Na atlantickém pobřeží Spojených států objevili archeologové lastury ústřic, které po sobě zanechali indiáni před více než 4000 lety. V Maroku paleontologové objevili pozůstatky dinosaura, který se po Zemi proháněl před 168 miliony let. V Yamalu bylo nalezeno dokonale zachovalé mládě mamuta Lyuba, které zemřelo před 40 000 lety. Jak jsou vědci schopni tak přesně určit jejich věk?
Při studiu pozůstatků z minulosti odborníci používají radiometrické datování, což je univerzální metoda, která zahrnuje počítání radioaktivních atomů určitých prvků, které jsou stále přítomny ve vzorku. Konkrétní studované prvky, stejně jako podrobnosti procesu, závisí na přibližném stáří objektu, který vědci doufají.
K dnešnímu dni lidské nebo zvířecí pozůstatky staré asi 50 000 let, vědci zkoumají hladiny uhlíku-14 ve vzorku. Tento izotop, nazývaný také radiokarbon, vzniká při srážce kosmického záření s dusíkem v zemské atmosféře, říká José Capriles, archeolog z Pennsylvania State University. Chemicky se uhlík-14 chová přesně jako jeho stabilní příbuzní (uhlík-12 a uhlík-13), což umožňuje rostlinám jej absorbovat během fotosyntézy a poté ho předávat dále potravním řetězcem.
Když jsou živí, zvířata a rostliny obvykle obsahují stejné úrovně uhlíku-14 jako jejich životní prostředí. Ale „když živé organismy zemřou, přestanou spotřebovávat a ukládat radiokarbon,“ říká Capriles, a „začíná proces radioaktivního rozpadu“, když se radioizotop přemění zpět na dusík. Vědci tedy porovnávají množství uhlíku-14 s hladinami uhlíku-12 a uhlíku-13, aby určili, kolik času uplynulo od smrti organismu.
Množství uhlíku-14 v mrtvém organismu klesá exponenciálně, přibližně na polovinu každých 5730 let. Jinými slovy, po 10460 16190 letech zůstane pouze čtvrtina původního radiokarbonu a po 14 XNUMX pouze osmina. Pomocí hmotnostního spektrometru mohou vědci snadno změřit zbývající množství uhlíku-XNUMX ve vzorku. Obtížnějším úkolem je odhadnout, jaké množství ho muselo být přítomno v prostředí v době, kdy byl organismus naživu.
Proces vzniku a rozpadu radiokarbonu.
“Solární erupce a další události mohou ovlivnit množství radiokarbonu v horních vrstvách atmosféry,” říká Capriles. “Musíme také vzít v úvahu mírně odlišné množství radiokarbonu v různých oblastech planety.” Na základě měření z letokruhů, ledových jader a dalších zdrojů vyvinuli vědci kalibrační křivky, které ukazují, jak se koncentrace uhlíku-14 v prostředí měnily v průběhu času. Severní polokoule, jižní polokoule a mořské prostředí mají oddělené kalibrační křivky, řekl Capriles. Aby dosáhl co nejpřesnějšího datování, on a další archeologové zvažují také faktory, které způsobují místní odchylky v atmosférickém radiokarbonu.
Capriles studuje nejstarší obyvatele Jižní Ameriky, kteří přišli ze severu a začali se šířit po celém kontinentu asi před 15 000 lety. Na každém archeologickém nalezišti on a jeho kolegové „chtějí jen vědět, kdy tam lidé byli,“ říká. „Jak dlouho tu zůstali? Jak intenzivně se usazovali?” Capriles dodává, že k rekonstrukci časové osy „neexistuje lepší způsob, než použít radiokarbonové datování“ na kostech, tkáních, semenech a jakémkoli jiném organickém materiálu, který lze nalézt. Pokud jsou ale nálezy starší než 50 000 let, pak se uhlík-14 v nich téměř úplně rozložil, takže se výzkumníci musí obrátit na prvky s delší životností.
