Archeologische vondsten wereldwijd hebben onderzoekers geholpen het verhaal van menselijke evolutie en migratie in te vullen. Een essentieel stuk informatie in dit onderzoek is het tijdperk van de fossielen en artefacten. Hoe bepalen wetenschappers hun leeftijd? Hier zijn meer details over enkele van de methoden die zijn gebruikt om objecten te dateren die zijn besproken in "The Great Human Migration" ( Smithsonian, juli 2008):
gerelateerde inhoud
- De grote menselijke migratie
Coprolites, Paisley 5 Mile Point Caves, Oregon
Leeftijd: ~ 14.300 jaar oud
Methode: koolstofdatering
In een grot in Oregon vonden archeologen botten, plantenresten en coprolieten - gefossiliseerde ontlasting. DNA dat in de coprolieten achterbleef, gaf hun menselijke oorsprong aan, maar niet hun leeftijd. Daarvoor keken de wetenschappers naar de koolstof in de oude mest.
Per definitie heeft elk atoom van een bepaald element een specifiek aantal protonen in zijn kern. Het element koolstof heeft bijvoorbeeld zes protonen. Maar het aantal neutronen in de kern kan variëren. Deze verschillende vormen van een element - isotopen genoemd - zijn inherent stabiel of instabiel. De laatste worden radioactieve isotopen genoemd en na verloop van tijd zullen ze vervallen, waarbij deeltjes (neutronen of protonen) en energie (straling) vrijkomen en daardoor in een ander isotoop of element veranderen. Ze doen dit met een constante snelheid die de "halfwaardetijd" van een isotoop wordt genoemd.
De meeste koolstof komt in de stabiele vormen van koolstof-12 (zes protonen, zes neutronen) of koolstof-13, maar een zeer kleine hoeveelheid (ongeveer 0, 0000000001%) bestaat als de radioactieve koolstof-14 (zes protonen, acht neutronen). Levende planten en dieren nemen koolstof-14 op, samen met de andere koolstofisotopen, maar wanneer ze sterven en hun metabolische functies ophouden, nemen ze op met het absorberen van koolstof. Na verloop van tijd vervalt de koolstof-14 in stikstof-14; de helft doet dit na ongeveer 5.730 jaar (dit is de halfwaardetijd van de isotoop). Na ongeveer 60.000 jaar is alle koolstof-14 verdwenen.
Alles dat ooit deel uitmaakte van een levend object - zoals houtskool, hout, bot, stuifmeel of de coprolieten in Oregon - kan naar een laboratorium worden gestuurd waar wetenschappers meten hoeveel koolstof-14 er nog over is. Omdat ze weten hoeveel er in de atmosfeer zou zijn geweest en daarom hoeveel iemand zou hebben geabsorbeerd toen ze leefden, kunnen ze berekenen hoe lang het geleden is sinds de dood of de depositie. De coprolieten waren gemiddeld ongeveer 14.300 jaar oud en behoren tot de oudste menselijke resten in Noord- en Zuid-Amerika.
Mensachtige schedels, Herto, Ethiopië
Leeftijd: ~ 154.000 tot 160.000 jaar oud
Methode: argon-argon dating
Een team van wetenschappers die in 1997 in Ethiopië groeven, vonden stenen werktuigen, de fossiele overblijfselen van verschillende diersoorten, waaronder nijlpaarden en drie mensachtige schedels. Hoe oud waren zij? De organische resten waren te oud voor koolstof-14-datering, dus het team koos voor een andere methode.
Radiokoolstofdatering werkt goed voor sommige archeologische vondsten, maar het heeft beperkingen: het kan worden gebruikt om alleen organische materialen te dateren die minder dan ongeveer 60.000 jaar oud zijn. Er zijn echter andere radioactieve isotopen die kunnen worden gebruikt om niet-organische materialen (zoals rotsen) en oudere materialen (tot miljarden jaren oud) te dateren.
Een van deze radio-isotopen is kalium-40, dat voorkomt in vulkanisch gesteente. Nadat het vulkanische gesteente is afgekoeld, vervalt het kalium-40 in argon-40 met een halfwaardetijd van 1, 25 miljard jaar. Het is mogelijk om de verhouding kalium-40 tot argon-40 te meten en de leeftijd van een rots te schatten, maar deze methode is onnauwkeurig. Wetenschappers ontdekten echter in de jaren zestig dat ze een rotsmonster konden bestralen met neutronen en daarmee de kalium-40 omzetten in argon-39, een isotoop die normaal niet in de natuur voorkomt en gemakkelijker te meten is. Hoewel ingewikkelder, levert dit proces nauwkeurigere datums op. Bijvoorbeeld, wetenschappers van de Universiteit van Californië in Berkeley waren in staat om monsters te dateren uit de 79 AD uitbarsting van de vulkaan Vesuvius tot binnen zeven jaar na het evenement.
Omdat de mensachtige schedels en andere artefacten die in Herto werden gevonden niet direct konden worden gedateerd - het organische materiaal was al lang gefossiliseerd - voerden de onderzoekers in plaats daarvan hun analyse uit op vulkanisch gesteente dat was ingebed in het zandsteen nabij de fossielen. De rots was ongeveer 154.000 tot 160.000 jaar oud, waardoor de schedels de oudste nog te vinden Homo sapiens zijn.
Gegraveerde oker stenen, Blombos grot, Zuid-Afrika
Leeftijd: ~ 77.000 jaar oud
Methode: thermoluminescentiedatering
Een opgraving van een kustgrot in Zuid-Afrika onthulde twee objecten die duidelijk door de mens waren gemaakt - stukken oker steen geëtst met een kriskras patroon. Noch de stenen, noch de rots waarin ze werden begraven, waren echter vulkanisch van oorsprong, dus de onderzoekers kozen een andere methode om hun leeftijd te bepalen: thermoluminescentie.
Net als bij argon-argon-datering begint de thermoluminescentieklok ook met de laatste keer dat een rots werd verwarmd tot een hoge temperatuur. De extreme hitte elimineert elektronen die zijn opgeslagen in bepaalde kristallen - zoals kwarts en veldspaat - in de rots. Na verloop van tijd vangen de kristallen elektronen op die worden geproduceerd door sporen van radioactieve atomen in de omgeving. Door de rots opnieuw te verwarmen, kunnen wetenschappers de opgeslagen energie vrijgeven, die wordt afgegeven als licht en "thermoluminescentie" wordt genoemd. De intensiteit van het licht geeft aan hoe lang het geleden is dat de rots voor het laatst werd verwarmd.
Net als de schedels van Herto konden de leeftijd van de gebeeldhouwde okerstenen uit de grot van Blombos niet direct worden bepaald. In dezelfde rotslaag als de okers bevonden zich echter stukken gebrande steen, die waarschijnlijk even oud waren als de okers en ideaal voor thermoluminescentiedatering. De gebrande steen, zo werd onthuld, was ongeveer 77.000 jaar oud, wat de okers tot een van de oudste stukken van abstract ontwerp maakte om te ontdekken.
