介绍

植物和动物死亡,他们仍然有时会保存在地球的岩石和化石记录。化石可以提供线索植物和动物生活在过去,他们看起来像什么,他们吃什么,他们生活在什么环境,以及他们如何进化和灭绝。数亿年,生物的遗骸(以及跟踪轨迹,洞穴——称为痕迹化石)是大多数线索留在地球的化石记录。

大约300万年前,一种新型的线索出现在的岩层东部非洲——对象由人类的祖先。人类开始以不同的方式生活,利用工具在他们的日常活动是石头做成的。锋利的石器工具允许古人类更容易削减木材或带肉骨头。其他工具可能帮助他们寻找植物性食物或猎杀动物。使用工具也可以留下痕迹的骨头,这可能被保留下来。工具和butchery-marked骨头是人类行为的痕迹,他们也在研究人类进化的关键元素。这些对象的最早考古记录,研究了串联与化石记录中拼凑出古人类生活和发展。虽然有丰富的化石和考古记录,保存古老的过程仍然只能发生在非常特殊的条件下。记录是不完整的,科学搜索继续发现越来越多的古代仍然存在。

最好了解线索在考古和化石记录组合在一起,揭示人类的进化的故事,我们需要知道年龄在地球历史上的每一个线索了。多亏了许多科学家的努力,大量的技术可用于日期从一个对象的时间进入了地质记录。这些技术可以分为两大类:相对和绝对约会约会。这个页面的第一部分探讨了相对约会技术依靠地质原则。第二部分讨论了元素的物理和化学性质可以提供更精确的年龄。

相对的约会

一些考古和化石网站不包含任何材料,适用于最精确的绝对年代测定方法(稍后讨论)。这些类型的网站,科学家依靠相对年龄测定方法来得到一个近似的对象发现的时代。相对约会是能够确定一件事比另一个老或年轻。相对年龄测定方法是基于某些基本原则的地质控制在地球表面的岩层是如何形成的。

沉积岩的微小粒子,通过自然运代理(像风和水),在不同的环境,形成一个又一个层。每一层一层,多层重叠的称为地层。地层学是研究这些层重建古老的景观和环境的某些方面的顺序。1669年,科学家Nicolaus速记员提出了一组“地层学原理”,是所有相对年龄测定技术的基础。这些原则是关键,建立地层形成的顺序。确定此订单,工件和化石内序列,是相对年龄测定的基础。

地层学原理

1。叠加原理:沉积岩,地层序列的底部前老和沉积地层之上。序列允许科学家从古老的标签层最小。化石和工件中发现这些层可以被理解为老或年轻。

2。原始原理水平状态:层沉积岩最初沉积水平,与地面平行。强烈的岩石才开始倾斜。他们受到地质过程层后发生的最初沉积。识别倾斜和折叠岩石帮助科学家把事件的序列。

3所示。横向连续性原则:沉积岩层原来连续的四面八方,但之后的事件可能被拆分或流离失所。这可能发生在一条河或流侵蚀岩层的一部分。这也可以发生在断层发生,导致岩石单元的位移。层的沉积物不要无限期延长;的数量和类型的限制控制沉积物和区域的大小和形状沉积物沉积。尽管如此,岩层,外观相同,但现在被一个山谷或其他侵蚀特征可以认为是连续的,因此同一年龄。

4所示。横切关系的原则:沉积岩层,跨越其他层以下的层。这种观察有助于科学家确定中断的事件序列,并将这些事件的正确顺序。在下面的图中,层“H”削减成层D, E, F, G,因此最年轻的。

生物地层学/生物年代学和指数化石

化石被用来定义地质时期和他们的持续时间。大型植物和动物的变化需要确定一个新的地质时期。大部分的地质时期科学家命名的结束了一个主要的大量物种的灭绝事件或更换。因此,地质时代的地质时期和更小的单位,通常有一组特征的化石物种。这些化石年龄可以用来比较不同的地质单元。进一步限制的年龄序列,科学家依靠指数化石。指数是特定的植物或动物化石,是特定的地质时间跨度的特点,并可用于日期沉积物中。指数化石必须有一个有限的时间范围和广泛的地理分布。沉积物的沉积远但包含相同的指数化石物种解释为表示相同的有限的时间。

