كيف يحدد العلماء عمر الحفريات أو الأحافير ؟ عندما قامت عالمة الحفريات ماري شفايتزر Mary Schweitzer بإكتشاف أنسجة رخوة في حفرية ل rex Tyrannosaurus كان هناك سؤال يطرح نفسه وهو كيف استطاعت هذه الأنسجة النجاة والبقاء كل هذا الوقت؟
كان عُمر هذه العظام المُكتشفة هو 65 مليون عام وما دَرج علي معرفته عن التحجُّر هو أن كل الخلايا الرخوة تتحلل سواء كانت من دماء أو أمخاخ. فقط الأجزاء الصلبة مثل العظام والأسنان بإمكانها أن تُصبح حفائر. ولكن علي الطرف الآخر أثار الإكتشاف سؤالا مختلفًا عند بعض الناس وهو كيف يعرف العلماء إن كان عمر الحفريات هو 65 مليون عام فعلًا.
معرفتنا اليوم ب عمر الحفريات أو الأحافير تستند في الأساس على تحديد العمر إشعاعيًا radiometric dating وتعتمد هذه الطريقة علي خصائص النظائر isotopes وهي عبارة عن عناصر كيميائية متماثلة مثل الكاربون واليورانيوم بإستثناء خاصية واحدة رئيسية وهي عدد النيترونات في كل نواة. عادةً ما تحتوى الذرة علي عدد متساوى من البروتونات والنيوترونات، وتُصبح الذرة غير مُستقرة في حالة وجود عدد كثير أو قليل من النيوترونات وعندها تقوم الذرة بالتخلص من الجسيمات حتي تستقر النواة.
قم بالتفكير في النواة كأنها هرم من لبنات البناء فلو حاولت إضافة لبنات جديدة إلى أطراف الهرم قد يستمر لبعض الوقت ولكنه سينهار غالبًا، كذلك الحال عند أخذ لبنة بناء من جانب الهرم ففي هذه الحالة ستكون بقيته غير مستقرة. أخيرًا قد تسقط بعض هذه اللبنات وتترك بناء أصغر وأكثر إستقرارًا. النتيجه ستكون مثل ساعة مُشِعَّة radioactive clock تَدُق في الوقت الذي تتحول وتَنحل فيه النظائر غير المستقرة إلي أخرى مستقرة.
لا يمكننا أن نتوقع متي تتحول وتَنحل ذرة غير مستقرة أم parent إلي ذرة مستقرة بنت daughter ولكن يمكننا استقراء كم سيستغرق من الوقت لكي تنحل وتضمحل مجموعة كبيرة من الذرات.
ويعتبر نصف عمر تَحلُّل العناصر life-half element’s هو مقدار الوقت الذي تستغرقه نصف الذرة الأم parent لكي تتحول إلى بنت daughter. لقراءة الوقت علي هذه الساعة المُشِعَّة يقوم العلماء بإستخدام جهاز يُدعى مطياف الكتله mass spectrometer لقياس عدد الذرات الأم parent والبنت daughter، حيث تُحَدِد النسبة بينهم عُمر العينة فكلما كانت النظائر الأم parent كثيرة والبنت erdaught قليلة كانت العينه أحدث في العمر.
حفريات عمرها 2 مليون سنة تكشف عن بداية تطور قدرات البشر السمعية
قياس نصف عُمر تَحلُّل النظير يُعتبر عامل مهم جدًا عند تحديد مدى فعالية تحديد عمر العينات القديمة جدًا. وقتما تتحول كل الذرات الأم arentp إلي بنت daughter يكون من الصعب وجود قواعد للمقارنة بين النظيرين. لا يستطيع العلماء تحديد ما إذا كانت الساعه عملت لمدة ساعات قليلة أو ملايين السنين وهذا يعني أن النظائر ذات نصف العمر القصير لا نستطيع استخدامها لتحديد عُمر عظام الديناصورات.
يُعتبر نصف عُمر التَحلُّل القصير مجرد جزء من المشكلة عند تحديد عمر عظام الديناصورات، يجب كذلك علي العلماء إيجاد ما يكفى من الذرات الأم parent والبنت daughter للقيام بعملية القياس. وبإستكمال القراءة سنتعرف علي ما يلزم لتحديد عمر حفرية وما علاقة الرماد البركاني بهذا.
