• Thursday July 18,2019

Alles Wissenswerte über ... Wissenschaftliche Dating-Methoden

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Wenn es darum geht, das Alter von Dingen zu bestimmen, die Wissenschaftler aus dem Boden graben, sei es Fossil oder Artefakt, „gibt es gute und schlechte Daten und hässliche Daten“, sagt der Paläoanthropologe John Shea von der Stony Brook University.

Die guten Daten werden mit mindestens zwei verschiedenen Methoden bestätigt, wobei im Idealfall für jede Methode mehrere unabhängige Prüflabore erforderlich sind, um die Ergebnisse zu überprüfen. Manchmal ist nur eine Methode möglich, die das Vertrauen der Forscher in die Ergebnisse verringert.

Und hässliche Termine?

"Sie basieren auf" es ist so alt, weil ich es sage ", ein populärer Ansatz von einigen meiner älteren Kollegen", sagt Shea lachend. "Obwohl ich finde, dass ich es selbst mag, wenn ich mehr bekomme graue Haare."

Abgesehen davon ist die Datierung eines Funds entscheidend für das Verständnis seiner Bedeutung und ihrer Beziehung zu anderen Fossilien oder Artefakten. Methoden lassen sich in zwei Kategorien einteilen: relativ oder absolut.


Alles ist relativ

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Bevor genauere absolute Datierungswerkzeuge möglich waren, verwendeten die Forscher verschiedene vergleichende Ansätze, die als relative Datierung bezeichnet wurden. Diese Methoden, von denen einige noch heute verwendet werden, stellen nur eine ungefähre Stelle innerhalb einer zuvor festgelegten Sequenz dar: Betrachten Sie sie als Ordnung und nicht als Datierung.

Biostratigraphie: Eine der ersten und grundlegendsten wissenschaftlichen Datierungsmethoden ist auch eine der einfachsten zu verstehen. Schichten aus Stein bauen sich übereinander auf - finden Sie ein Fossil oder ein Artefakt in einer Schicht, und Sie können vernünftigerweise davon ausgehen, dass es älter ist als alles andere. Paläontologen verwenden häufig noch Biostratigraphie, um Fossilien zu datieren, oft in Kombination mit Paläomagnetismus und Tephrochronologie. Eine Untermethode der Biostratigraphie ist die Faunenassoziation: Manchmal können Forscher ein raues Alter für ein Fossil auf der Grundlage des etablierten Alters einer anderen Fauna aus derselben Schicht bestimmen - insbesondere die Mikrofauna, die sich schneller entwickelt und kürzere Spannweiten im Fossilienbestand für jede Art erzeugt.

Paläomagnetismus: Die Flip-Flops der magnetischen Polarität der Erde etwa alle 100.000 bis 600.000 Jahre. Die Polarität wird durch die Orientierung der magnetischen Kristalle in bestimmten Gesteinsarten aufgezeichnet, und die Forscher haben eine Zeitleiste für normale und umgekehrte Polaritätsperioden festgelegt. Paläomagnetismus wird oft als grobe Überprüfung der Ergebnisse einer anderen Datierungsmethode verwendet.

Tephrochronologie: Innerhalb von Stunden oder Tagen nach einem Vulkanausbruch wird Tephra - Gesteinsbruchstücke und anderes Material, das durch das Ereignis in die Atmosphäre geschleudert wird - in einer einzigen Schicht mit einem einzigartigen geochemischen Fingerabdruck abgeschieden. Forscher können zunächst eine absolute Datierungsmethode auf die Schicht anwenden. Sie verwenden dieses absolute Datum, um ein relatives Alter für Fossilien und Artefakte in Bezug auf diese Schicht festzulegen. Zum Beispiel brach der massive Taupo-Vulkan Neuseelands im Jahr 232 n. Chr. Aus. Alles unterhalb der Taupo-Tephra ist früher als 232; alles darüber ist später.

Relative Chronologie: Forscher haben oft Zeitachsen einer Kultur oder Zivilisation basierend auf der stilistischen Entwicklung ihrer dekorativen oder dramatischen Künste konstruiert - deswegen wird die Methode manchmal auch als stilistische Seriation bezeichnet. Je komplexer ein Gedicht oder ein Stück Keramik ist, desto fortgeschrittener ist es und desto später fällt es in die Chronologie. Ägyptologen erstellten zum Beispiel eine relative Chronologie des vorpharaonischen Ägyptens, basierend auf der zunehmenden Komplexität der an Grabstätten gefundenen Keramiken.

Absolut fantastisch

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Wenn immer möglich verwenden Forscher eine oder mehrere absolute Datierungsmethoden, die ein Alter für das tatsächliche Fossil oder Artefakt angeben. Im Gegensatz zu beobachtungsbasierter relativer Datierung müssen die meisten absoluten Methoden einige der Fundstücke durch Hitze oder andere Mittel zerstören.

