Làm thế nào để các nhà khoa học xác định tuổi của xương khủng long?

Khi nhà cổ sinh vật học Mary Schweitzer tìm thấy mô mềm trong hóa thạch khủng long bạo chúa , khám phá của bà đã đặt ra một câu hỏi hiển nhiên - làm thế nào mà mô có thể tồn tại lâu đến vậy? Xương có tuổi đời 68 triệu năm, và điều thông thường về hóa thạch là tất cả các mô mềm, từ máu đến não , đều bị phân hủy. Chỉ những phần cứng như xương và răng mới có thể trở thành hóa thạch. Nhưng đối với một số người, khám phá này đã đặt ra một câu hỏi khác. Làm thế nào các nhà khoa học biết xương thực sự là 68 triệu năm tuổi?

Kiến thức ngày nay về tuổi hóa thạch chủ yếu đến từ việc xác định niên đại bằng phương pháp đo phóng xạ , còn được gọi là xác định niên đại phóng xạ. Xác định niên đại bằng phương pháp đo phóng xạ dựa vào các đặc tính của đồng vị . Đây là các nguyên tố hóa học, như carbon hoặc uranium, giống hệt nhau ngoại trừ một đặc điểm chính - số lượng neutron trong hạt nhân của chúng.

Nguyên tử có thể có số proton và nơtron bằng nhau. Tuy nhiên, nếu có quá nhiều hoặc quá ít neutron, nguyên tử sẽ không ổn định và nó sẽ phóng ra các hạt cho đến khi hạt nhân của nó đạt đến trạng thái ổn định. Hãy coi hạt nhân như một kim tự tháp của các khối xây dựng. Nếu bạn cố gắng thêm các khối thừa vào kim tự tháp hai bên, chúng có thể được đặt trong một thời gian, nhưng cuối cùng chúng sẽ rơi ra. Điều này cũng đúng nếu bạn lấy một khối ra khỏi một trong các mặt của kim tự tháp, làm cho phần còn lại không ổn định. Cuối cùng, một số khối có thể rơi ra, để lại một cấu trúc nhỏ hơn, ổn định hơn.

Kết quả giống như một chiếc đồng hồ phóng xạ tích tắc khi các đồng vị không ổn định phân rã thành các đồng vị ổn định. Bạn không thể dự đoán khi nào một nguyên tử không ổn định cụ thể, hoặc nguyên tử mẹ , sẽ phân rã thành một nguyên tử ổn định, hoặc nguyên tử con . Nhưng bạn có thể dự đoán được một nhóm lớn nguyên tử sẽ mất bao lâu để phân rã. Chu kỳ bán rã của nguyên tố là khoảng thời gian cần thiết để một nửa số nguyên tử mẹ trong mẫu trở thành con gái.

Để đọc thời gian trên chiếc đồng hồ phóng xạ này, các nhà khoa học sử dụng một thiết bị gọi là khối phổ kế để đo số nguyên tử mẹ và con. Tỷ lệ bố mẹ và con gái có thể cho nhà nghiên cứu biết độ tuổi của mẫu vật. Càng có nhiều đồng vị mẹ - và càng ít đồng vị con - thì mẫu càng trẻ. Chu kỳ bán rã của đồng vị đang được đo xác định mức độ hữu ích của nó trong việc xác định niên đại của các mẫu rất cũ. Một khi tất cả các cặp bố mẹ đều trở thành con gái, không còn cơ sở nào để so sánh giữa hai đồng vị. Các nhà khoa học không thể biết liệu đồng hồ chạy cách đây vài ngày hay hàng triệu năm. Điều này có nghĩa là các đồng vị có chu kỳ bán rã ngắn sẽ không hoạt động cho đến nay xương khủng long.

Chu kỳ bán rã ngắn chỉ là một phần của vấn đề khi xác định niên đại xương khủng long - các nhà nghiên cứu cũng phải tìm đủ số nguyên tử mẹ và con để đo lường. Đọc tiếp để biết xác định niên đại của một hóa thạch và tro núi lửa có liên quan gì đến nó.

