Questa è la quarta di una serie in cinque parti scritta da esperti presenti nella nuova Hall of Fossils — Deep Time della Smithsonian, ora in mostra al National Museum of Natural History. La serie completa può essere trovata visitando il nostro rapporto speciale Deep Time
"Nessun fossile è sepolto con il suo certificato di nascita", ha scritto il famoso editore scientifico Henry Gee nel suo trattato del 2000, In Search of Deep Time . Sebbene sia vero, i fossili sono sepolti con molti indizi che ci consentono di ricostruire la loro storia. Una serie di tecniche di datazione assolute ha permesso di stabilire la scala temporale della storia della Terra, tra cui l'età e l'origine della vita, i tempi delle estinzioni di massa e il record dell'evoluzione umana.
Nel 2013, nella regione di Afar in Etiopia, il nostro gruppo di ricerca ha scoperto una rara mascella fossile appartenente al nostro genere, Homo . Per risolvere il mistero di quando questo antenato umano viveva sulla Terra, abbiamo cercato risposte nei vicini strati di cenere vulcanica. Usando la lente d'ingrandimento di un geologo, possiamo scansionare attentamente la cenere alla ricerca di piccoli minerali che sono più piccoli di una singola spolverata su un biscotto di zucchero e che detengono la chiave per determinare l'età di un fossile.
Lavorare in questa parte dell'Etiopia è piuttosto un'avventura. È una regione in cui 90 gradi Fahrenheit sembrano freddi, la polvere è un dato, l'acqua non lo è e un normale tragitto giornaliero include struzzi da corsa e frenate per i cammelli mentre forgiamo percorsi attraverso il deserto. Ma questo paesaggio arido e ostile è uno dei luoghi più importanti al mondo per studiare quando e come i primi uomini hanno iniziato a camminare in posizione verticale, usando strumenti e adattandosi ai loro mutevoli ambienti.
La regione di Afar ha stratificato rocce sedimentarie, contenenti sottili ceneri vulcaniche bianche che potremmo usare per datare la mascella fossile. (Erin DiMaggio, Penn State University) All'inizio, prima che avessimo mezzi più precisi per datare fossili, geologi e paleontologi si basavano su metodi di datazione relativi. Hanno osservato la posizione delle rocce sedimentarie per determinare l'ordine. Immagina il tuo cesto della biancheria: i vestiti sporchi che hai indossato lo scorso fine settimana siedono in fondo, ma il resto di oggi è in cima alla pila. Il concetto di rocce sedimentarie è lo stesso. Le rocce più vecchie sono sul fondo, quelle più giovani sono in cima. I ricercatori hanno anche usato la biostratigrafia, che è lo studio di come i fossili compaiono, proliferano e scompaiono nel corso delle registrazioni rocciose, per stabilire le età relative. Usiamo ancora questi metodi di datazione relativi oggi come primo approccio per la datazione dei fossili prima di assegnare un'età numerica, o assoluta.
Possiamo uscire con fossili reali? Qualche volta.
Gli scienziati chiamati geocronologi sono esperti nella datazione di rocce e fossili e spesso possono frequentare fossili di età inferiore a circa 50.000 anni usando la datazione al radiocarbonio. Questo metodo è stato utilizzato per fornire le date per tutti i tipi di materiale interessante come l'arte rupestre delle caverne e la cacca fossilizzata. Sfortunatamente, fossili come la nostra mascella, così come i dinosauri in mostra nella nuova mostra "Fossil Hall — Deep Time" presso il Museo Nazionale di Storia Naturale Smithsonian, sono troppo vecchi per la datazione al radiocarbonio. In questi casi, dobbiamo fare affidamento sulle rocce stesse. Datiamo le rocce e per deduzione possiamo datare i fossili.
