Когда палеонтолог Мэри Швейцер обнаружила мягкую ткань в окаменелости тираннозавра рекса, ее открытие подняло очевидный вопрос: как эта ткань могла сохраняться так долго? Кости было 68 миллионов лет, и общепринятое мнение об окаменении состоит в том, что все мягкие ткани, от крови до мозга, разлагаются. Только твердые части, такие как кости и зубы, могут стать окаменелостями. Но у некоторых людей это открытие подняло другой вопрос. Откуда ученые знают, что костям действительно 68 миллионов лет?
Сегодняшние знания об ископаемых веках исходят в основном израдиометрического датирования, также известного как радиоактивное датирование. Радиометрическое датирование основано на свойствахизотоповЭто химические элементы, такие как углерод или уран, которые идентичны, за исключением одной ключевой особенности - количестванейтроновв их ядре.
Атомы могут иметь одинаковое количество протонов и нейтронов. Однако если нейтронов слишком много или слишком мало, атом нестабилен и отбрасывает частицы до тех пор, пока его ядро не достигнет стабильного состояния. Думайте о ядре как о пирамиде из строительных блоков. Если вы попытаетесь добавить дополнительные блоки к боковым сторонам пирамиды, они могут оставаться на месте некоторое время, но в конечном итоге они отпадут. То же самое верно, если вы уберете блок с одной из сторон пирамиды, сделав остальные неустойчивыми. В конце концов, некоторые блоки могут отпасть, оставив более стабильную структуру меньшего размера.
Результат подобен радиоактивным часам, которые тикают, когда нестабильные изотопы распадаются на стабильные. Вы не можете предсказать, когда конкретный нестабильный атом илиродительскийраспадется на стабильный атом илидочернийНо вы можете предсказать, сколько времени потребуется для распада большой группы атомов.период полураспада элемента - это время, за которое половина родительских атомов в образце становится дочерними.
Чтобы узнать время на этих радиоактивных часах, ученые используют устройство под названиеммасс-спектрометрдля измерения количества родительских и дочерних атомов.соотношение родителей и дочерей может сказать исследователю, сколько лет образцу. Чем больше родительских изотопов и чем меньше дочерних изотопов, тем моложе образец. Период полураспада измеряемого изотопа определяет, насколько он полезен при датировании очень старых образцов. Как только все родители стали дочерьми, больше нет оснований для сравнения двух изотопов. Ученые не могут сказать, остановились ли часы несколько дней или миллионы лет назад. Это означает, что изотопы с коротким периодом полураспада не годятся для определения возраста костей динозавров.
Короткий период полураспада - это только часть проблемы при датировании костей динозавров - исследователи также должны найти достаточное количество родительских и дочерних атомов для измерения. Читайте дальше, чтобы узнать, что нужно для определения возраста окаменелости и какое отношение к ней имеет вулканический пепел.
Свидание с осадочной породой
Наиболее широко известная форма радиометрического датирования - датирование по углероду-14. Это то, что археологи используют для определения возраста рукотворных артефактов. Но датирование по углероду-14 не работает с костями динозавров. Период полураспада углерода-14 составляет всего 5 730 лет, поэтому датирование по углероду-14 эффективно только для образцов возрастом менее 50 000 лет. С другой стороны, костям динозавров миллионы лет, а некоторым окаменелостям миллиарды лет. Чтобы определить возраст этих образцов, ученым нужен изотоп с очень длительным периодом полураспада. Некоторыми из изотопов, используемых для этой цели, являютсяуран-238, уран-235икалий-40, каждый из которых имеет период полураспада более миллиона лет.
К сожалению, этих элементов нет в самих окаменелостях динозавров. Каждый из них обычно существует вмагматическихпородах или породах, состоящих из остывшей магмы. Окаменелости же образуются восадочной породе - осадок быстро покрывает тело динозавра, а осадок и кости постепенно превращаются в горную породу. Но этот осадок обычно не содержит необходимых изотопов в измеримых количествах. Окаменелости не могут образовываться в магматических породах, которые обычно содержат изотопы. Экстремальные температуры магмы просто разрушили бы кости.
Поэтому, чтобы определить возраст слоев осадочных пород, исследователи сначала должны найти соседние слои Земли, содержащие изверженные породы, такие как вулканический пепел. Эти слои, как подставки для книг, дают начало и конец тому периоду времени, когда формировалась осадочная порода. Используя радиометрическое датирование для определения возраста магматическихскобок, исследователи могут точно определить возраст осадочных слоев между ними.
Используя основные идеи брекетинга и радиометрического датирования, исследователи определили возраст слоев горных пород по всему миру. Эта информация также помогла определить возраст самой Земли. В то время как самым древним известным горным породам на Земле около 3,5 миллиардов лет, исследователи обнаружили кристаллы циркона, возраст которых составляет 4,3 миллиарда лет. На основе анализа этих образцов ученые подсчитали, что самой Земле около 4,5 миллиардов лет. Кроме того, самым древним из известных лунных пород 4,5 миллиарда лет. Поскольку Луна и Земля, вероятно, образовались в одно и то же время, это подтверждает нынешнее представление о возрасте Земли.
Вы можете узнать больше об окаменелостях, динозаврах, радиометрическом датировании и связанных темах, прочитав ссылки ниже.
Другие методы знакомства
Радиометрическое датирование - не единственный метод определения возраста горных пород. Другие методы включают анализ аминокислот и измерение изменений магнитного поля объекта. Ученые также усовершенствовали стандартные радиометрические измерения. Например, с помощью лазера исследователи могут измерять родительские и дочерние атомы в очень малых количествах вещества, что позволяет определять возраст очень маленьких образцов.
Часто задаваемые вопросы о костях динозавров
Где были найдены самые древние окаменелости?
Самые древние окаменелости, микроскопические по своей природе, были обнаружены в породе возрастом 3,5 миллиарда лет в Западной Австралии.
Динозаврам миллионы лет?
В конце мелового периода динозавры вымерли. Это было около 65 миллионов лет назад. Считается, что динозавры ходили по Земле около 165 миллионов лет.
Как рассчитывается ископаемый возраст?
Возраст ископаемых определяется двумя методами: относительным датированием и абсолютным датированием. При относительном датировании окаменелости сравнивают с аналогичными окаменелостями и горными породами, возраст которых известен. С другой стороны, абсолютное датирование используется для расчета точного возраста окаменелостей с помощью радиометрического датирования. Этот процесс измеряет распад изотопов внутри окаменелости или породы, чтобы определить их точный возраст.
В костях динозавров были обнаружены мягкие ткани?
Да. Хотя мягкие ткани встречаются редко, потому что они разлагаются, ученые и раньше находили неповрежденные мягкие ткани в костях динозавров. Знаменитый случай, когда американский палеонтолог Мэри Швейцер из Университета штата Северная Каролина обнаружила коллагеновые волокна в окаменевшей кости ноги тираннозавра.