Hình thức xác định niên đại bằng trắc phóng xạ được biết đến rộng rãi nhất là xác định niên đại bằng carbon-14 . Đây là những gì các nhà khảo cổ học sử dụng để xác định tuổi của các đồ tạo tác do con người tạo ra. Nhưng xác định niên đại bằng carbon-14 sẽ không hoạt động trên xương khủng long . Chu kỳ bán rã của carbon-14 chỉ là 5.730 năm, vì vậy việc xác định niên đại của carbon-14 chỉ có hiệu quả đối với các mẫu có tuổi đời dưới 50.000 năm. Mặt khác, xương khủng long có tuổi đời hàng triệu năm - một số hóa thạch có tuổi đời hàng tỷ năm. Để xác định tuổi của những mẫu vật này, các nhà khoa học cần một đồng vị có chu kỳ bán rã rất dài. Một số đồng vị được sử dụng cho mục đích này là uranium-238, uranium-235 và potassium-40 , mỗi đồng vị trong số đó có chu kỳ bán rã hơn một triệu năm.

Thật không may, những yếu tố này không tồn tại trong bản thân các hóa thạch khủng long . Mỗi loại trong số chúng thường tồn tại trong đá mácma , hoặc đá được làm từ magma nguội đi. Tuy nhiên, hóa thạch hình thành trong đá trầm tích - trầm tích nhanh chóng bao phủ cơ thể một con khủng long, trầm tích và xương dần dần biến thành đá. Nhưng trầm tích này thường không bao gồm các đồng vị cần thiết với số lượng có thể đo được. Hóa thạch không thể hình thành trong đá lửa thường chứa các đồng vị. Nhiệt độ khắc nghiệt của magma sẽ chỉ phá hủy xương.

Vì vậy, để xác định tuổi của các lớp đá trầm tích, trước tiên các nhà nghiên cứu phải tìm các lớp lân cận của Trái đất bao gồm đá mácma, chẳng hạn như tro núi lửa. Các lớp này giống như các liên kết - chúng bắt đầu và kết thúc khoảng thời gian khi đá trầm tích hình thành. Bằng cách sử dụng phương pháp xác định niên đại bằng đo phóng xạ để xác định tuổi của các dấu ngoặc bằng đá lửa , các nhà nghiên cứu có thể xác định chính xác tuổi của các lớp trầm tích giữa chúng.

Sử dụng những ý tưởng cơ bản về xác định niên đại bằng phương pháp đo và đo phóng xạ, các nhà nghiên cứu đã xác định tuổi của các lớp đá trên khắp thế giới. Thông tin này cũng đã giúp xác định tuổi của Trái đất . Trong khi những tảng đá lâu đời nhất được biết đến trên Trái đất có tuổi đời khoảng 3,5 tỷ năm, các nhà nghiên cứu đã tìm thấy các tinh thể zircon có tuổi đời 4,3 tỷ năm [nguồn: USGS ]. Dựa trên kết quả phân tích các mẫu này, các nhà khoa học ước tính rằng bản thân Trái đất đã có khoảng 4,5 tỷ năm tuổi. Ngoài ra, những tảng đá mặt trăng lâu đời nhất được biết đến là 4,5 tỷ năm tuổi. Vì mặt trăng và Trái đất có thể hình thành cùng một lúc, điều này hỗ trợ cho ý tưởng hiện tại về tuổi của Trái đất.

Bạn có thể tìm hiểu thêm về hóa thạch, khủng long, xác định niên đại bằng phương pháp phóng xạ và các chủ đề liên quan bằng cách đọc qua các liên kết bên dưới.

Các phương pháp hẹn hò khác

Xác định tuổi bằng phương pháp đo phóng xạ không phải là phương pháp duy nhất để xác định tuổi của đá. Các kỹ thuật khác bao gồm phân tích axit amin và đo lường những thay đổi trong từ trường của một vật thể. Các nhà khoa học cũng đã cải tiến các phép đo phóng xạ tiêu chuẩn. Ví dụ, bằng cách sử dụng tia laser, các nhà nghiên cứu có thể đo các nguyên tử mẹ và con trong một lượng vật chất cực kỳ nhỏ, giúp xác định tuổi của các mẫu rất nhỏ [nguồn: New Scientist ].

Xuất bản lần đầu: ngày 15 tháng 1 năm 2008

Những hóa thạch lâu đời nhất được tìm thấy ở đâu?

Những con khủng long có hàng triệu năm tuổi?

Tuổi hóa thạch được tính như thế nào?

Mô mềm thậm chí còn được tìm thấy trong xương khủng long?

Những bài viết liên quan

Các liên kết tuyệt vời hơn