科学者は恐竜の骨の年齢をどのように判断するのでしょうか?

古生物学者のメアリー・シュバイツァーがティラノサウルスの化石から軟組織を発見したとき、彼女の発見は明らかな疑問を引き起こしました – どのようにして組織はこれほど長く生き残ることができたのでしょうか？骨は6,800万年前のもので、化石化に関する常識では、血液から脳に至るすべての軟組織が分解するということになっています。化石になれるのは骨や歯などの硬い部分だけです。しかし、一部の人にとって、この発見は別の疑問を引き起こしました。科学者たちは骨が本当に6,800万年前のものであることをどのようにして知るのでしょうか?

化石の年代に関する今日の知識は、主に放射性年代測定法 (放射性年代測定法としても知られています) から得られています。放射年代測定は同位体の特性に依存しています。これらは炭素やウランのような化学元素であり、1 つの重要な特徴、つまり原子核の中の中性子の数を除いて同一です。

原子には同数の陽子と中性子が存在する場合があります。しかし、中性子の数が多すぎたり少なすぎたりすると、原子は不安定になり、原子核が安定状態に達するまで粒子を放出します。核を構成要素のピラミッドと考えてください。側面のピラミッドに追加のブロックを追加しようとすると、それらはしばらくは留まるかもしれませんが、最終的には外れてしまいます。ピラミッドの側面の 1 つからブロックを取り除くと、残りの側面が不安定になる場合も同様です。最終的には、ブロックの一部が剥がれ落ち、より小さく、より安定した構造が残ることがあります。

その結果は、不安定な同位体が安定した同位体に崩壊するにつれて時を刻む放射時計のようなものです。特定の不安定な原子 (親) がいつ安定した原子 (娘)に崩壊するかを予測することはできません。しかし、大規模な原子グループが崩壊するまでにどれくらいの時間がかかるかを予測することはできます。元素の半減期は、サンプル内の親原子の半分が娘原子になるまでにかかる時間です。

この放射時計の時間を読み取るために、科学者は質量分析計と呼ばれる装置を使用して親原子と娘原子の数を測定します。親と娘の比率から、研究者は標本の年齢を知ることができます。親同位体が多いほど、娘同位体が少ないほど、サンプルは若くなります。測定される同位体の半減期によって、非常に古いサンプルの年代測定にどの程度役立つかが決まります。すべての親が娘になると、2 つの同位体を比較する根拠はなくなります。科学者たちは、時計が数日で止まったのか、それとも数百万年前に止まったのかを知ることができません。これは、半減期が短い同位体では恐竜の骨の年代を特定できないことを意味します。

半減期が短いことは、恐竜の骨を年代測定する際の問題の一部にすぎません。研究者は、測定するのに十分な親原子と娘原子も見つけなければなりません。化石の年代を特定するために何が必要か、そして火山灰が化石とどのような関係があるのか​​を見てみましょう。

堆積岩の年代測定

最も広く知られている放射年代測定法は炭素 14 年代測定法です。これは、考古学者が人工遺物の年代を決定するために使用するものです。しかし、炭素 14 年代測定は恐竜の骨では機能しません。炭素 14 の半減期はわずか 5,730 年であるため、炭素 14 年代測定は 50,000 年未満のサンプルに対してのみ有効です。一方、恐竜の骨は数百万年前のもので、化石の中には数十億年前のものもあります。これらの標本の年代を決定するには、科学者は半減期が非常に長い同位体を必要とします。この目的に使用される同位体の一部にはウラン 238、ウラン 235 、カリウム 40があり、それぞれの半減期は 100 万年以上です。

残念ながら、これらの元素は恐竜の化石自体には存在しません。それぞれは通常、火成岩、またはマグマが冷えてできた岩石の中に存在します。しかし、化石は堆積岩で形成されます。堆積物はすぐに恐竜の体を覆い、堆積物と骨は徐々に岩に変わります。しかし、この堆積物には通常、測定可能な量の必要な同位体が含まれていません。通常、同位体を含む火成岩では化石は形成されません。マグマの極端な温度は骨を破壊するだけです。

したがって、堆積岩層の年齢を決定するには、研究者はまず火山灰などの火成岩を含む隣接する地球の層を見つける必要があります。これらの層はブックエンドのようなもので、堆積岩が形成された期間の始まりと終わりを与えます。放射年代測定法を使用して火成層の年代を決定することにより、研究者はそれらの間にある堆積層の年代を正確に決定できます。

研究者たちは、ブラケット法と放射年代測定の基本的な考え方を使用して、世界中の岩石層の年代を決定しました。この情報は、地球自体の年齢を決定するのにも役立ちます。地球上で知られている最古の岩石は約 35 億年前のものですが、研究者らは 43 億年前のジルコン結晶を発見しました 。これらのサンプルの分析に基づいて、科学者たちは地球自体の年齢が約 45 億年であると推定しています。さらに、既知の最古の月の石は 45 億年前のものです。月と地球はおそらく同時に形成されたため、これは地球の年齢に関する現在の考えを裏付けています。

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