Katsaus fossiilien kovien osien iänmääritysmenetelmiin

Abstract

Fossiilien iän määrittäminen on tärkeä tutkimusmetodi tutkittaessa maapallon historiaa, kuten laattatektoniikan aiheuttamia litosfäärilaattojen liikkeitä sekä ilmaston ja eliökunnan kehittymistä. Tämä tutkimus esittelee fossiilien koviin osiin soveltuvia iänmääritysmenetelmiä ja sitä, kuinka ne soveltuvat eri ikäisten fossiilien ajoitukseen. Iän määrittäminen jaetaan absoluuttiseen ja suhteelliseen iän määrittämiseen, ja tässä tutkimuksessa käsitellään absoluuttisia iänmääritysmenetelmiä.

Tämä tutkimus käsittelee fossiileille soveltuvia radiometrisiä ajoitusmenetelmiä, jotka ovat radiohiili-, uraani-lyijy- ja kalium-argon-menetelmät sekä näiden lisäksi kaksi muuta ajoitusmenetelmää, luminesenssiajoitusmenetelmät sekä AAR-menetelmä.

Radiometriset ajoitusmenetelmät perustuvat näytteen radioaktiivisuuden ja hajoamisen tutkimiseen. Erilaiset radiometriset menetelmät sopivat eri ikäisille fossiileille riippuen näytteen koostumuksesta ja tutkittavan alkuaineen puoliintumisajasta.

Radiohiilimenetelmä perustuu hiilen isotoopin C-14 radioaktiiviseen hajoamiseen. Kyseinen isotooppi päätyy fotosynteesin ja ravintoketjujen kautta organismeihin. Organismin kuollessa radiohiilen kerääntyminen pysähtyy. Radiohiilen puoliintumisaika on noin 4700 vuotta. Radiohiiliajoitus soveltuu suhteellisen nuoriin näytteisiin, maksimissaan 55 000 vuoden ikäisiin fossiileihin.

Uraani-lyijy-ajoitus eli U-Pb-ajoitus on yksi tunnetuimpia radiometrisiä iänmääritysmenetelmiä geologiassa. U-Pb-ajoitusmenetelmä soveltuu miljoonasta 4,5 miljardin vuoden ikäisiin näytteisiin. Menetelmässä käytetään tavallisimmin zirkonia, monatsiittiä tai titaania, joista mitataan uraanin ja radiogeenisen lyijyn pitoisuudet.

Kalium-argon-ajoitus eli K-Ar-ajoitus on menetelmä, jossa tutkitaan kaliumin ja argonin pitoisuuksia. Menetelmää käytetään mm. savikiviin, kiilteisiin, evaporiitteihin ja vulkaanisesta purkauksesta syntyneisiin kiviin, jotka sisältävät kaliumia. Tämä iänmääritysmenetelmä soveltuu yli 100 000 vuotta vanhoihin näytteisiin.

Helium-ajoitusmenetelmä perustuu alfahajoamisen seurauksena syntyvän heliumin määrän mittaamiseen. Hajoamissarjojen, kuten uraani-238, uraani-235 ja torium-232, lähtöaineet ovat kaikki alfahajoavia ja tuottavat heliumia. Jalokaasu helium sulkeutuu kallioperään mineraalien ja fossiilien sisään.

Luminesenssiajoitusmenetelmät ovat menetelmiä, joiden perusteella voidaan selvittää, kuinka kauan aikaa sitten näyte altistui auringon valolle tai lämmölle. Menetelmä soveltuu muutamasta vuodesta miljoonaan vuoteen ja sitä käytetään usein kvartseille ja maasälville.

Aminohappoajoitusmenetelmässä (engl. Amino Acid Racemization, AAR) tutkitaan aminohappomolekyylien muutoksia niiden muodostumisesta suhteessa kuluneeseen aikaan organismin kuoleman jälkeen. AAR-menetelmä soveltuu enimmillään noin 200 000 vuotta vanhoihin näytteisiin.

EPR-spektroskopiaa käytetään sedimenttikerrosten ja fossiilien iän määrittämiseen yhdessä uraanisarjojen kanssa. Menetelmä toimii tuhannesta vuodesta kolmen miljoonan vuoden ikäisiin näytteisiin, erityisesti uraania sisältäviin materiaaleihin. EPR-ajoitus perustuu luonnollisen säteilyn aiheuttamiin paramagneettisten häiriöiden tutkimiseen.