当科学家们第一次发现了著名的阿法南方古猿古人类化石骨架被戏称为“露西“在埃塞俄比亚,他们最初估计她的年龄使用生物地层学的原理:关联的其他动物化石的发现在大区域地层。三个物种灭绝suid(猪),之前在其他网站约会,被发现在同一层作为她的骨架。他们是Nyanzachoerus kanamensis发生5.1 - 240万年前;Kolpochoerus出土发生3.5 - 290万年前;和Notochoerus euilus发生3.8 - 180万年前。的唯一时间间隔三个物种生活在3.5至290万年前。使用后绝对年代测定技术的进步,我们现在知道,露西的骨架是318万岁左右,因此,她直接在预测基于生物地层学的年龄范围。

古地磁学和磁性地层学

该方法包括测量磁性粒子在地层确定地球磁场的方向。有两个单独的“北”的概念的定义。第一个是真实地理北,位于北极。第二种是磁北,转变其位置根据地球磁场的波动。因此,在任何给定的时间,指南针可能不是指向北方地理;它指向磁北坐落的地方。当前磁北极的位置是在加拿大北部的埃尔斯米尔岛附近。

地球的磁场也发生更大的变化。这些罕见的事件发生缓慢而被称为磁反转。在磁场倒转,磁北的位置转移到地球的南半球。如果今天发生了磁反转,磁北极最终会转向在地理南极附近,南和罗盘开始点。这种逆转发生在地质约会频繁到足以有用。研究人员已经确定了日期,当这些发生了逆转。最近的磁反转发生在约780000年前。

科学家们能够记录地球的磁场随时间的变化。富含铁的磁性矿物在熔岩自由“浮动”和东方地球磁场像指南针的针。熔岩冷却时,变成固体,这些磁性矿物成为锁在岩层内的位置。这些岩石现在的地球磁场的方向(极性)时形成的。任何岩石含铁层可以有它magnetically-aligned粒子时锁定在岩石形成。

科学家可以研究很长一段的地层序列,看看铁的磁极性矿物岩石中改变了整个序列。此模式可以与全世界的极性记录相比,这是整个的历史大在地球磁场翻转。一旦他们找出哪些通用的一部分历史,科学家可以确定岩石的时间范围和其内容。这是特别有用的在组地层。地质学家通常不使用单个层地层的古地磁的约会,因为你需要多层来回寻找模式的地球磁场翻转。南非古人类化石,南方古猿源泉种,可以使用这个方法,因为过时的化石被发现嵌入在地层非常接近一个磁场逆转。

火山灰年代学/ Tephrostratigraphy

火山喷发的火山灰年代学是约会和其他活动通过研究层火山灰。火山喷发的火山灰是指产品:熔岩、火山灰、浮石、火山岩屑。所有的这些产品含有火山玻璃。这种玻璃材料的化学成分是独一无二的每个喷发,像一个指纹。这意味着地质层包含这个玻璃材料可以与特定的爆发在特定的时间和地点。

Tephrostratigraphy跨空间分析和比较这些化学指纹。指纹相同的岩石在不同的地方可以追溯到同样的喷发。如果科学家发现一层火山灰与已知的一个山谷一侧日期和还发现一层灰化学指纹图谱在谷中别的地方,他们可以假设这些层躺在同一时间。

科学家们用叠加原理前面讨论这种约会技巧。当挖掘网站含有古人类化石或工件,火山灰层有时会过时(参见下面的绝对年代测定部分)上方和下方,这些古老的仍然存在。这种方法允许科学家确定站点的年龄范围:它不能小于灰层,顶部不能比底灰层。

绝对的约会

相对年龄测定方法提供“older-to-younger”序列或大致年龄方括号。绝对年代测定方法的方法评估一个特定的实足年龄。这些年龄估计有误差,统计表达的程度估计的精度。所有的绝对年代测定方法误差,这些程度上取决于所使用的方法和材料日期的相关因素。绝对年代测定方法是地质约会的首选,如果适当的材料是可用的。这些方法处理某些类型的地质材料,他们可以用来提供直接的年龄测量化石考古遗迹,或与这些发现相关的层。这部分将更详细地探索其中的一些方法,关注那些在人类进化研究中最常用的。卡塔尔世界杯B组积分

同位素年龄测定

建立的绝对年龄化石或工件,科学家可以使用一种自然的“时钟”为基础来确定成立的日期。一个时钟记录时间在一个固定利率。放射性物质衰变在一个固定利率,可以测量在实验室。地质学家通常使用同位素年龄测定方法基于某些元素的自然放射性衰变如铀、钾、和碳作为可靠的方法到目前为止的古代事件。