Radiometrische Datierung

Diese mehr als ein Jahrhundert alte Familie von Datierungsmethoden nutzt die natürliche Radioaktivität der Umgebung. Bestimmte instabile Isotope von Spuren radioaktiver Elemente in organischen und anorganischen Materialien zerfallen in stabile Isotope. Dies geschieht zu bekannten Raten. Durch Messung des Anteils verschiedener Isotope können Forscher herausfinden, wie alt das Material ist. Hier sind einige der häufigsten radiometrischen Methoden:

Radiokarbondatierung: Diese Methode wird manchmal auch als Kohlenstoff-14-Datierung bezeichnet und funktioniert mit organischem Material. Sowohl Pflanzen als auch Tiere tauschen Kohlenstoff mit ihrer Umgebung aus, bis sie sterben. Danach nimmt die Menge des radioaktiven Isotops Kohlenstoff-14 in ihren Überresten ab. Die Messung von Kohlenstoff-14 in Knochen oder einem Stück Holz liefert ein genaues Datum, jedoch nur innerhalb eines begrenzten Bereichs. Shea sagt dazu: „Nach mehr als 40.000 Jahren ist die Probe so klein und das Kontaminationsrisiko so groß, dass die Fehlerquote Tausende von Jahren beträgt. Es wäre, als hätte man eine Uhr, die dir Tag und Nacht sagt. “

Einkristall-Fusion: Diese Methode wird auch als Einkristall-Argon- oder Argon-Argon-Datierung (Ar-Ar-Datierung) bezeichnet. Sie ist eine Verfeinerung eines älteren Ansatzes, der als Kalium-Argon-Datierung (K-Ar-Datierung) bekannt ist. Beide Methoden datieren Rock anstelle von organischem Material. Wenn Kalium zerfällt, wird es in Argon umgewandelt. Im Gegensatz zur Radiokarbondatierung gilt: Je älter die Stichprobe, desto genauer die Datierung - die Forscher verwenden diese Methoden in der Regel bei Funden, die mindestens 500.000 Jahre alt sind. Während für die K-Ar-Datierung die Zerstörung großer Proben erforderlich ist, um die Kalium- und Argon-Werte getrennt zu messen, kann die Ar-Ar-Datierung beide gleichzeitig mit einer einzigen, kleineren Probe analysieren.

Uranseriendatierung: Die U-Seriendatierung umfasst eine Reihe von Methoden, die jeweils auf unterschiedlichen Zerfallsraten von Uranisotopen basieren. Die Uran-Thorium-Methode ist häufig hilfreich für Datierungsfunde im 40.000 bis 500.000 Jahre alten Bereich, zu alt für Radiocarbon, aber zu jung für K-Ar oder Ar-Ar.

Gefangene Ladung Dating

Brosko

Im Laufe der Zeit sind bestimmte Gesteinsarten und organisches Material wie Korallen und Zähne sehr gut darin, Elektronen aus Sonnenlicht und kosmischen Strahlen auf der Erde einzufangen. Forscher können die Menge dieser eingeschlossenen Elektronen messen, um ein Alter festzulegen. Um jedoch eine Methode der eingeschlossenen Ladung anwenden zu können, müssen Experten zunächst die Rate berechnen, mit der die Elektronen eingefangen wurden. Dies beinhaltet die Berücksichtigung vieler Variablen, beispielsweise der Strahlungsmenge, der das Objekt jedes Jahr ausgesetzt war. Diese Techniken sind nur für Material im Bereich von einigen tausend bis 500.000 Jahren genau - einige Forscher behaupten, dass die Genauigkeit nach 100.000 Jahren erheblich abnimmt.

Thermolumineszenz: Silikatgesteine ​​können wie Quarz besonders gut Elektronen einfangen. Forscher, die mit prähistorischen Werkzeugen aus Flint - einer gehärteten Form von Quarz - arbeiten, verwenden häufig die Thermolumineszenz (TL), um ihnen nicht das Alter des Gesteins, sondern das Werkzeug mitzuteilen. Nach dem Formen von Feuerstein ließ der Werkzeugmacher die Steine ​​typischerweise in ein Feuer fallen. Shea erklärt: „Der Stein wird erhitzt und die Wärme setzt die Elektronen frei; Nach diesem Ereignis beginnt das Gestein jedoch, die Elektronen durch kosmische Strahlung erneut zu absorbieren. “Im Wesentlichen wird die Uhr des Gesteins zurückgesetzt. Archäologen verwenden häufig auch TL-Keramiken, die während der Herstellung hohen Temperaturen ausgesetzt sind.

Optisch stimulierte Lumineszenz: Ähnlich wie TL misst die optisch stimulierte Lumineszenz, wenn Quarzkristalle in bestimmten Gesteinsarten zuletzt Sonnenlicht sahen. Durch Sonnenlichteinwirkung wird die Uhr der Kristalle auf null zurückgesetzt. Sobald sie jedoch eingegraben sind, sammeln sich die eingeschlossenen Elektronen, ein so genanntes Lumineszenzsignal, das im Labor gemessen werden kann. Die Forscher setzen eine Probe bestimmten Lichtwellenlängen aus, die die Elektronen kurzzeitig "freisetzen", gerade so viel, dass jeder von ihnen ein Photon emittieren kann. Dieses ausgesendete Licht, das Signal, kann verwendet werden, um zu berechnen, wann die Probe zuletzt Sonnenlicht ausgesetzt wurde.

Elektronische Spinresonanz: Die ESR, die mithilfe von Magnetfeldern eingeschlossene Elektronen misst, bezieht sich auf die Magnetresonanztomographie, die medizinische Technik, mit der Ärzte nach Tumoren suchen oder in Ihr knarrendes Knie blicken können. Da die ESR im Wesentlichen der Aktivität (dem „Spin“) der Elektronen folgt, ohne sie zu befreien, kann die Probe wiederholten Datierungsversuchen unterzogen werden. Die ESR hat auch eine längere Reichweite - einige Forscher behaupten, dass sie bis zu 1 Million Jahre beträgt -, aber sie ist komplizierter als andere Methoden der eingeschlossenen Ladung, wodurch sie fehleranfälliger wird.

[Dieser Artikel erschien ursprünglich als "Scientific Dating Methods".]


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