Πώς κατανοούν οι επιστήμονες την εποχή των ευρημάτων;

Ενα ανοιγμένο κρασί που χρονολογείται από το 325 μ. Χ.

Η ακριβής χρονολόγηση ή ο καθορισμός της ηλικίας ενός αντικειμένου μπορεί να μας δείξει πότε σχηματίστηκε η Γη, να μας βοηθήσει να μάθουμε τα προηγούμενα κλίματα και να μας πει πώς οι πρώτοι άνθρωποι άρχισαν να εξελίσσονται. Πώς το κάνουν λοιπόν οι επιστήμονες;

Σύμφωνα με τους ειδικούς, η ραδιοχρονολόγηση με άνθαρακα-14 είναι μακράν η πιο κοινή μέθοδος. Αυτή η μέθοδος περιλαμβάνει τη μέτρηση ποσοτήτων άνθρακα-14, ένα ραδιενεργό ισότοπο άνθρακα ή μια ατομική έκδοση που περιέχει διαφορετικό αριθμό νετρονίων.

Ο άνθρακας-14 είναι πανταχού παρών στο περιβάλλον. Ο Thomas Higham, αρχαιολόγος και ειδικός ραδιοχρονολόγησης στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, λέει, αφού σχηματιστεί ο άνθρακας-14 στην ατμόσφαιρα, τα φυτά τον απορροφούν, τα ζώα τον εκκρίνουν.

“Ο, τι είναι ζωντανό μπαίνει σε αυτό”, λέει ο Higham.

Ενώ ο πιο κοινός τύπος άνθρακα περιέχει έξι νετρόνια, ο άνθρακας-14 περιέχει δύο επιπλέον. Αυτό καθιστά το ισότοπο βαρύτερο και πολύ λιγότερο σταθερό από την πιο κοινή μορφή άνθρακα. Ετσι, μετά από χιλιάδες χρόνια, ο άνθρακας-14 αποσυντίθεται. Ενα από τα νετρόνιά του χωρίζεται σε ένα πρωτόνιο και ένα ηλεκτρόνιο. Καθώς το ηλεκτρόνιο αλλάζει, το πρωτόνιο παραμένει μέρος του ατόμου. Με λιγότερα νετρόνια και ένα ακόμη πρωτόνιο, το ισότοπο αποσυντίθεται προς άζωτο.

Οταν πεθαίνουν οι ζωντανοί οργανισμοί, σταματούν να παίρνουν τον άνθρακα-14 και η ποσότητα που απομένει στο σώμα τους ξεκινά μια αργή διαδικασία ραδιενεργού αποσύνθεσης. Οι επιστήμονες ξέρουν πόσο καιρό χρειάζεται για να αποσυντεθεί το μισό μιας δεδομένης ποσότητας άνθρακα-14 (ημιζωή*). Αυτό τους επιτρέπει να μετρήσουν την ηλικία μιας οργανικής ουσίας μετρώντας την αναλογία άνθρακα-14 προς άνθρακα-12 που απομένει σε αυτήν, συγκρίνοντας αυτήν την ποσότητα με τον χρόνο ημιζωής του άνθρακα-14.

(*Ημιζωή, είναι ο χρόνος που το ραδιοϊσότοπο μένει ακριβώς το μισό, και αποτελεί ακριβές χαρακτηριστικό αναγνώρισης του ισοτόπου).

Απολιθώματα Archeopteryx, το παλαιότερο πουλί

Η ημιζωή του άνθρακα-14 είναι 5.730 χρόνια, καθιστώντας τον ιδανικό για επιστήμονες που θέλουν να μελετήσουν την ιστορία τα τελευταία 50.000 χρόνια. «Αυτό καλύπτει βασικά το πραγματικά ενδιαφέρον μέρος της ανθρώπινης ιστορίας: προέλευση της γεωργίας, ανάπτυξη πολιτισμών …

Ο Brendon Culleton, αναπληρωτής καθηγητής έρευνας στο εργαστήριο ραδιοχρονολόγησης του κρατικού πανεπιστημίου της Πενσυλβάνιας, λέει, ωστόσο, ότι αντικείμενα παλαιότερα από αυτά έχασαν περισσότερο από το 99% του άνθρακα-14 τους, αφήνοντας λίγα να εντοπιστούν. Για παλαιότερα αντικείμενα, οι επιστήμονες δεν χρησιμοποιούν τον άνθρακα-14 ως μέτρο ηλικίας. Αντ ‘αυτού, συνήθως εξετάζουν τα ραδιενεργά ισότοπα άλλων στοιχείων που βρίσκονται στο περιβάλλον.

Για τα παλαιότερα αντικείμενα στον κόσμο, η χρονολόγηση με μόλυβδο, ουράνιο, θόριο είναι η πιο χρήσιμη μέθοδος. “Τα χρησιμοποιούμε μέχρι σήμερα στον κόσμο”, λέει ο Higham.