原子是由三个基本构建块:质子,中子和电子。质子和中子组成的原子的质量(中核),原子核和电子轨道。为每个元素周期表,质子数是恒定的中子和电子的数量可以有所不同。同位素是一种化学元素的变化。每个变化都有相同数量的质子,但不同的中子数。每个同位素标识由一个原子中质子和中子的总和。例如,元素碳有6个质子,但可以有六、七个或八个中子。因此,碳同位素有三个:碳12 (¹²碳13 C) (¹³C)和碳14 (¹⁴C)。

地球上最同位素发现是稳定的,这意味着他们不会改变他们的质子和中子组成,不管时间和环境条件。然而,一些同位素有一个不稳定的原子核,放射性。元素的放射性衰变不稳定同位素变化稳定。不稳定同位素自发释放能量通过辐射改变数量的质子,中子,或两者兼而有之。同位素衰变的原子核叫家长,和产品叫做女儿同位素的衰变。

同位素年龄测定需要测量父母和女儿在放射性同位素的比率。这些样品必须有机物质(即。、木、骨头和贝壳)或某些矿物质和含有放射性同位素地质材料。许多放射性同位素的衰变率的测量;既不热、压力、重力和其他变量变化的速度衰减。

放射性衰变半衰期计算。半衰期是一半的时间需要父同位素衰变为女儿的同位素。当父母和女儿同位素的数量是相等的,发生了一个半衰期。如果一个同位素的半衰期是已知的,父母和女儿的同位素可以测量,由于放射性衰变的时间开始计算。不同元素的同位素可用于不同年龄段由于变化其半衰期长

放射性碳(碳14)约会

碳同位素有三个:碳12 (¹²碳13 C) (¹³C)和碳14 (¹⁴C)。¹²C和¹³C是稳定的同位素,不作为同位素年龄测定随时间变化的指标。¹⁴然而,C是不稳定的。半衰期为5730年,放射性碳年代测定法是一种最广泛使用的同位素年龄测定技术。¹⁴大气中生成C当宇宙射线轰击创建中子与氮原子相互作用,排出质子从创建一个碳原子的核8中子(¹⁴C)。¹⁴C然后纳入的一些分子二氧化碳(有限公司₂空气中)。在光合作用中,植物有限公司₂和使用它来构建他们的组织。¹⁴C是通过植物的动物(和人)吃。生物体死后,停止服用14 c和14 c的浓度在其身体开始减少通过放射性衰变。知道14 c的半衰期,死去的植物或动物组织的年龄可以通过测量计算的14 c留在一个示例。至关重要的是,使用这种纪年法样品必须有机——它必须包含碳和曾经活着。因为14 c的半衰期很短(通过地质标准),这个方法是有用的年龄范围在50到50000岁之间。超过50000岁的的数量¹⁴C的样本将太小,测量准确。幸运的是,科学家有方法,使材料的约会比放射性碳年代测定法的年龄限制。

⁴⁰钾-⁴⁰氩约会

钾氩(⁴⁰K -⁴⁰基于“增大化现实”技术)约会¹是一种同位素年龄测定方法,依赖于不稳定同位素的放射性衰变钾的稳定同位素氩。发现在许多矿物质钾是一种常见的元素。这也是一个特定类型的火山物质的主要组成部分。在这些材料,⁴⁰K衰变到⁴⁰Ar(气体),这是被困在矿物晶体材料降温。女儿同位素⁴⁰基于“增大化现实”技术然后开始积累。矿物样品的两种同位素之间的比率是用来计算时间以来矿产开始陷阱⁴⁰基于“增大化现实”技术。这一过程的半衰期是13亿年,远远超过的衰败¹⁴c。由于这个原因,这种方法的年龄范围可以应用也更长,100000岁,地球的年龄(4.6 +几十亿年)。

人类进化研究的一个重要革命绝对约会的引入卡塔尔世界杯B组积分单晶⁴⁰基于“增大化现实”技术,³⁹基于“增大化现实”技术的约会。这个修改方法使用一个非常狭窄的激光加热单晶样品内为了提取氩同位素测量和计算年龄。这种方法允许研究人员识别和排除污染物从先前的爆发不同年龄的谷物。只有晶体的最近的爆发是约会中分析。这种方法极大地提高了测定精密度和准确度产生火山的层样本。能够识别一个火山喷发非常有利的地方经常爆发,从而可能混合材料从过去的喷发。这种方法已被用于限制几个著名的网站和发现的时代,包括网站Olorgesailie、肯尼亚和地区“露西“骨架在埃塞俄比亚和“图尔卡纳男孩“骨架在肯尼亚被发现。