تحديد عُمر الصخور الرسوبية
يُعد ال dating 14-carbon من أكثر الأنواع شيوعًا لتحديد عمر الأحافير اشعاعيًا حيث تُعتبر هذه هي الطريقة التي يستخدمها علماء الآثار لتحديد عُمر التُحف التي صنعها الإنسان ولكن هذه الطريقة لن تعمل عند تطبيقها في حالة عظام الديناصورات فنصف عمر تَحلُّل الكاربون-14 يبلغ 5,730 عام فقط ، لذا تُعد هذه الطريقة فعَّالة عند استخدامها في العينات التي يقل عمرها عن 50,000 عام في حين أن عظام الديناصورات عُمرها لا يَقل عن ملايين السنين وبعض الحفريات الأخرى يبلغ عمرها مليارات السنين فلتحديد عمر هذه الحفريات يحتاج العلماء لنظير ذو نصف عمر تَحلُّل طويل جدًا.
تُستخدم النظائر يورانيوم-382 ، يورانيوم-352 وبوتاسيوم-04 في هذه الحالات حيث يمتلك كل واحد منهم نصف عمر تَحلُّل يبلغ أكثر من مليون عام.
و لكن لسوء الحظ لا تتواجد هذه العناصر حتي في حفريات الديناصورات نفسها، فهي تتواجد في الصخور النارية rocks usigneo أو الصخور المصنوعة من الصهارة المُبَرَّدة cooled magma. وعلي العموم تتكون الحفريات أو الأحافير بداخل الصخور الرسوبية حيث تغطي الرواسب جسم الديناصور وتتحول الرواسب والعظام تدريجيًا إلي صخور.ولكن هذه الرواسب لا تحتوي بالضرورة علي النظائر المُرادة بكميات معقولة وكافية. وعلي الجانب الآخر لا تتكون الحفريات أو الأحافير بداخل الصخور النارية التي يوجد بداخلها النظائر المطلوبه نظرًا لإرتفاع درجة حرارة الصهارة مما قد يؤدي إلي تدمير العظام.
لذا لتحديد عُمر طبقات الصخور الرسوبية يجب علي العلماء أولًا إيجاد طبقات مجاورة من الأرض تحتوى على صخور نارية مثل الرماد البركاني حيث تعمل هذه الطبقات عمل دفتي الكتاب فتعطى بدايات ونهايات للفترة الزمنية التي تكونت فيها الصخرة الرسوبية وبإستخدام طريقة تحديد العمر اشعاعيًا لتحديد عمر الصخور النارية يستطيع العلماء تحديد عمر طبقات الصخور الرسوبية بينهم بدقة.
تمكن العلماء من تحديد عُمر طبقات الصخور في كل أنحاء العالم بإستخدام الطرق الرئيسية مثل bracketing و تحديد العمر اشعاعيًا radiometric dating كما ساعدت هذه المعلومة على تحديد عمر الأرض نفسها.
بينما يبلغ عُمر أقدم صخرة معروفة على سطح الأرض حوالي 3.5 مليار عام قام العلماء بإكتشاف بلورات زركون يبلغ عمرها 4.3 مليار عام.
وبناء علي التحليلات التي اجريت علي هذه العينات قدر العلماء عمر الأرض ب 4.5 مليار عام وبالإضافه إلي هذا فإن أقدم صخور القمر يبلغ عمرها 4.5 مليار عام وحيث أن الأرض والقمر تم تَكَوُّنهم في نفس الوقت فإن هذا يدعم الفكرة الحالية عن عُمر الأرض.
بعض الطُرق الأخرى لتحديد عُمر الحفريات أو الأحافير
تحديد العُمر اشعاعيًا ليس الطريقة الوحيدة لتحديد عُمر الصخور فبعض الطرق الأخرى تتضمن تحليل الأحماض الأمينية وقياس التغييرات في المجال المغناطيسي المحيط بالجسم الذى يتم اختباره.
قام العلماء أيضًا بإجراء بعض التحسينات على القياسات الإشعاعية القياسية فعلى سبيل المثال يستطيع العلماء بإستخدام الليزر قياس كميات متناهية الصغر من الذرات الأم parent والبنت daughter في المواد التي يتم تحليلها مما يجعل من الممكن تحديد عُمر العينات ذات الحجم الصغير جدًا.
