Jest to czwarta część z pięcioczęściowej serii napisanej przez ekspertów przedstawionych na nowej wystawie Smithsonian Hall of Fossils-Deep Time, którą można obecnie oglądać w Narodowym Muzeum Historii Naturalnej. Pełną serię można znaleźć, odwiedzając nasz Raport Specjalny Czasu Głębokiego
„Żadna skamielina nie jest pochowana wraz z aktem urodzenia”, napisał znany redaktor naukowy Henry Gee w swojej rozprawie z 2000 r. zatytułowanej W poszukiwaniu czasu głębokiego. Choć to prawda, skamieniałości są pochowane z wieloma wskazówkami, które pozwalają nam zrekonstruować ich historię. Szereg technik datowania bezwzględnego umożliwił ustalenie skali czasowej historii Ziemi, w tym wieku i pochodzenia życia, czasu masowych wymierań oraz zapisu ewolucji człowieka.
W 2013 r. w etiopskim regionie Afar nasz zespół badawczy odkrył rzadką kopalną kość szczękową należącą do naszego rodzaju, Homo. Aby rozwiązać zagadkę, kiedy ten przodek człowieka żył na Ziemi, poszukaliśmy odpowiedzi w pobliskich warstwach popiołu wulkanicznego. Używając lupy geologa, możemy dokładnie przeskanować popiół w poszukiwaniu maleńkich minerałów, które są mniejsze niż pojedyncza posypka na cukrowym ciasteczku, a które stanowią klucz do określenia wieku skamieliny.
Praca w tej części Etiopii to prawdziwa przygoda. Jest to region, w którym temperatura 90 stopni Fahrenheita wydaje się chłodna, kurz jest czymś oczywistym, woda nie, a normalny codzienny dojazd do pracy obejmuje ściganie strusi i hamowanie przed wielbłądami, gdy wykuwamy ścieżki przez pustynię. Ale ten jałowy i nieprzyjazny krajobraz jest jednym z najważniejszych miejsc na świecie do badania, kiedy i jak pierwsi ludzie zaczęli chodzić w pozycji pionowej, używać narzędzi i dostosowywać się do zmieniającego się środowiska.
Wcześniej, zanim mieliśmy bardziej precyzyjne środki do datowania skamieniałości, geolodzy i paleontolodzy polegali na względnych metodach datowania. Patrzyli na pozycję skał osadowych, by określić ich kolejność. Wyobraź sobie swój kosz na pranie – brudne ubrania, które nosiłeś w ostatni weekend, siedzą na dole, ale dzisiejsze spoczywają na szczycie stosu. Koncepcja dla skał osadowych jest taka sama. Starsze skały znajdują się na dnie, młodsze na górze. Naukowcy używali również biostratygrafii, czyli badania, w jaki sposób skamieniałości pojawiają się, rozmnażają i znikają w zapisie skalnym, aby ustalić względny wiek. Nadal używamy tych względnych metod datowania jako pierwszego podejścia do datowania skamieniałości przed przypisaniem im wieku numerycznego lub absolutnego.
Czy możemy datować rzeczywiste skamieniałości? Czasami.
Naukowcy zwani geochronologami są ekspertami w datowaniu skał i skamieniałości, i często mogą datować skamieniałości młodsze niż około 50 000 lat za pomocą datowania radiowęglowego. Metoda ta została wykorzystana do ustalenia dat dla wszelkiego rodzaju interesujących materiałów, takich jak sztuka naskalna w jaskiniach i skamieniała kupa. Niestety, skamieniałości takie jak nasze kości szczękowe, a także dinozaury prezentowane 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 przez wnioskowanie, możemy datować skamieniałości.