在一起,⁴⁰K -⁴⁰基于“增大化现实”技术,⁴⁰基于“增大化现实”技术,³⁹基于“增大化现实”技术是非常有用的方法到目前为止化石和考古遗址相关人类起源在非洲东部,因为那地方的高度活跃的火山已有数百万年。火山材料的广泛存在在整个景观可以使用这些方法到目前为止在本地区的许多重要的古人类遗址。

---

¹⁴⁰K -⁴⁰基于“增大化现实”技术的约会需要将样本分为两个独立的K和基于“增大化现实”技术的测量。这个过程会导致相当大的测量误差的利润率。一个更新⁴⁰K -⁴⁰基于“增大化现实”技术的约会是为了减少开发的这个错误。这种更新的方法,⁴⁰基于“增大化现实”技术,³⁹基于“增大化现实”技术的约会,只需要一个样品,并使用一个测量氩同位素。前面提到的步骤进行,但额外的过程介绍依靠中子辐照转换从一个核反应堆³⁹K(稳定)³⁹基于“增大化现实”技术(不稳定)。已知年龄的标准参考材料辐照同时是未知的样本,从而能够使用一个氩同位素测量计算⁴⁰K /⁴⁰基于“增大化现实”技术比和获得一个时代。

铀系列约会

这个方法是一个家庭的方法使用多个不同的不稳定铀同位素衰变为稳定的铅同位素的不同的化学通路。人类进化研究最相关的衰变路径开始铀- 238卡塔尔世界杯B组积分 (238 u),衰变对铅- 206 (206 pb)。不同于许多其他放射性元素,需要多个步骤铀衰变为领导由于其巨大的原子量。206 pb衰变过程的最后一步,因为它是稳定的。multiple-decay过程意味着铀系列的半衰期很长,允许科学家们迄今为止非常古老的材料,如加拿大Acasta片麻岩(世界上最古老的岩石)估计也有40.3亿年的历史使用铀铅约会。

铀铅约会是类似于其他辐射方法,最终产品(206 pb)是稳定的。然而,中间衰减措施去稳定的最终产品是有用的约会。本系列的方法计算年龄不同于其他辐射方法,因为他们的女儿同位素是不稳定的。本系列的最常用的是234 u - 230(铀钍)通路。钍是不溶于水,所以地质材料由流水(如洞穴)通常不包含任何钍。相比之下,铀是水溶性,成为纳入地质材料。随着时间的流逝,不稳定的234 u 230衰变;这个过程的半衰期为245000年。然而,230也是放射性半衰期(75000年),而不是积累下去,它也开始腐烂。最终这些同位素的衰变和积累之间的平衡,它允许计算日期的样品。 Uranium series dating is especially useful in regions that are not volcanically active such as South Africa and western Europe. It is also particularly useful in cave sites, because uranium is frequently introduced into caves through slow-flowing water.

Non-Radiometric约会

绝对有很多约会的方法依赖于一些非放射性衰变过程。有许多自然“时钟”,不同程度的可靠性和使用。以下部分介绍了一些最常见的这些技术应用于人类进化的研究。卡塔尔世界杯B组积分

俘获电子约会

俘获电子的约会方法测量辐射(阳光、热等)接收到一个对象。这些方法只从事晶体材料,这意味着他们有一个以格状的原子排列。所有的晶体结构有缺陷造成的丢失的原子或存在杂质的结构。当暴露于辐射环境,电子吸收能量的结构,从原子的核分离,成为“困”在这些晶格缺陷,并开始积累。

当材料受到阳光或其它高温,被困电子被释放。如果材料是埋葬,它开始积累困电子。科学家可以晚些时候公开材料光或热在实验室里,再次释放被困的电子。相反的指示物质形成的时候,这个版本显示人员材料是去年以来已经过去了多少时间暴露在光或热。这个方法是有用的对约会对象的葬礼等事件,发射的陶器、石器或热处理。关键是能够单独当材料(例如,一块石头)形成与改变的时候和埋(热处理后作为一块石头工具)。

主要有两个约会俘获电子的方法,讨论如下:

1。热释光(TL)

热致发光是迄今为止使用水晶矿物质的时间持续加热事件在过去。这个方法是有用的对陶瓷(陶瓷)和沉积物接触到一个非常大量的阳光。辐射环境不断轰击矿物质,激发电子开始成为被困在晶格的缺陷。

