Dit is de vierde in een vijfdelige serie geschreven door experts in de nieuwe Hall of Fossils - Deep Time-tentoonstelling van het Smithsonian, nu te zien in het National Museum of Natural History. De volledige serie is te vinden in ons Deep Time Special Report
"Geen fossiel is begraven met zijn geboorteakte", schreef de gerenommeerde wetenschapsredacteur Henry Gee in zijn verhandeling uit 2000, In Search of Deep Time . Hoewel waar, fossielen zijn begraven met veel aanwijzingen die ons in staat stellen hun geschiedenis te reconstrueren. Een reeks absolute dateringstechnieken heeft het mogelijk gemaakt om de tijdschaal van de geschiedenis van de aarde vast te stellen, inclusief de leeftijd en oorsprong van het leven, de timing van massale uitstervingen en het verslag van de menselijke evolutie.
In 2013 ontdekte ons onderzoeksteam in de Afar-regio van Ethiopië een zeldzaam fossiel kaakbeen van ons geslacht Homo . Om het mysterie op te lossen van toen deze menselijke voorouder op aarde leefde, zochten we naar nabijgelegen vulkanische aslagen voor antwoorden. Met behulp van het vergrootglas van een geoloog kunnen we de as zorgvuldig scannen op zoek naar kleine mineralen die kleiner zijn dan een enkele strooi op een suikerkoekje en die de sleutel vormen tot het bepalen van de leeftijd van een fossiel.
Werken in dit deel van Ethiopië is een heel avontuur. Het is een regio waar 90 graden Fahrenheit cool lijkt, stof een gegeven is, water niet, en een normaal dagelijks woon-werkverkeer omvat racende struisvogels en remmen voor kamelen terwijl we paden door de woestijn smeden. Maar dit dorre en vijandige landschap is een van de belangrijkste locaties ter wereld om te bestuderen wanneer en hoe vroege mensen rechtop begonnen te lopen, hulpmiddelen gebruikten en zich aan hun veranderende omgevingen aanpasten.
Het Afar-gebied heeft gelaagde sedimentaire rotsen, die dunne witte vulkanische as bevatten die we konden gebruiken om het fossiele kaakbot te dateren. (Erin DiMaggio, Penn State University) Vroeger, voordat we preciezere middelen hadden om fossielen te dateren, vertrouwden geologen en paleontologen op relatieve dateringsmethoden. Ze keken naar de positie van sedimentair gesteente om de orde te bepalen. Stel je je wasmand voor - de vuile kleren die je afgelopen weekend droeg, zitten onderaan, maar de rust van vandaag bovenop de stapel. Het concept voor sedimentair gesteente is hetzelfde. Oudere rotsen liggen onderaan, jongere bovenaan. Onderzoekers gebruikten ook biostratigrafie, wat de studie is van hoe fossielen verschijnen, zich vermenigvuldigen en verdwijnen in het rotsrecord om relatieve leeftijden vast te stellen. We gebruiken deze relatieve dateringsmethoden nog steeds als een eerste benadering voor het dateren van fossielen voorafgaand aan het toekennen van een numerieke of absolute leeftijd.
Kunnen we echte fossielen dateren? Soms.
Wetenschappers die geochronologen worden genoemd, zijn experts in het dateren van gesteenten en fossielen en kunnen vaak fossielen dateren jonger dan ongeveer 50.000 jaar oud met behulp van koolstofdatering. Deze methode is gebruikt om data te voorzien voor allerlei interessant materiaal, zoals grotsteenkunst en gefossiliseerde kak. Helaas zijn fossielen zoals ons kaakbeen, evenals de dinosaurussen die te zien zijn in de nieuwe tentoonstelling "Fossil Hall — Deep Time" in het Smithsonian's National Museum of Natural History, gewoon te oud voor datering met koolwaterstoffen. In deze gevallen moeten we op de rotsen zelf vertrouwen. We dateren de rotsen en door de conclusie kunnen we de fossielen dateren.
