Какие существуют методы датирования окаменелостей?

Изучение окаменелостей (останков или следов живых существ прошлого, сохранившихся в горных породах и отложениях) необходимо для понимания эволюции жизни на Земле. Чтобы определить их возраст, ученые используют несколько методов датировки. Вот основные из них.

Относительное датирование

Этот метод использует относительное положение окаменелостей в слоях осадочных пород для определения их приблизительного возраста. Он основан на принципе наложения: по мере отложения осадочных пород самые древние слои оказываются внизу, а самые поздние - вверху. Поэтому окаменелости в этих слоях также датируются в соответствии с их относительным положением в слоях отложений. Согласно этой логике, окаменелость, найденная в более глубоком слое, чем другая окаменелость, вероятно, старше последней.

Однако, как следует из названия, относительная датировка не дает точной даты для ископаемого, а только определяет его возраст в пределах временного периода относительно других ископаемых. Тем не менее она полезна для установления хронологической последовательности. Для получения более точной датировки необходимо использовать методы абсолютного датирования, такие как радиометрическое датирование.

Они позволяют определить возраст ископаемого путем определения количества присутствующих в нем радиоактивных изотопов. Эти изотопы называются радиоактивными, потому что они нестабильны и могут разлагаться, испуская излучение, и превращаться в стабильные изотопы. Мы знаем, что радиоактивные изотопы со временем распадаются с постоянной и предсказуемой скоростью. Исследователи могут рассчитать их период полураспада, то есть время, необходимое для естественного распада половины атомов. Учитывая количество радиоактивных изотопов, оставшихся в образце окаменелости, и зная период полураспада изотопа, ученые могут определить точный возраст окаменелости.

Углерод-14

Существует несколько радиометрических методов. Самый известный из них - датирование по углероду-14. Он используется для датирования органических образцов, таких как окаменелости растений или животных. Углерод-14 - это радиоактивный изотоп углерода, который естественным образом образуется в атмосфере Земли. Растения и животные поглощают его в течение своей жизни, дыша и принимая пищу. После смерти количество углерода-14 в их телах начинает уменьшаться, поскольку он медленно распадается на стабильный азот-14. Период полураспада углерода-14 составляет около 5 700 лет, что означает, что через это время половина первоначального углерода-14 превратится в азот-14.

Учитывая количество углерода-14, оставшегося в ископаемом образце, и зная период полураспада изотопа, ученые могут определить примерный возраст образца. Этот метод используется для датировки образцов возрастом до 50 000 лет, что делает его особенно полезным для окаменелостей четвертичного периода, включая окаменелости доисторических людей.

Калий-аргоновый метод

Калий-аргоновое (K-Ar) датирование - это еще один метод радиометрического датирования, используемый для датировки горных пород и минералов. Он основан на радиоактивном распаде калия-40 до аргона-40, процессе, который происходит с постоянной и предсказуемой скоростью с течением времени. Период полураспада калия-40 составляет около 1,3 миллиарда лет, что означает, что для распада половины исходного калия-40 в аргон-40 требуется около 1,3 миллиарда лет.

Используя сложные лабораторные методы, ученые могут измерить количество калия-40 и аргона-40 в образце породы или минерала и рассчитать возраст образца, используя период полураспада калия-40. Этот метод можно использовать для датирования образцов горных пород и минералов с возрастом от нескольких тысяч лет до миллиардов лет. Он особенно полезен для определения возраста вулканических пород, поскольку калий-40 в изобилии содержится в вулканическом пепле и лаве. Он также используется для определения возраста окаменелостей гоминид и других ископаемых, найденных в скальных породах.

Уран-ториевое датирование

Уран-ториевое датирование - это третий метод, основанный на радиоактивном распаде урана-238 до тория-234 и урана-235 до тория-231. Он используется для датирования минеральных образцов, таких как кораллы, сталактиты и сталагмиты.

Кораллы и известняковые образования образуются в результате поглощения морской воды, содержащей небольшое количество урана. Со временем уран распадается на торий, который затем задерживается в кристаллической структуре коралла или известняка. Определив количество урана и тория в образце, ученые могут рассчитать возраст образца.

Уран-ториевое датирование особенно полезно для датирования образцов с длиной периода в несколько сотен тысяч лет. Этот метод также используется для датирования известняковых образований в пещерах. Это может дать информацию об изменениях уровня грунтовых вод, температуры и химического состава с течением времени. В целом, этот метод позволяет ученым понять геологическую и экологическую историю Земли.

Термолюминесценция

Термолюминесцентное датирование используется для определения возраста некоторых материалов, таких как керамика, камни, кирпичи и плитка, которые были нагреты до высокой температуры во время их изготовления или использования. Этот метод основан на том, что кристаллы в этих материалах накапливают энергию при воздействии ионизирующего излучения, такого как космические лучи и гамма-лучи, в окружающей среде.

Когда материалы нагреваются, энергия высвобождается в виде света в процессе, называемом "термолюминесценция", отсюда и название метода. По количеству света, испускаемого образцом при нагревании до определенной температуры, ученые могут определить, сколько энергии получили кристаллы образца с момента последнего воздействия тепла.

Таким образом, термолюминесцентное датирование может быть использовано для оценки возраста материала путем определения времени, прошедшего с момента последнего воздействия тепла. Этот метод может быть использован для датирования материалов, нагретых до температуры около 500 °C. Он также позволяет определить возраст до 500 000 лет.

Датирование с помощью электронного спинового резонанса

В заключение мы рассмотрим еще один метод: датировка электронным спиновым резонансом. Для определения возраста материалов используется измерение энергетических уровней электронов, попавших в ловушку. Этот метод позволяет датировать зубы, кости, яичную скорлупу, зерна кварца и даже минералы, такие как кальцит.

Когда космические лучи попадают на Землю, они создают захваченные электроны в минералах и органических материалах. Затем эти электроны оказываются в дефектах кристалла, таких как дефекты цвета или в пустотах в органических материалах. Они обладают определенной энергией, которую можно измерить с помощью электронного спинового резонанса.

Датирование с помощью электронного спинового резонанса может использоваться для датирования образцов возрастом от 50 000 до 2,5 миллиона лет. Этот метод особенно полезен для определения возраста ископаемых зубов и костей доисторических животных и ископаемой яичной скорлупы. Он также может использоваться для изучения экологических и геологических процессов.