Některé radioaktivní prvky, které pocházejí ze zemského pláště, se dostávají na povrch vulkanickými procesy a zachycují se v minerálech a krystalech v půdě a horninách. Například uran-235 a uran-238 během milionů let procházejí několikastupňovými rozpady na izotopy olova, díky čemuž jsou ideální pro paleontologii: výzkumníci mohou určit stáří vzorku měřením poměru olova k izotopům uranu.
Ale použít tuto metodu k datování fosílií tvorů, kteří žili před miliony let, jako jsou dinosauři, není snadné. “Samotné fosílie obvykle nelze přímo datovat,” říká Sarah Gibsonová, paleontoložka ze Saint Cloud State University, která studuje evoluci ryb během raného druhohorního období.
Fosilie vznikají různými procesy, z nichž nejběžnější se nazývá permineralizace. Když je mrtvý organismus pohřben pod zemí, permineralizace může zachovat jeho tvrdé části, jako jsou kosti. Jak voda proniká do zbytků, minerály z ní vyplňují mezery v kostech a formují se do krystalické struktury, která nakonec zcela nahradí organický materiál. V době, kdy minerály tvoří fosílii, již nejsou „čerstvé“ – uran v nich se již rozložil za miliony let.
Permineralizace dokáže proměnit dřevo v takovou krásu.
Pokus o přímé datování by vedl k falešnému výsledku – stáří organismu by se ukázalo být mnohem starší, než ve skutečnosti je. V důsledku toho se vědci musí “spoléhat na geologické formace, které jsou kolem nebo v blízkosti fosilií”, aby vypočítali jejich stáří, vysvětluje Gibson. Protože se fosilie obvykle nacházejí ve vrstvách sedimentárních hornin, paleontologové je mohou datovat zkoumáním minerálů nahoře nebo dole.
Zirkon, minerál běžně se vyskytující ve vyvřelých horninách, se zdá být zvláště prospěšný. Protože se zirkon tvoří v chladícím magmatu, jeho krystalová struktura obsahuje uran, ale ne olovo. Jakékoli olovo přítomné ve vzorku zirkonu tedy muselo pocházet z radioaktivního rozpadu uranu. Tato funkce umožňuje geologům datovat vulkanické toky, které jsou protkány vrstvami sedimentárních hornin a vytvářejí prehistorický vrstvený koláč. Jakékoli fosílie nalezené v sedimentárních horninách musí být mladší než ztuhlá láva nebo popel níže a starší než láva nahoře.
To vše je skvělé, ale co když v blízkosti fosilií nejsou žádné vrstvy popela nebo ztvrdlé lávy? “Není to vždy tak jednoduché,” říká Gibson. „V případě fosilií, na kterých jsem pracoval v Utahu, jsme se museli podívat na [skalní] vrstvy z Arizony [které již byly datovány] na sever a pokusit se [je] spojit s různými geologickými formacemi [v Utahu]. A pak můžeme získat odhad stáří fosílie na základě její relativní polohy.”
Krystal zirkonu pod elektronovým mikroskopem.
Tento přístup je velmi podobný studiu vrstvení jednoho okraje dortu, zatímco máte informace o druhém okraji. V jiných případech mohou vědci datovat fosilie pomocí blízkých „indexových fosilií“ druhů, o nichž je známo, že existovaly během specifického úzkého časového období. Další technika, magnetostratigrafie, studuje magnetické podpisy zanechané v horninách magnetickým polem Země, když byly ještě tekuté. S vědomím, že po ztuhnutí se magnetizace hornin již nemění, a také s vědomím, jak se magnetické pole měnilo v průběhu času, můžete zjistit datum vzniku těchto hornin, a tedy i fosílií vedle nich.
Přesnost a spolehlivost radiokarbonového datování i datování uran-olovo se v posledních desetiletích zlepšily, protože vědci zjistili více o minulosti Země. Výzkumníci například letos vydali velkou aktualizaci radiokarbonových kalibračních křivek. Od prvních zvířat až po vzestup lidské civilizace „všichni pracujeme společně, stavíme na vzájemném výzkumu, abychom dali dohromady celou historii života na Zemi,“ říká Gibson.
