupestre delle caverne e la cacca fossilizzata. Sfortunatamente, fossili come il nostro osso mascellare, così come i dinosauri esposti nella nuova mostra “Fossil Hall-Deep Time” allo Smithsonian’s National Museum of Natural History, sono troppo vecchi per la datazione al radiocarbonio. In questi casi, dobbiamo fare affidamento sulle rocce stesse. Noi datiamo le rocce e, per deduzione, possiamo datare i fossili.
La prima grande sfida è trovare il giusto tipo di rocce da raccogliere per le analisi di laboratorio. Siamo fortunati che la regione di Afar ha orizzonti di cenere vulcanica negli strati di roccia sedimentaria. Infatti, proprio sotto a dove è stato scoperto l’osso mascellare fossile, il nostro team ha trovato un nuovo strato di cenere vulcanica che abbiamo chiamato Gurumaha Tuff. La parola gurumaha nella lingua locale significa frullato, un riflesso della nostra mentalità nel caldo di 90 gradi del pomeriggio. In un certo senso, possiamo pensare agli strati di cenere vulcanica come a cronometri sepolti. Quando il vulcano erutta il timer parte, e noi usiamo tecniche di datazione assoluta per dire il tempo trascorso.
Le rocce vulcaniche contengono tipicamente minerali naturalmente radioattivi – i nostri zuccherini. Possiamo datare questi minerali usando tecniche basate sul decadimento radioattivo degli isotopi, che avviene a tassi noti. La misurazione degli isotopi coinvolge tipicamente laser e spettrometri di massa e talvolta anche reattori nucleari. Calcoliamo l’età usando il tasso di decadimento e le misure degli isotopi, che ci danno il tempo trascorso sul nostro cronometro.
Abbiamo datato con successo il Gurumaha Tuff a 2,82 milioni di anni datando il minerale feldspato naturalmente radioattivo. Poiché l’osso mascellare è stato eroso da sopra il Gurumaha Tuff, deve essere più giovane. Abbiamo calcolato che l’osso mascellare ha un’età compresa tra 2,80 e 2,75 milioni di anni, rendendolo il più antico fossile conosciuto del nostro genere Homo.
I geocronologi hanno un’abbondanza di strumenti a loro disposizione, ma ancora, alcune rocce e fossili risultano difficili da datare. Le innovazioni ai metodi di datazione esistenti stanno eliminando queste barriere. Per esempio, le revisioni di un metodo chiamato risonanza di spin degli elettroni permettono agli scienziati di datare fossili rari, come i denti degli ominidi, perché possono datare direttamente il fossile senza danneggiare visibilmente l’esemplare. Nell’Afar, gli scienziati stanno cercando di datare gli effettivi strati da cui i fossili si erodono, piuttosto che basarsi sulla presenza di cenere vulcanica. Questo ci direbbe più accuratamente l’età delle rocce contenenti fossili, e aprirebbe nuovi siti per l’esplorazione che mancano di tali strati.
I fossili abbracciano il tempo geologico da centinaia a miliardi di anni e sono scoperti in molti tipi di roccia e impostazioni. La scelta di una tecnica di datazione adatta è un passo critico per ottenere un’età significativa e accurata.
Gli scienziati hanno datato i fossili trovati nelle grotte sudafricane da 236.000 a 335.000 anni usando diversi geocronometri, compresa la luminescenza stimolata otticamente, uno strumento che ci permette di calcolare l’ultima volta che i sedimenti delle grotte sono stati esposti alla luce. Un altro metodo comune, la datazione all’uranio-piombo, si basa sul decadimento radioattivo dell’uranio e può essere usato per datare le rocce che contengono i più antichi fossili conosciuti sulla Terra – più di 3,5 miliardi di anni! Per contestualizzare, l’età della Terra è di 4,54 miliardi di anni, ma la nostra specie esiste solo da circa 300.000 anni.
L’età della Terra e l’origine della vita è quasi insondabile, ma la nuova Deep Time Hall dello Smithsonian è progettata per aiutarci a comprendere l’enormità della storia della Terra alla luce dei nostri impatti attuali. Il geologo del XVIII secolo James Hutton riconobbe che i processi geologici richiedono lunghe scale temporali, un concetto centrale per ciò che intendiamo con il termine tempo profondo. Lo scopo della geocronologia – datare rocce e fossili – è quello di intrecciare le date che otteniamo per raccontare la straordinaria storia del tempo profondo della Terra.