Ad Afar, in Etiopia, una rara mascella fossile appartenente al nostro genere, Homo è stata scoperta dal nostro gruppo di ricerca nel 2013. Per risolvere il mistero di quando questo antenato umano viveva sulla Terra, abbiamo cercato strati di cenere vulcanica per le risposte. (William H. Kimbel, Arizona State University) La prima grande sfida è trovare il giusto tipo di rocce da raccogliere per analisi di laboratorio. Siamo fortunati che la regione di Afar abbia orizzonti di cenere vulcanica negli strati di roccia sedimentaria. In effetti, proprio sotto il punto in cui è stata scoperta la mascella fossile, il nostro team ha trovato un nuovo strato di cenere vulcanica che abbiamo chiamato Gurumaha Tuff. La parola gurumaha nella lingua locale significa frappè: un riflesso della nostra mentalità nel caldo pomeridiano di 90 gradi. In un certo senso, possiamo pensare agli strati di cenere vulcanica come cronometri sepolti. Quando il vulcano esplode, il timer si avvia e usiamo tecniche di datazione assolute per dire il tempo trascorso.
Le rocce vulcaniche in genere contengono minerali naturalmente radioattivi: i nostri biscotti di zucchero spruzza. Possiamo datare questi minerali usando tecniche basate sul decadimento radioattivo degli isotopi, che si verifica a velocità note. La misurazione degli isotopi in genere coinvolge laser e spettrometri di massa e talvolta persino reattori nucleari. Calcoliamo l'età usando il tasso di decadimento e le misurazioni degli isotopi, che ci danno il tempo trascorso sul nostro cronometro.
Abbiamo datato con successo il Gurumaha Tuff a 2, 82 milioni di anni datando il feldspato minerale naturalmente radioattivo. Poiché l'osso mascellare è stato eroso da sopra il Gurumaha Tuff, deve essere più giovane. Abbiamo calcolato che la mascella ha tra 2, 80 e 2, 75 milioni di anni, rendendolo il fossile più antico del nostro genere Homo .
Abbiamo datato con successo il Gurumaha Tuff a 2, 82 milioni di anni datando il feldspato minerale naturalmente radioattivo, (sopra, visto al microscopio.) (Erin DiMaggio, Penn State University.) I geocronologi dispongono di numerosi strumenti a loro disposizione, ma ancora oggi alcune rocce e fossili si rivelano difficili. Le innovazioni ai metodi di incontri esistenti stanno eliminando queste barriere. Ad esempio, le revisioni a un metodo chiamato risonanza di spin elettronico consentono agli scienziati di datare fossili rari, come i denti di ominina, perché possono datare direttamente il fossile senza danneggiare visibilmente il campione. In Afar, gli scienziati stanno tentando di datare gli strati reali da cui erodono i fossili, piuttosto che fare affidamento sulla presenza di cenere vulcanica. Ciò ci direbbe più accuratamente l'età delle rocce portanti fossili e aprirebbe nuovi siti di campo per l'esplorazione che non hanno tali strati.
I fossili coprono il tempo geologico da centinaia a persino miliardi di anni e sono scoperti in molti tipi e ambienti rocciosi. La selezione di una tecnica di datazione adatta è un passaggio fondamentale per ottenere un'età significativa e precisa.
Gli scienziati hanno datato i fossili trovati nelle caverne sudafricane tra i 236.000 e i 335.000 anni usando diversi geochronometri diversi, inclusa la luminescenza stimolata otticamente, uno strumento che ci consente di calcolare l'ultima volta che i sedimenti delle caverne sono stati esposti alla luce. Un altro metodo comune, la datazione dell'uranio, si basa sul decadimento radioattivo dell'uranio e può essere usato per datare le rocce contenenti i più antichi fossili conosciuti sulla Terra, più vecchi di 3, 5 miliardi di anni! Per dirla nel contesto, l'età della Terra è di 4, 54 miliardi di anni, ma la nostra specie esiste da circa 300.000 anni.
L'età della Terra e l'origine della vita sono quasi insondabili, ma la nuova Deep Time Hall dello Smithsonian è progettata per aiutarci a cogliere l'enormità della storia della Terra alla luce dei nostri impatti attuali. Il geologo del XVIII secolo James Hutton ha riconosciuto che i processi geologici richiedono lunghe scale temporali, un concetto centrale per ciò che intendiamo con il termine tempo profondo. Lo scopo della geocronologia - datazione di rocce e fossili - è quello di intrecciare le date che otteniamo per raccontare la straordinaria storia del tempo profondo della Terra.
