科学家如何确定恐龙骨骼的年龄?

作者:特雷西诉威尔逊|

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2000年6月7日,华盛顿特区的联合车站展出了6700万年前被称为苏的霸王龙骨架。
马克威尔逊/新闻人物华盖创意

古生物学家玛丽·史怀哲在雷克斯霸王龙化石她的发现提出了一个显而易见的问题——这些组织是如何存活这么久的?这块骨头有6800万年的历史,关于石化的传统观点是,所有的软组织,从大脑,分解。只有像骨头和牙齿这样坚硬的部分才能成为化石。但对一些人来说,这一发现提出了另一个问题。科学家们怎么知道这些骨头真的有6800万年的历史?

今天关于化石时代的知识主要来自于同位素年龄测定,也被称为放射性年代测定法。放射性定年法依赖于同位素.这些化学元素,像碳或铀,除了一个关键特征——数量,都是相同的中子在他们的核心。

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原子的质子数和中子数可能相等。然而,如果中子太多或太少,原子就不稳定,它会散落粒子,直到原子核达到稳定状态。将核心视为积木的金字塔。如果您尝试向棱锥体的侧面添加额外的块,它们可能会停留一段时间,但最终会脱落。同样的道理,如果你从金字塔的一个侧面拿走一个块,使其余的不稳定。最终,一些区块会脱落,留下更小、更稳定的结构。

其结果就像一个放射性时钟,随着不稳定的同位素衰变为稳定的同位素而滴答作响。你无法预测一个特定的不稳定原子,或者,将衰变为稳定的原子,或女儿. 但是你可以预测一大群原子衰变需要多长时间。元素的半衰期是样本中一半母原子变成子原子所需的时间。

为了读取这个放射性时钟的时间,科学家们使用了一种叫做质谱计测量父原子和子原子的数量从父母到女儿的年龄可以告诉研究者样本的年龄。父母同位素越多,女儿同位素越少,样本就越年轻。被测同位素的半衰期决定了它在测定非常古老样本的年代方面有多有用。一旦所有父母都成为女儿,就没有更多的比较依据了n介于两种同位素之间。科学家们无法判断时钟是在几天前还是在几百万年前运行。这意味着半衰期短的同位素无法确定恐龙骨骼的年代。

在确定恐龙骨骼的年代时,短暂的半衰期只是问题的一部分——研究人员还必须找到足够的父原子和子原子来测量。继续往下读,看看如何确定化石的年代,以及火山灰与之有什么关系。

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沉积岩测年

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4月5日,一只老鹰飞过亚利桑那州的大峡谷。你可以看到沉积岩层
GABRIEL浮筒/法新社/华盖创意

最广为人知的放射性年代测定方法是碳14测定.这是考古学家用来确定人造文物的年代。但是碳14年代测定法行不通恐龙骨头。碳14的半衰期只有5730年,所以碳14年代测定法只适用于年龄小于5万年的样本。另一方面,恐龙的骨骼有数百万年的历史——有些化石有数十亿年的历史。为了确定这些标本的年龄,科学家们需要一种半衰期很长的同位素。用于此目的的一些同位素是铀- 238,铀- 23540每一种都有超过一百万年的半衰期。

不幸的是,这些元素在恐龙身上并不存在化石它们各自都存在于火成的岩石,或由冷却的岩浆制成的岩石。然而,化石形成于沉积岩石——沉积物很快覆盖了恐龙的身体,沉积物和骨骼逐渐变成岩石。但这种沉积物通常不包括可测量数量的必要同位素。化石不能在通常含有同位素的火成岩中形成。岩浆的极端温度只会破坏骨骼。

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因此,为了确定沉积岩层的年龄,研究人员首先必须找到包括火山灰等火成岩在内的地球相邻岩层。这些岩层就像书尾——它们为沉积岩形成的时间段提供了开始和结束的时间。通过使用辐射测年来确定火成岩的年龄括号,研究人员可以准确地确定它们之间沉积层的年龄。

利用括号法和放射性年代测定法的基本思想,研究人员已经确定了世界各地岩石层的年龄。这些信息也有助于确定年龄世界它本身虽然地球上已知最古老的岩石大约有35亿年的历史,但研究人员发现了43亿年的锆石晶体[来源:美国地质调查局].根据对这些样本的分析,科学家们估计地球本身大约有45亿年的历史。此外,已知的最古老的月球岩石已有45亿年的历史。自月球和地球可能是在同一时期形成的,这支持了目前关于地球年龄的观点。

你可以通过下面的链接了解更多关于化石、恐龙、放射性年代测定和相关主题。

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原出版日期:2008年1月15日

恐龙骨骼常见问题

最古老的化石是在哪里发现的?
最古老的、微观性质的化石是在澳大利亚西部一块35亿年前的岩石中发现的。
恐龙有几百万年的历史吗?
白垩纪末期,恐龙灭绝了。那是大约6500万年前。据信恐龙在地球上行走了近1.65亿年。
化石时代是如何计算的?
化石年龄的确定采用两种方法:相对测年和绝对测年。在相对测年中,将化石与已知年龄的类似化石和岩石进行比较。另一方面,绝对测年用于通过辐射测年计算化石的精确年龄。该过程测量化石或岩石内部的同位素衰变确定岩石的确切年龄。
甚至在恐龙骨骼中也发现了软组织吗?
是的。虽然软组织因为分解而很少见,但科学家以前在恐龙骨骼中发现过完整的软组织。著名的例子是,美国北卡罗莱纳州立大学的古生物学家玛丽·施韦策(Mary Schweitzer)在霸王龙的腿骨化石中发现了胶原纤维。

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更多伟大的链接

  • 列文,罗杰。"时代之石,激光劈裂"《新科学家》,9/28/1991。(1/2/2008) http://space.newscientist.com/article/mg13117884.900-rock-of-ages--cleft-by-laser-if-you-want-to-date-a-rockget-a-laser-thats-the-message-for-geologists-interested-in-the-preciseageof-anything-from-moon-rocks-to-hominid-fossils-.html
  • 维多利亚博物馆。"确定岩石和化石的年龄"(1/2/2008) http://museumvictoria.com.au/prehistoric/what/fossilage.html绝对的
  • 加州大学伯克利分校。“教师对进化的理解:辐射定年。”(1/2/2008)http://evolution.berkeley.edu/evosite/evo101/IIE1aAtomicclocks.shtml
  • 美国地质调查局。“地质时间。”版本1.2 (1/2/2008)http://pubs.usgs.gov/gip/geotime/
  • 美国地质调查局。“地质学家如何确定岩石的年代?”同位素年龄测定!”(1/2/2008) http://wrgis.wr.usgs.gov/docs/parks/gtime/radiom.html
  • 美国地质勘探局,“地球时代”(1/2/2008)http://wrgis.wr.usgs.gov/parks/gtime/ageofearth.html

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