Αν και η γνωριμία με τον άνθρακα-14 είναι χρήσιμη μόνο για οντότητες που ζουν μία φορά, οι επιστήμονες χρησιμοποιούν χρονολόγηση με μόλυβδο ουράνιο, θόριο για τη μέτρηση της ηλικίας αντικειμένων όπως οι βράχοι. Σε αυτήν τη μέθοδο, οι επιστήμονες μετρούν την ποσότητα διαφόρων ραδιενεργών ισοτόπων που όλα αποσυντίθενται σε σταθερές μορφές μολύβδου. Αυτές οι ξεχωριστές αλυσίδες αποσύνθεσης ξεκινούν με την ανάλυση των Uranium-238, Uranium-235 και Thorium-232.

«Το ουράνιο και το θόριο είναι τεράστια ισότοπα, εκρήγνυνται», δήλωσε ο Tammy Rittenour, γεωλόγος στο Πανεπιστήμιο της Γιούτα. Είναι πάντα εκτός ισορροπίας. Κάθε ένα από αυτά τα «κύρια ισότοπα» διασπάται σε μια διαφορετική αλυσίδα ραδιοϊσοτόπων πριν καταλήξει ως μόλυβδος. Κάθε ένα από αυτά τα ισότοπα έχει διαφορετικό χρόνο ημιζωής, που κυμαίνεται από ημέρες έως δισεκατομμύρια χρόνια, σύμφωνα με την Υπηρεσία Προστασίας Περιβάλλοντος. Ακριβώς όπως και η χρονολόγηση με άνθρακα-14, οι επιστήμονες υπολογίζουν τους λόγους μεταξύ αυτών των ισοτόπων συγκρίνοντάς τα με τον χρόνο ημιζωής τους. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, οι επιστήμονες βρήκαν την ιστορία του παλαιότερου βράχου που ανακαλύφθηκε ποτέ, ενός κρυστάλλου ζιρκονίου 4,4 δισεκατομμυρίων ετών που βρέθηκε στην Αυστραλία.

Τέλος, μια άλλη μέθοδος χρονολόγησης λέει στους επιστήμονες όχι πόσο χρονών ήταν ένα αντικείμενο, αλλά πότε εκτέθηκε τελευταία σε θερμότητα ή ηλιακό φως. Αυτή η μέθοδος, που ονομάζεται χρονολόγηση «φωταύγειας», προτιμάται από γεω-επιστήμονες που έχουν μελετήσει τις αλλαγές στο περιβάλλον τα τελευταία εκατομμύρια χρόνια. «Μπορούν να το χρησιμοποιήσουν για να ανακαλύψουν πότε ένας παγετώνας σχηματίζεται ή υποχωρεί, συσσωρεύοντας ιζήματα σε μια κοιλάδα. ή όταν μια πλημμύρα αφήνει ιζήματα στη λεκάνη απορροής του ποταμού… »λέει ο Rittenour.

Οταν τα ορυκτά σε αυτούς τους βράχους και τα ιζήματα θάβονται, εκτίθενται στην ακτινοβολία που εκπέμπεται από τα γύρω ιζήματα. Αυτή η ακτινοβολία εκτοξεύει ηλεκτρόνια από τα άτομά τους. Μερικά από τα ηλεκτρόνια πηγαίνουν πίσω στα άτομα, αλλά άλλα παγιδεύονται σε τρύπες ή άλλα ελαττώματα στο πυκνό δίκτυο ατόμων γύρω τους. Για να επιστρέψουν αυτά τα ηλεκτρόνια στις αρχικές τους θέσεις, πρέπει να εκτίθενται σε θερμότητα ή ηλιακό φως για δεύτερη φορά. Αυτό ακριβώς κάνουν οι επιστήμονες. Εκθέτουν αυτό το δείγμα στο φως και εκπέμπουν σήματα θερμότητας και φωτός καθώς τα ηλεκτρόνια επιστρέφουν στα άτομα.

«Οσο περισσότερο θαφτεί το αντικείμενο, σε τόσο περισσότερη ακτινοβολία θα εκτεθεί», λέει ο Rittenour. «Επομένως, η ποσότητα του λαμπερού σήματος λέει στους επιστήμονες πόσο καιρό το αντικείμενο ήταν θαμμένο.

Η εύρεση της ηλικίας των αντικειμένων δεν είναι μόνο σημαντική για την κατανόηση της ηλικίας της γης και του τρόπου ζωής των αρχαίων ανθρώπων. Οι εγκληματολόγοι επιστήμονες χρησιμοποιούν επίσης αυτές τις μεθόδους για την επίλυση εγκλημάτων από τη δολοφονία έως την απάτη.