如上所述,一个输入的能量,如光或热需要自由这些被困的电子。困的积累电子发生在可测率成正比从标本接收到的辐射的直接环境。标本是加热时,被困的能量以光的形式释放(发光)作为电子逃逸。

产生的光线可以测量在实验室设置。因为这种被困的积累电子与晶体结构的形成开始,热致发光晶体材料可以追溯到当他们形成或最后一次材料暴露在光。对陶瓷这一刻他们被解雇或上一次陶瓷暴露在太阳被埋,这可以被清洗的程度区分电子陷阱。

2。光激励发光(OSL)

光激励发光检测沉积物去年时暴露在低水平的光比所需的热释光约会。中某些矿物质沉积物(如石英)储存能量以辐射的形式在一个已知的,恒定速率。这些矿物质在地上时,电子从放射性元素被困在他们的晶体结构缺陷。如果矿物质充分暴露于高水平的辐射(如阳光),暴露导致矿物晶格振动。困的一部分电子放射性元素的释放,释放的能量是测量和用于计算日期矿物时最后接触到那种程度的阳光(即埋葬的近似日期)。

其他方法与人类进化的研究卡塔尔世界杯B组积分

裂变径迹的约会

裂变径迹约会是基于同样的原则作为铀铅约会,但测量的“女儿”的产品不是一个元素,而是在一个水晶的损害。因为铀是这样一个不稳定的元素,能够自发裂变核,这意味着有力的原子核分裂成两个片段类似的质量。这个事件是如此强大,它可以离开“跟踪”伤害的水晶铀的困。科学家可以淹没在酸晶体,使这些痕迹明显在显微镜下进行分析。跟踪他们的数量计数可以比较样本本身对铀含量计算晶体的年龄。这种方法通常应用于岩石显示跟踪,如锆石。

电子自旋共振(ESR)

介绍了这种技术在1970年代迄今成立的材料不能使用放射性碳方法。它可以应用于牙釉质和壳牌等有机材料。这使得该技术有用,因为牙齿是最常见的骨骼化石记录中发现的一部分。

牙釉质的主要组成矿物羟磷灰石,具有两个能量状态:non-excited状态和激发态。自然地质辐射可以在这些状态之间转移电子。电子被困在这两个州的比率成正比的持续时间辐照(即埋的时间),进而给出一个准确的牙齿的年龄。

氨基酸外消旋化

介绍了该方法在1980年代中期和优化整个1990的是企图扩大各种测定方法用于生物材料。氨基酸可以存在于两个不同的镜像形式(L和D型),可以使用偏振光分化。生物体只有l型氨基酸。生物体死后,氨基酸可以翻转(“外消旋”)之间的L型;以稳定的速度型的L型变化,直到有同等数量的L和D类型。有机样品的两种类型的比率可以用来估计了死亡的时间。

黑曜石水化

黑曜石是火山玻璃已经被古代和现代人类高品质,锋利的石器工具和武器。黑曜石经历这一过程被称为矿物水化:骨折时,材料开始从空气中吸收水分或环境相对正常。这种吸收形成一层表面的黑曜石。这一层的厚度可以测量和相关的时间已经过去了自从黑曜石是断裂的。考古学家可以使用该方法制造石头工具。

总结

约会的方法是研究过去的基石,是一个很好的例子的多种科学如何一起工作——例如,地质学、化学、物理学和统计数据。发展和精炼方法一直是人类进化研究的一个关键组成部分,并提供了许多见解我们过去的时间线。卡塔尔世界杯B组积分亲戚历史最古老的创新自己的物种,约会的方法帮助科学家们了解人类进化和事件相关的网站。其中一些事件覆盖在这个网站上突出显示在下图。

如果你想了解更多,我们建议访问这两个网站:

1。本文用地质方法测定岩石和化石在大自然的优秀Scitable一系列的在线文章自然教育知识的项目。

2。加州大学伯克利分校的古生物学博物馆理解深时间在线资源。这是一个信息之旅中,学生能够基本理解地质时间,事件的证据在地球的历史上,相对和绝对约会技术和地质时间尺度的重要性。

这个页面上的文本和插图是主要由金正日Foecke指出从凯文·Takashita-Bynum贡献和编辑里克•波茨对此Pobiner,克拉克和詹妮弗。我们欠了几个教育者(Nikki钱伯斯,约翰·米德韦斯本人,和马克特里)和人类起源的志愿者(本·戈顿Jurate后备军人,卡罗尔•Schremp戴夫Wrausmann)也提供了意见和建议。