Il s'agit du quatrième d'une série de cinq articles rédigés par des experts présentés dans la nouvelle exposition du Smithsonian, Hall of Fossils - Deep Time, présentée au Musée national d'histoire naturelle. Vous pouvez trouver la série complète en visitant notre rapport spécial Deep Time
"Aucun fossile n’est enterré avec son acte de naissance", écrivait le rédacteur scientifique de renom Henry Gee dans son traité de 2000, In Search of Deep Time . Bien que vrais, les fossiles sont enterrés avec beaucoup d'indices qui nous permettent de reconstruire leur histoire. Un ensemble de techniques de datation absolues a permis d'établir l'échelle de temps de l'histoire de la Terre, y compris l'âge et l'origine de la vie, le moment des extinctions massives et le récit de l'évolution humaine.
En 2013, dans la région Afar en Éthiopie, notre équipe de recherche a découvert un os de mâchoire fossile rare appartenant à notre genre, Homo . Pour résoudre le mystère de l'époque où cet ancêtre humain vivait sur Terre, nous avons cherché des réponses dans les couches de cendres volcaniques voisines. À l'aide d'une loupe de géologue, nous pouvons analyser avec soin les cendres à la recherche de minuscules minéraux plus petits qu'un simple biscuit au sucre et qui constituent la clé pour déterminer l'âge d'un fossile.
Travailler dans cette partie de l’Éthiopie est une aventure. C’est une région où 90 degrés Fahrenheit semblent froids, la poussière est une donnée, pas l’eau, et un trajet quotidien normal inclut des autruches en course et un freinage pour les chameaux tandis que nous nous frayons un chemin à travers le désert. Mais ce paysage aride et hostile est l’un des lieux les plus importants au monde pour étudier quand et comment les premiers hommes ont commencé à marcher debout, en utilisant des outils et en s’adaptant à leurs environnements en mutation.
La région d’Afar est composée de roches sédimentaires superposées, contenant de minces cendres volcaniques blanches que nous pourrions utiliser pour dater l’os de la mâchoire fossile. (Erin DiMaggio, Université Penn State) Avant de disposer de moyens plus précis pour dater les fossiles, les géologues et les paléontologues ont utilisé des méthodes de datation relatives. Ils ont examiné la position des roches sédimentaires pour déterminer l'ordre. Imaginez votre panier à linge. Les vêtements sales que vous avez portés le week-end dernier sont assis au bas de la table, mais le reste du jour sur la pile. Le concept des roches sédimentaires est le même. Les roches plus anciennes sont en bas, les plus jeunes en haut. Les chercheurs ont également utilisé la biostratigraphie, qui étudie la manière dont les fossiles apparaissent, prolifèrent et disparaissent dans tout le disque rocheux pour établir des âges relatifs. Nous utilisons encore aujourd'hui ces méthodes de datation relative comme première approche pour dater des fossiles avant d'attribuer un âge numérique ou absolu.
Pouvons-nous dater les fossiles actuels? Parfois.
Les scientifiques appelés géochronologues sont des experts en datation de roches et de fossiles et peuvent souvent dater les fossiles âgés de moins de 50 000 ans environ à l'aide de la datation au radiocarbone. Cette méthode a été utilisée pour fournir des dates à toutes sortes de matériaux intéressants, comme l’art rupestre et le caca fossilisé. Malheureusement, les fossiles comme notre mâchoire, ainsi que les dinosaures exposés dans la nouvelle exposition "Fossil Hall - Deep Time" au Musée national d'histoire naturelle de Smithsonian, sont tout simplement trop anciens pour la datation au radiocarbone. Dans ces cas, nous devons compter sur les rochers eux-mêmes. Nous datons les roches et par déduction, nous pouvons dater les fossiles.