Pierwszym dużym wyzwaniem jest znalezienie odpowiedniego rodzaju skał do zebrania do analizy laboratoryjnej. Mamy szczęście, że w regionie Afar występują horyzonty popiołu wulkanicznego w osadowych warstwach skalnych. W rzeczywistości, tuż poniżej miejsca, w którym odkryto skamieniałą kość szczękową, nasz zespół znalazł nową warstwę popiołu wulkanicznego, którą nazwaliśmy Tufem Gurumaha. Słowo gurumaha w lokalnym języku oznacza koktajl mleczny – co odzwierciedla nasz sposób myślenia w 90-stopniowym popołudniowym upale. W pewnym sensie, możemy myśleć o warstwach popiołu wulkanicznego jak o zakopanych stoperach. Kiedy wulkan wybucha, zaczyna odmierzać czas, a my używamy technik datowania bezwzględnego, by określić upływający czas.
Skały wulkaniczne zazwyczaj zawierają naturalnie radioaktywne minerały – naszą posypkę do ciasteczek. Możemy datować te minerały używając technik opartych na radioaktywnym rozpadzie izotopów, który zachodzi w znanym tempie. Pomiar izotopów zwykle wymaga użycia laserów i spektrometrów masowych, a czasem nawet reaktorów jądrowych. Obliczamy wiek na podstawie tempa rozpadu i pomiarów izotopów, co daje nam czas, jaki upłynął na naszym stoperze.
Pomyślnie datowaliśmy wiek tufu Gurumaha na 2,82 miliona lat poprzez datowanie naturalnie radioaktywnego minerału skalenia. Ponieważ kość szczękowa erodowała z góry tufu Gurumaha, musi być młodsza. Obliczyliśmy, że kość szczękowa ma od 2,80 do 2,75 miliona lat, co czyni ją najstarszą znaną skamieniałością naszego rodzaju Homo.
Geochronolodzy mają do dyspozycji mnóstwo narzędzi, ale mimo to, niektóre skały i skamieniałości okazują się trudne do datowania. Innowacje w istniejących metodach datowania eliminują te bariery. Na przykład, zmiany w metodzie zwanej elektronowym rezonansem spinowym pozwalają naukowcom na datowanie rzadkich skamieniałości, takich jak zęby homininów, ponieważ mogą bezpośrednio datować skamieniałość bez widocznego uszkodzenia okazu. W Afar naukowcy starają się datować warstwy, z których pochodzą skamieniałości, zamiast polegać na obecności popiołu wulkanicznego. Pozwoliłoby to dokładniej określić wiek skał zawierających skamieniałości i otworzyć nowe tereny do badań, na których nie ma takich warstw.
Skamieniałości rozciągają się w czasie geologicznym od setek do nawet miliardów lat i są odkrywane w wielu typach skał i ustawieniach. Wybór odpowiedniej techniki datowania jest krytycznym krokiem do uzyskania znaczącego i dokładnego wieku.
Naukowcy datowali skamieniałości znalezione w południowoafrykańskich jaskiniach na okres od 236 000 do 335 000 lat przy użyciu kilku różnych geochronometrów, w tym optycznie stymulowanej luminescencji, narzędzia, które pozwala nam obliczyć ostatni raz, kiedy osady jaskiniowe były wystawione na działanie światła. Inna popularna metoda, datowanie uranowo-ołowiowe, polega na radioaktywnym rozpadzie uranu i może być stosowana do datowania skał zawierających najstarsze znane skamieniałości na Ziemi – mające ponad 3,5 miliarda lat! Aby umieścić to w kontekście, wiek Ziemi wynosi 4,54 miliarda lat, ale nasz gatunek istnieje dopiero od około 300 000 lat.
Wiek Ziemi i pochodzenie życia są prawie niezgłębione, ale nowa Sala Czasu Głębokiego w Smithsonian ma pomóc nam pojąć ogrom historii Ziemi w świetle naszych obecnych wpływów. Osiemnastowieczny geolog James Hutton uznał, że procesy geologiczne wymagają długich okresów czasu, co jest pojęciem kluczowym dla terminu „głęboki czas”. Celem geochronologii – datowania skał i skamieniałości – jest połączenie dat, które uzyskujemy, by opowiedzieć niezwykłą historię głębokiego czasu Ziemi.