Die Datierung von Fossilien und Artefakten


Nur wenn man das Alter paläontologischer und archäologischer Funde abschätzen kann, läßt sich für die Evolution ein zeitlicher Ablauf rekonstruieren. Glücklicherweise kennt man mehrere Methoden, von denen Geologen oder Geochronologen in der Regel an jeder Fundstelle mindestens eine anwenden können. Die ersten gut dokumentierten Fossilien von Primaten stammen aus der späten Kreidezeit. Paläontologen, die sich mit der Evolution der Primaten beschäftigen, werden also in erster Linie an Techniken interessiert sein, die man zur Altersbestimmung von Fossilien der letzen 70 Millionen Jahre heranziehen kann.

Man kennt zwei Gruppen solcher Techniken: die relative und die absolute Datierung. Die relativen Methoden besagen, dass ein bestimmtes Fossil oder Artefakt jünger oder älter ist als ein anderes. Sie geben aber kein Alter in Jahreszahlen an, beispielsweise sind Gesteine oder Sedimente in einer senkrechten Schichtenfolge um so jünger, je weiter oben sie liegen -vorausgesetzt, die Anordnung wurde nicht gestört. Das ist das geologische Prinzip der Überlagerung, das im 19. Jahrhundert von Nicolaus Steno formuliert wurde.

Biostratigraphie

Eine bekannte Methode aus der Gruppe der relativen Datierung ist die Biostratigraphie. Manchmal ist diese Methode die einzigte Möglichkeit, um das Alter weit voneinander entfernter Fossilfundstellen zu vergleichen. Sie bedient sich der fossilen Überreste weit verbreiteter Tierarten, die sich im Laufe der Evolution deutlich verändert haben. In Afrika und dem Nahen Osten sind dies vor allem Nagetiere, Elefanten, Antilopen und Schweine.

Mit der Biostratigraphie konnte man eine Zeittafel für die fossilreichen südafrikanischen Kalksteinhöhlen von Swartkrans und Sterkfontein aufstellen, wo es kein geeignetes vulkanisches oder radioaktives Gestein für die absolute Datierung gibt. Außerdem ist die Biostratigraphie ein gutes Gegengewicht zu der eher technisch orientierten absoluten Datierung. So erkannte man zum Beispiel durch die Untersuchung von Schweinezähnen einen Fehler in der Kalium-Argon-Datierung des KBS-Tuffsteins in Koobi Fora in Kenia, so dass man das Alter von Fossilien wie KNM-ER 1470 um über eine halbe Million Jahre korrigieren mußte.

Die genauere Methode zur Altersbestimmung von Fossilien und Artefakten ist die absolute Datierung. Meist handelt es sich um radiometrische Methoden, die sich den gleichmäßig fortschreitenden Zerfall bestimmter Isotope - das sind Varianten eines chemischen Elements - zunutze machen. Fossile Knochen selbst kann man nur selten präzise datieren - gelungen ist dies nur in wenigen Fällen bei Fundstücken aus dem Holozän oder dem späten Pleistozän. Im Allgemeinen kann man das Alter von derart alten Fundstücken nur bestimmen, wenn man den geologischen Fundkontext in Augenschein nimmt und Gesteinsproben aus dem Fundhorizont des Fossils entnimmt.

Die Datierung von Fossilien beginnt in also der Regel damit, die geologische Gegebenheiten in der Umgebung der Fundstelle zu bestimmen und danach die Funde datierbaren Gesteinsschichten zuzuordnen. Sobald dies gelungen ist, können Geologen das Alter von Fossilien durch die Altersbestimmung von darunterliegenden oder darüberliegenden stratigraphischen Abschnitten einschätzen.

In den vergangenen Jahrzehnten haben Ingenieure und Wissenschaftler verschiedene Techniken zur Altersbestimmung von Gesteinen und Mineralien entwickelt. Diese kann man in drei Kategorien einteilen:

  • Radiometrische Methoden:
    • Techniken, die sich den radioaktiven Zerfall eines oder mehrer Elemente zunutze machen, beispielsweise die Radiocarbon-Datierung, die Thermolumineszenz-Datierung, die Kalium-Argon-Datierung, die Spaltspurdatierung (Fission Track Dating) oder die Uran-Thorium-Datierung.
  • Techniken, die auf langsamen chemischen Prozessen basieren:
    • beispielsweise Aminosäure Racemisierung
  • Methoden, die eine genaue Kalibrierung durch radioaktive oder chemische Standards erforden:
    • beispielsweise Paläomagnetismus, Biochronologie und Tephrochronologie.
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Datierbares Material
Spaltspurdatierung Vulkanische Mineralien, Glas, Keramik
Kalium-Argon Datierung (40K/40Ar und 39Ar/40Ar) Vulkanische Mineralien und Gesteine
Rubidium-Strontium Datierung (87Rb/87Sr) Vulkanische Mineralien und Gesteine
Uranreihen Datierung (234U/238U) Carbonate (z.B. Korallen)
Optisch angeregte Lumineszenz Quarz, Zirkon
Elektronenspinresonanz Datierung Carbonate, Silicate, Apatit (z.B. Zahnschmelz)
Uranreihen Datierung (230Th/234U) Anorganische und organische Carbonate, vulkanische Gesteine, ?Knochen, ?Zahndentin
Thermolumineszenz Keramik, Quarz, Feldspat, Carbonate
Uranreihen Datierung (231Pa/235U) Anorganische und organische Carbonate
Radiokohlenstoff-Datierung (14C) Organisches Material (z.B. Knochen, Schalen, Holzkohle, Carbonate

Jede dieser Techniken kann nur auf einen bestimmten Zeitabschnitt oder für bestimmte Materialien angewendet werden, außerdem braucht man ein Ereignis, um die "geologische Uhr" zu stellen. Jede Technik, die man in den entsprechenden Fachbereichen anwendet, birgt auch eine gewisse Unsicherheit im Ergebnis.


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