À Afar, en Éthiopie, un os fossile rare appartenant à notre genre, Homo, a été découvert par notre équipe de recherche en 2013. Pour résoudre le mystère de la vie de cet ancêtre humain sur Terre, nous avons cherché des réponses à l'aide de couches de cendres volcaniques. (William H. Kimbel, Université d'État de l'Arizona) Le premier grand défi consiste à trouver le bon type de roches à collecter pour une analyse en laboratoire. Nous avons la chance que la région d’Afar ait des horizons de cendres volcaniques dans les couches de roches sédimentaires. En fait, juste en dessous du lieu où l’os fossile de la mâchoire a été découvert, notre équipe a découvert une nouvelle couche de cendres volcaniques que nous avons baptisée Tuff Gurumaha. Le mot gurumaha dans la langue locale signifie milkshake - un reflet de notre état d'esprit dans la chaleur de l'après-midi de 90 degrés. En un sens, nous pouvons considérer les couches de cendres volcaniques comme des chronomètres enfouis. Lorsque le volcan entre en éruption, le chronomètre démarre et nous utilisons des techniques de datation absolues pour indiquer le temps écoulé.
Les roches volcaniques contiennent généralement des minéraux naturellement radioactifs - nos saupoudres à biscuits au sucre. Nous pouvons dater ces minéraux en utilisant des techniques basées sur la désintégration radioactive des isotopes, qui se produit à des vitesses connues. La mesure des isotopes implique généralement des lasers, des spectromètres de masse et parfois même des réacteurs nucléaires. Nous calculons l'âge en utilisant le taux de décroissance et les mesures isotopiques, ce qui nous donne le temps écoulé sur notre chronomètre.
Nous avons daté avec succès le tuf de Gurumaha à 2, 82 millions d’années en datant du feldspath minéral naturellement radioactif. Puisque l'os de la mâchoire s'est érodé du haut du tuf de Gurumaha, il doit être plus jeune. Nous avons calculé que l'os de la mâchoire est âgé de 2, 80 à 2, 75 millions d'années, ce qui en fait le plus ancien fossile connu de notre genre Homo .
Nous avons réussi à dater le tuf de Gurumaha à 2, 82 millions d’années en datant le feldspath minéral naturellement radioactif (voir ci-dessus, examiné au microscope.) (Erin DiMaggio, Penn State University). Les géochronologues disposent de nombreux outils, mais certains roches et fossiles s'avèrent difficiles à dater. Les innovations apportées aux méthodes de datation existantes éliminent ces obstacles. Par exemple, les modifications apportées à une méthode appelée résonance de spin électronique permettent aux scientifiques de dater des fossiles rares, comme les dents d'hominin, car ils peuvent dater directement le fossile sans endommager visiblement le spécimen. Dans l’Afar, les scientifiques tentent de dater les couches réelles qui érodent les fossiles, plutôt que de compter sur la présence de cendres volcaniques. Cela nous indiquerait avec plus de précision l'âge des roches contenant des fossiles et ouvrirait de nouveaux sites d'exploration à l'absence de telles couches.
Les fossiles s'étendent sur des siècles, voire des milliards d'années, dans le temps géologique et sont découverts dans de nombreux types de roches et milieux. Le choix d’une technique de datation appropriée est une étape critique pour obtenir un âge significatif et précis.
Les scientifiques ont daté de 236 000 à 335 000 ans la présence de fossiles trouvés dans des grottes sud-africaines à l'aide de plusieurs géochronomètres, dont la luminescence stimulée optiquement, un outil qui nous permet de calculer la dernière fois que les sédiments des cavernes ont été exposés à la lumière. Une autre méthode courante, la datation au plomb-uranium, repose sur la désintégration radioactive de l'uranium et peut être utilisée pour dater les roches contenant le plus ancien fossile connu sur Terre - plus de 3, 5 milliards d'années! Pour mettre cela dans son contexte, l'âge de la Terre est de 4, 54 milliards d'années, mais notre espèce n'existe que depuis environ 300 000 ans.
L'âge de la Terre et l'origine de la vie sont presque insondables, mais le nouveau Deep Time Hall du Smithsonian est conçu pour nous aider à saisir l'énormité de l'histoire de la Terre à la lumière de nos impacts actuels. Le géologue du 18ème siècle, James Hutton, a reconnu que les processus géologiques nécessitent de longues échelles de temps, un concept central de ce que nous entendons par temps profond. La géochronologie - datation des roches et des fossiles - a pour but de combiner les dates obtenues pour raconter l’histoire extraordinaire du temps profond de la Terre.