In Afar, Ethiopië, een zeldzaam fossiel kaakbot dat tot ons geslacht behoort, werd Homo in 2013 ontdekt door ons onderzoeksteam. Om het mysterie op te lossen van wanneer deze menselijke voorouder op aarde leefde, keken we naar vulkanische aslagen voor de antwoorden. (William H. Kimbel, Arizona State University) De eerste grote uitdaging is om het juiste soort rotsen te vinden om te verzamelen voor laboratoriumanalyse. We hebben het geluk dat de Afar-regio vulkanische as-horizonten heeft in de sedimentaire rotslagen. In feite, net onder de plaats waar het fossiele kaakbot werd ontdekt, vond ons team een nieuwe vulkanische aslaag die we de Gurumaha Tuff noemden. Het woord gurumaha in de lokale taal betekent milkshake - een weerspiegeling van onze denkwijze in de middaghitte van 90 graden. In zekere zin kunnen we vulkanische aslagen beschouwen als begraven stopwatches. Wanneer de vulkaan uitbreekt, begint de timer en gebruiken we absolute dateringstechnieken om de verstreken tijd te vertellen.
Vulkanische rotsen bevatten doorgaans van nature radioactieve mineralen - onze hagelslag van suiker. We kunnen deze mineralen dateren met behulp van technieken die gebaseerd zijn op het radioactieve verval van isotopen, dat plaatsvindt met bekende snelheden. Het meten van isotopen omvat meestal lasers en massaspectrometers en soms zelfs nucleaire reactoren. We berekenen de leeftijd met behulp van de vervalsnelheid en isotopenmetingen, die ons de verstreken tijd op onze stopwatch geven.
We hebben met succes de Gurumaha Tuff gedateerd tot 2, 82 miljoen jaar oud door te daten met de natuurlijk radioactieve minerale veldspaat. Omdat het kaakbot van boven de Gurumaha Tuff is geërodeerd, moet het jonger zijn. We hebben berekend dat het kaakbot tussen 2, 80 en 2, 75 miljoen jaar oud is, waardoor het het oudste bekende fossiel van ons geslacht Homo is .
We hebben met succes de Gurumaha Tuff gedateerd tot 2, 82 miljoen jaar oud door te daten met de natuurlijk radioactieve minerale veldspaat, (hierboven bekeken met een microscoop.) (Erin DiMaggio, Penn State University.) Geochronologen hebben een overvloed aan hulpmiddelen tot hun beschikking, maar toch zijn sommige rotsen en fossielen moeilijk te dateren. Innovaties in bestaande dateringsmethoden nemen deze barrières weg. Herzieningen van een methode die elektronspinresonantie wordt genoemd, stellen wetenschappers bijvoorbeeld in staat om zeldzame fossielen te dateren, zoals homininetanden, omdat ze het fossiel direct kunnen dateren zonder het specimen zichtbaar te beschadigen. In de Verar proberen wetenschappers te dateren uit de werkelijke lagen waaruit de fossielen eroderen, in plaats van te vertrouwen op de aanwezigheid van vulkanische as. Dit zou ons nauwkeuriger de leeftijd van fossieldragende rotsen vertellen en nieuwe veldsites openen voor exploratie die dergelijke lagen missen.
Fossielen bestrijken geologische tijd van honderden tot zelfs miljarden jaren en worden in vele gesteentetypes en omgevingen ontdekt. Het selecteren van een geschikte dateringstechniek is een cruciale stap om een zinvolle en nauwkeurige leeftijd te verkrijgen.
Wetenschappers hebben gedateerde fossielen gevonden in Zuid-Afrikaanse grotten tot tussen de 236.000 tot 335.000 jaar oud met behulp van verschillende geochronometers, waaronder optisch gestimuleerde luminescentie, een hulpmiddel waarmee we de laatste keer kunnen berekenen dat grotafzettingen werden blootgesteld aan licht. Een andere veel voorkomende methode, datering met uranium-lood, is gebaseerd op het radioactieve verval van uranium en kan worden gebruikt om stenen te dateren met de oudste bekende fossielen op aarde - ouder dan 3, 5 miljard jaar oud! Om dat in context te plaatsen, de leeftijd van de aarde is 4, 54 miljard jaar, maar onze soort bestaat pas ongeveer 300.000 jaar.
De leeftijd van de aarde en de oorsprong van het leven is bijna ondoorgrondelijk, maar de nieuwe Deep Time Hall van het Smithsonian is ontworpen om ons te helpen de enorme omvang van de geschiedenis van de aarde te begrijpen in het licht van onze huidige impact. De 18e-eeuwse geoloog James Hutton erkende dat geologische processen lange tijdschalen vereisen, een concept dat centraal staat in wat we bedoelen met de term diepe tijd. Het doel van geochronologie - dateren van rotsen en fossielen - is om de data die we verkrijgen samen te weven om het buitengewone verhaal van de diepe tijd van de aarde te vertellen.
