عندما قامت عالمة الحفريات ماري شفايتزر "Mary Schweitzer" بإكتشاف أنسجة رخوة في حفرية لـ "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 على معرفته عن التحجُّر هو أن كل الخلايا الرخوة تتحلل, فقط الأجزاء الصلبة مثل العظام والأسنان بإمكانها أن تُصبح حفائر. ولكن على الطرف الآخر أثار الإكتشاف سؤالاً مختلفاً عند بعض الناس وهو كيف يعرف العلماء إن كان عمر العظام هو 65 مليون عام فعلاً.
معرفتنا اليوم بأعمار الحفريات تستند في الأساس على تحديد العمر إشعاعياً "radiometric dating" وتعتمد هذه الطريقة على خصائص النظائر "isotopes" وهي عبارة عن عناصر كيميائية متماثلة مثل الكربون واليورانيوم بإستثناء خاصية واحدة رئيسية وهي عدد النيترونات في كل نواة.
عادةً ما تحتوى الذرة على عدد متساوى من البروتونات والنيوترونات، وتُصبح الذرة غير مُستقرة في حالة وجود عدد كثير أو قليل من النيوترونات وعندها تقوم الذرة بالتخلص من الجسيمات حتى 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 غالباً، كذلك الحال عند أخذ لبنة بناء من جانب الهرم ففي هذه الحالة ستكون بقيته غير مستقرة. أخيراً قد تسقط بعض هذه اللبنات وتترك بناء أصغر وأكثر إستقراراً.
النتيجه ستكون مثل ساعة مُشِعَّة "radioactive clock" تَدُق في الوقت الذي تتحول وتَنحل فيه النظائر غير المستقرة إلى أخرى مستقرة. لا يمكننا أن نتوقع متى تتحول وتَنحل ذرة غير مستقرةأم parent إلى ذرة مستقرةبنت 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 لكي تتحول إلى بنت .
لقراءة الوقت على هذه الساعة المُشِعَّة يقوم العلماء بإستخدام جهاز يُدعى مطياف الكتلة mass spectrometer لقياس عدد الذرات الأم parent والبنت daughter، حيث تُحَدِد النسبة بينهم عُمر العينة فكلما كانت النظائر الأم كثيرة والبنت قليلة كانت العينه أحدث في العمر.
قياس نصف عُمر تَحلُّل النظير يُعتبر عامل مهم جداً عند تحديد مدى فعالية تحديد عمر العينات القديمة جداً. وقتما تتحول كل الذرات الأم إلى بنت 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 على العلماء إيجاد ما يكفي من الذرات الأم والبنت للقيام بعملية القياس. وبإستكمال القراءة سنتعرف على ما يلزم لتحديد عمر حفرية وما علاقة الرماد البركاني بهذا.
تحديد عُمر الصخور الرسوبية
يُعد الـ dating 14-carbon من أكثر الأنواع شيوعاً لتحديد العمر اشعاعياً 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 جداً.
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 حتى في حفريات الديناصورات نفسها، فهي تتواجد في الصخور النارية rocks usigneo أو الصخور المصنوعة من الصهارة المُبَرَّدة cooled magma. وعلى العموم تتكون الحفريات بداخل الصخور الرسوبية حيث تغطي الرواسب جسم الديناصور وتتحول الرواسب والعظام تدريجياً إلى صخور. ولكن هذه الرواسب لا تحتوي بالضرورة على النظائر المُرادة بكميات معقولة وكافية. وعلى الجانب الآخر لا تتكون الحفريات بداخل الصخور النارية التي يوجد بداخلها النظائر المطلوبه نظراً لإرتفاع درجة حرارة الصهارة مما قد يؤدي إلي تدمير العظام.
لذا لتحديد عُمر طبقات الصخور الرسوبية يجب على العلماء أولاً 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 اشعاعياً 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 وتحديد العمر اشعاعياً 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 على التحليلات التي اجريت على هذه العينات قدر العلماء عمر الأرض ب 4.5 مليار عام وبالإضافه إلى 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
تحديد العُمر اشعاعياً 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 أيضاً 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 جداً.