چگونه باستان‌شناسان سن فسیل‌ها و مصنوعات را تعیین می‌کنند

هنگامی که باستان‌شناسان می‌گویند یک مصنوعه ۳۰۰۰ سال قدمت دارد یا یک لایه حاوی فسیل ۱.۸ میلیون سال قدمت دارد، این عدد از یک یا چند تکنیک تاریخ‌گذاری علمی نشأت می‌گیرد، نه از یک روش جهانی واحد. روش‌های تاریخ‌گذاری در دو دسته قرار می‌گیرند: تاریخ‌گذاری نسبی، که تعیین می‌کند آیا یک جسم یا لایه از جسم یا لایه دیگر قدیم‌تر یا جوان‌تر است، و تاریخ‌گذاری مطلق (یا کرونومتری)، که محدوده سن واقعی را با استفاده از فرایندهای فیزیکی یا شیمیایی قابل اندازه‌گیری تخمین می‌زند، بر اساس سرویس پارک‌های ملی آمریکا.

تاریخ‌گذاری نسبی: تعیین ترتیب، نه سال‌های دقیق

قدیمی‌ترین و ساده‌ترین روش نسبی، لایه‌شناسی است، که بر اساس قانون برتری است: در یک محل کاوش نشده، لایه‌های خاک عمیق‌تر از لایه‌های بالایی قدیم‌تر هستند، همان‌گونه که سرویس پارک‌های ملی توضیح می‌دهد. کاوندگان خاک را به ترتیب معکوس ترسیب آن زدایل می‌کنند، بنابراین دنباله لایه‌ها یک خط زمانی نسبی را حتی قبل از اجرای هر آزمایش علمی می‌دهد.

باستان‌شناسان همچنین از سریاسازی استفاده می‌کنند، که سفال، ابزار یا سبک‌های مصنوعات دیگر را بر اساس نحوه تغییر ویژگی‌های طراحی آن‌ها در طول زمان به ترتیب قرار می‌دهد، و ایده مرتبط terminus post quem، که از اخیرترین جسم قابل تاریخ‌گذاری در یک لایه برای تعیین قدیم‌ترین تاریخ ممکن برای هر چیزی که با آن یافت شده استفاده می‌کند. تاریخ‌گذاری متقاطع، اكتشافات را بین محل‌های کاوش برای پیوند دادن کرونولوژی‌های نسبی آن‌ها مقایسه می‌کند، بر اساس سرویس پارک‌های ملی.

تاریخ‌گذاری رادیوکربن: پرکاربردترین روش مطلق

تاریخ‌گذاری رادیوکربن (کربن-۱۴) به این دلیل کار می‌کند که ارگانیسم‌های زنده دائماً کربن را با جو تبادل می‌کنند، یک نسبت ثابت از کربن-۱۴ رادیواکتیو به کربن-۱۲ پایدار را حفظ می‌کنند، بر اساس آزمایشگاه تحقیقات باستان‌شناسی و تاریخ هنر دانشگاه آکسفورد، که سرویس تاریخ‌گذاری رادیوکربن را اداره می‌کند. پس از مرگ یک ارگانیسم، جذب کربن متوقف می‌شود و کربن-۱۴ آن با سرعت شناخته شده فروپاشی می‌کند، که به دانشمندان اجازه می‌دهد زمان سپری شده را از نسبت باقی‌مانده محاسبه کنند.

این روش فقط برای مادهای قابل اجرا است که در گذشته بخشی از یک ارگانیسم زنده بوده‌ است — استخوان، چوب، زغال، صدف، موی یا بقایای مشابه — نه برای سنگ یا فلز مگر اینکه باقیمانده آلی پیوسته باشد، همان‌گونه که آزمایشگاه آکسفورد و سرویس پارک‌های ملی هر دو یادآوری می‌کنند. نصف‌عمر کربن-۱۴ تقریباً ۵۷۳۰ سال توسط نشنال جئوگرافیک و حدود ۵۷۰۰ سال توسط سرویس پارک‌های ملی ذکر شده است.

در مورد محدوده قابل استفاده، منابع حدود کمی متفاوتی می‌دهند: آزمایشگاه آکسفورد بیان می‌کند این روش از چند صد سال پیش تا حدود ۵۰۰۰۰ سال را پوشش می‌دهد، درحالی که نشنال جئوگرافیک گزارش می‌دهد که نمونه‌های قدیم‌تر از حدود ۴۰۰۰۰ سال بسیار دشوار برای تاریخ‌گذاری می‌شوند و نمونه‌های فراتر از ۶۰۰۰۰ سال اصلاً نمی‌توانند تاریخ‌گذاری شوند. نتایج خام نیز به معایره‌ای نیاز دارند زیرا سطح کربن-۱۴ جو در طول زمان متغیر بوده‌اند، و نتایج می‌توانند با آلودگی خاک یا با 'اثر مخزن' دیده شده در نمونه‌های دریایی منحرف شوند، بر اساس آزمایشگاه آکسفورد.

