Это четвертая из пяти частей серии, написанной экспертами, которая была представлена на новой выставке в Зале окаменелостей Смитсоновского института - «Глубокое время», которая теперь выставлена в Национальном музее естественной истории. Полную серию можно найти, посетив наш специальный доклад Deep Time
«Ни одно ископаемое не похоронено с его свидетельством о рождении», - написал известный научный редактор Генри Джи в своем трактате 2000 года « В поисках глубокого времени» . Хотя это правда, окаменелости похоронены с большим количеством подсказок, которые позволяют нам реконструировать их историю. Множество методов абсолютного датирования позволило установить временные рамки истории Земли, включая возраст и происхождение жизни, время массового вымирания и историю эволюции человека.
В 2013 году в Эфиопии, регионе Афар, наша исследовательская группа обнаружила редкую ископаемую челюсть, принадлежащую нашему роду, Гомо . Чтобы разгадать тайну того, как этот человеческий предок жил на Земле, мы искали ответы на соседних слоях вулканического пепла. Используя увеличительное стекло геолога, мы можем тщательно сканировать пепел в поисках крошечных минералов, которые меньше, чем одна капля на сахарное печенье, и которые являются ключом к определению возраста ископаемого.
Работать в этой части Эфиопии - настоящее приключение. Это регион, где 90 градусов по Фаренгейту кажутся прохладными, пыль - это данность, вода - нет, и обычная ежедневная поездка на работу включает в себя скачки страусов и торможение для верблюдов, когда мы прокладываем пути через пустыню. Но этот бесплодный и враждебный ландшафт - одно из самых важных мест в мире для изучения того, когда и как рано люди начали ходить прямо, используя инструменты и адаптируясь к изменяющимся условиям.
В регионе Афар имеются слоистые осадочные породы, содержащие тонкий белый вулканический пепел, который мы могли бы использовать для датирования ископаемой челюсти. (Эрин ДиМаджио, Пеннский государственный университет) Раньше, прежде чем у нас были более точные способы датировать окаменелости, геологи и палеонтологи полагались на методы относительного датирования. Они смотрели на положение осадочных пород, чтобы определить порядок. Представьте себе свою корзину для белья - грязная одежда, которую вы носили на прошлых выходных, лежит внизу, а сегодняшний отдых на вершине кучи. Концепция осадочных пород та же самая. Старые камни находятся внизу, молодые - сверху. Исследователи также использовали биостратиграфию, которая является изучением того, как окаменелости появляются, размножаются и исчезают на протяжении всей записи, чтобы установить относительный возраст. Мы до сих пор используем эти методы относительного датирования в качестве первого подхода для датирования окаменелостей до назначения численного или абсолютного возраста.
Можем ли мы датировать настоящие окаменелости? Иногда.
Ученые, называемые геохронологами, являются экспертами по датировке горных пород и окаменелостей, и часто могут датировать окаменелости моложе, чем приблизительно 50 000 лет, используя радиоуглеродное датирование. Этот метод был использован, чтобы предоставить даты для всех видов интересных материалов, таких как наскальные рисунки и ископаемые корма. К сожалению, окаменелости, такие как наша челюстная кость, а также динозавры, которые можно увидеть в новой выставке «Зал окаменелости - глубокое время» в Смитсоновском национальном музее естественной истории, слишком стары для радиоуглеродных датировок. В этих случаях мы должны полагаться на сами камни. Мы датируем скалы и выводим, мы можем датировать окаменелости.
В Афаре, Эфиопия, редкая ископаемая челюстная кость, принадлежащая нашему роду, Homo была обнаружена нашей исследовательской группой в 2013 году. Чтобы разгадать тайну того, как этот человеческий предок жил на Земле, мы искали слои вулканического пепла для ответов. (Уильям Х. Кимбел, Университет штата Аризона) Первая большая задача состоит в том, чтобы найти правильный тип камней для сбора для лабораторного анализа. Нам повезло, что в Афарском регионе имеются горизонты вулканического пепла в слоях осадочных пород. Фактически, чуть ниже, где была обнаружена ископаемая челюстная кость, наша команда нашла новый слой вулканического пепла, который мы назвали туф Гурумаха. Слово гурумаха на местном языке означает молочный коктейль - отражение нашего мышления во время дневного зноя 90 градусов. В некотором смысле мы можем думать о слоях вулканического пепла как о захороненных секундомерах. Когда извергается вулкан, запускается таймер, и мы используем методы абсолютного датирования, чтобы определить прошедшее время.
Вулканические породы обычно содержат природные радиоактивные минералы - наши сахарные печенья окропляют. Мы можем датировать эти минералы, используя методы, основанные на радиоактивном распаде изотопов, который происходит с известной скоростью. Измерение изотопов обычно включает в себя лазеры и масс-спектрометры, а иногда даже ядерные реакторы. Мы рассчитываем возраст, используя скорость распада и измерения изотопов, что дает нам истекшее время на нашем секундомере.
Мы успешно датировали туф Гурумахи 2, 82 миллиона лет, датируя природно-радиоактивный минеральный полевой шпат. Поскольку челюстная кость размылась сверху туфа Гурумахи, она должна быть моложе. Мы подсчитали, что челюстной кости от 2, 80 до 2, 75 миллиона лет, что делает ее самым старым из известных окаменелостей нашего рода Homo .
Мы успешно датировали туф Гурумахи 2, 82 миллионами лет, датируя природно-радиоактивный минеральный полевой шпат (сверху, под микроскопом) (Эрин ДиМаджио, Университет штата Пенсильвания). Геохронологи имеют в своем распоряжении множество инструментов, но все же некоторые породы и окаменелости оказываются трудными на сегодняшний день. Инновации в существующие методы датирования устраняют эти барьеры. Например, пересмотр метода, называемого электронным спиновым резонансом, позволяет ученым датировать редкие окаменелости, такие как зубы гоминина, потому что они могут непосредственно датировать окаменелость без видимого повреждения образца. На Афаре ученые пытаются датировать фактические слои, из которых разрушаются окаменелости, вместо того, чтобы полагаться на присутствие вулканического пепла. Это более точно скажет нам возраст ископаемых пород и откроет новые месторождения для разведки, где таких слоев нет.
Окаменелости охватывают геологическое время от сотен до даже миллиардов лет и обнаружены во многих типах и условиях горных пород. Выбор подходящей техники знакомств является важным шагом для получения значимого и точного возраста.
Ученые датируют окаменелости, найденные в южноафриканских пещерах, между 236 000 и 335 000 лет, используя несколько различных геохронометров, включая оптически стимулированное свечение, инструмент, который позволяет нам вычислять последний раз, когда осадки пещеры подвергались воздействию света. Другой распространенный метод, датирование по уран-свинцу, основывается на радиоактивном распаде урана и может использоваться для датирования пород, содержащих самые древние из известных на Земле окаменелостей - возраст которых превышает 3, 5 миллиарда лет! Чтобы поместить это в контекст, возраст Земли составляет 4, 54 миллиарда лет, но наш вид существует только около 300 000 лет.
Возраст Земли и происхождение жизни почти непостижимы, но новый Глубокий Зал Смитсоновского института призван помочь нам осознать огромную историю Земли в свете наших сегодняшних воздействий. Геолог 18-го века Джеймс Хаттон признал, что геологические процессы требуют длительных периодов времени, концепция, которая является центральной для того, что мы подразумеваем под термином «глубокое время». Цель геохронологии - датировки камней и окаменелостей - состоит в том, чтобы сплести вместе даты, которые мы получаем, чтобы рассказать необычную историю глубокого времени Земли.
