سن سنگواره‌ها و سنگ‌ها چگونه تعیین می‌شود؟

سنگواره‌ها اطلاعات ارزشمندی برای بازسازی تاریخچهٔ حیات به شمار می‌روند، البته فقط به شرطی که بتوانیم جای مناسب آن‌ها را در این داستان تعیین کنیم.

توالی نسبی سنگواره‌ها در سنگ‌های رسوبی، ترتیب قرارگیری آن‌ها بر روی هم را بیان می‌کند، اما بازگوکننده سن واقعی آن‌ها نیست. بررسی موقعیت سنگواره‌ها در چینه، همانند بررسی لایه‌های کاغذ دیواری در یک خانه بسیار قدیمی است که دارای صاحبان فراوانی بوده است. شما می‌توانید ترتیب تشکیل لایه هارا تعیین کنید اما سال اضافه شدن لایه هارا نمی‌توان مشخص کرد.

چگونه می‌توانیم سن دقیق سنگواره هارا تعیین کنیم؟ (توجه کنید که این تاریخ گذاری «دقیق» به معنای تاریخ گذاری بدون اشتباه نیست. بلکه فقط به جای استفاده از واژه‌هایی مانند «قبل از» و «بعد از»، سن سنگواره هارا برا بر حسب سال بیان می‌کند.)

یکی از رایج‌ترین این تکنیک‌ها، پرتوسنجی است. که یر اساس میزان تجزیه ایزوتوپ‌های رادیواکتیو انجام می‌شود. یک ایزوتوپ رادیواکتیو «والدی» به یک ایزوتوپ «دختر»، با یک نرخ ثابت، تجزیه می‌شود. این نرخ ثابت، نیمه عمر نام دارد. نیمه عمر یک رادیوایزوتوپ، تعداد سال‌هایی است که طول می‌کشد تا ۵۰ درصد نمونه اصلی، تجزیه شود. نیمه عمر هر رادیوایزوتوپ ثابت بوده و به حرارت، فشار و دیگرر تغییرات محیطی تاثیری بر آن ندارند. به عنوان مثال، کربن ۱۴ نسبتاَ سریع تجزیه می‌شود و نیمه عمری برابر ۵۷۳۰ سال دارد. اورانیوم ۲۳۸ به کندی تجزیه شده و نیمه عمر آن ۴/۵ میلیارد سال است.

سنگواره‌ها حاوی ایزوتوپ‌های عناصری هستند که هنگام زنده بودن جاندار در آن جمع شده‌اند. برای مثال، محتوای کربن در یک جاندار زنده، هم شامل عمومی‌ترین ایزوتوپ آن، یعنی کربن-۱۲ و هم کربن-۱۴ است. هنگامی که جاندار می‌میرد، انباشتن مربت متوقف می‌شود و مقدار کربن-۱۴‌ای که در زمان مرگ در آن وجود دارد، به آرامی تجزیه شده و به عنصر دیگر، یعنی نیتروژن-۱۴ تبدیل می‌شود. بنابراین با اندازه گیری نسبت کربن-۱۴ به کربن-۱۲ در یک سنگواره، می‌توانیم سن آن را تعیین کنیم. کربن-۱۴ با نیمه عمری برابر با ۵۷۳۰سال، برای تعیین سن سنگواره‌هایی که قدمتی تا هفتاد و پنج هزار سال دارند، مناسب است. محتوای کربن-۱۴ سنگواره‌های مسن‌تر از آن، آنقدر کم است که با تکنیک‌های فعلی قابل اندازه گیری نیست. ایزوتوپ‌های رادیواکتیو با نیمه عمرهای طولانی‌تر برای تعیین سن سنگواره‌های مسن‌تر کاربرد دارند.

تعیین سن سنگواره‌های مسن در سنگ‌های رسوبی می‌تواند با چالش‌هایی روبه رو شود. یکی از دلایل این امر آن است که جانداران از ایزوتوپ‌های با نیمه عمر بالا مانند اورانیوم-۲۳۸، برای ساخت استخوان‌ها یا صدف خود استفاده نمی‌کنند. علاوه بر این، معمولاَ خود سنگ‌های رسوبی نیز شامل ترکیبی از رسوبات با سنین مختلف هستند. در این حالت، ما نمی‌توانیم مستقیماَ سن سنگواره‌های مسن را تعیین کنیم. اما زمین‌شناسان از روشی عیر مستقیم برای تعیین سن دقیق سنگواره‌هایی که بین دولایه از سنگ‌های آتشفشانی گیر افتاده‌اند (ساندویچ شده‌اند)، استفاده می‌کنند. به عنوان مثال، محققان ممکن است مقادیر ایزوتوپ پتاسیم-۴۰ را که نیمه عمری برابر ۱/۳ میلیارد سال دارد، در هر یک از لایه‌های سنگی متوالی اندازه گیری کنند. اگر سن دو لایه سنگی احاطه کننده سنگواره برابر ۵۲۵ و ۵۳۵ میلیون سال باشد، در آن صورت احتمالاَ سنگواره‌ها مربوط به جاندارانی هستند که ۵۳۰ میلیون سال پیش زندگی می‌کرده‌اند.