تاریخ‌گذاری سنگ، چوب و سفال سوخته‌ای: روش‌های مطلق دیگر

برای سنگ‌های آتشفشانی مرتبط با لایه‌های باستان‌شناسی یا فسیلی، دانشمندان از تاریخ‌گذاری پتاسیم-آرگون یا نسخه تصفیه‌شده‌ی آن، تاریخ‌گذاری آرگون-آرگون (۴۰Ar/۳۹Ar)، استفاده می‌کنند، که فروپاشی پتاسیم-۴۰ به آرگون-۴۰ را تتبع می‌کند، بر اساس سازمان زمین‌شناسی آمریکا. نوع ۴۰Ar/۳۹Ar نمونه را تابش می‌کند تا برخی از پتاسیم را به آرگون-۳۹ تبدیل کند، که به محققان اجازه می‌دهد دو ایزوتوپ آرگون را از یک نمونه به جای دو عنصر جداگانه اندازه‌گیری کنند، که دقت را بهبود می‌بخشد. سازمان زمین‌شناسی آمریکا یادآوری می‌کند این رویکرد بهترین بر کریستال‌های غنی از پتاسیم مانند سانیدین کار می‌کند و بر فوران‌های حدود ۷۰۰۰۰ سال پیش تا رویدادهایی در ۱۲۰۰۰ سال گذشته اعمال شده‌است.

مصنوعات و ساختار‌های چوبی می‌توانند از طریق دندروکرونولوژی، یا تاریخ‌گذاری حلقه درخت، تاریخ‌گذاری شوند. آزمایشگاه تحقیق حلقه درخت دانشگاه آریزونا توضیح می‌دهد که صرفاً شمارش حلقات غیر قابل اعتماد است زیرا درختان می‌توانند حلقاتی که به صورت محلی نقص هستند یا نوار‌های کاذبی که شبیه حلقات رشد واقعی هستند تولید کنند. درعوض، متخصصان از تاریخ‌گذاری متقاطع استفاده می‌کنند — تطابق الگوی حلقات پهن و باریک، که شرایط رشد سالانه را منعکس می‌کند، در سراسر نمونه‌های چوب متعدد از همان منطقه — اغلب از طریق تکنیکی به نام رسم اسکلت، برای اختصاص یک سال تقویمی دقیق برای هر حلقه.

سایر تکنیک‌های مطلق فهرست‌شده توسط سرویس پارک‌های ملی شامل خوشه‌دهی گرمایی است، که الکترون‌های محبوس شده در سفال سوخته‌ای یا سنگ گرم‌شده توسط تابش پس‌زمینه را و به عنوان نور هنگام بازگرم کردن مادی در آزمایشگاه آزاد شده‌اند؛ هیدراسیون آبسیدین، که ضخامت لایه جذب آب در سطح تازه‌شكسته‌ی آبسیدین (شیشه آتشفشانی) را اندازه می‌گیرد؛ و تاریخ‌گذاری سرامیک متوسط، که میانگین تاریخ محل‌های کاوش را از نقاط تولید معروف انواع سفال‌های مختلف یافت‌شده در آنجا محاسبه می‌کند.

چرا باستان‌شناسان چندین روش را ترکیب می‌کنند

هیچ تکنیک واحدی همه مواد یا همه محدوده‌های زمانی را پوشش نمی‌دهد، که از این رو تیم‌های کاوشی معمولاً روش‌های نسبی مانند لایه‌شناسی را با یک یا چند روش مطلق مناسب برای مواد واقعی موجود — باقیمانده‌های آلی برای تاریخ‌گذاری رادیوکربن، سپرده‌های آتشفشانی برای پتاسیم-آرگون، چوب برای دندروکرونولوژی، یا سفال سوخته‌ای برای خوشه‌دهی گرمایی — ترکیب می‌کنند. تطابق نتایج از روش‌های مختلف، و در برابر سوابق تاریخی جایی که آن‌ها وجود دارند، به باستان‌شناسان کمک می‌کند خطاها را شناسایی کنند و تخمین سنی نهایی گزارش‌شده برای یک محل یا جسم را محدود کنند.