Per datare i fossili si usano metodi di datazione relativa e metodi di datazione assoluta.
La datazione relativa dei fossili impiega la biostratigrafia e in particolare il principio geologico della sovrapposizione di Stenone, secondo il quale strati inferiori del terreno sono più antichi di quelli soprastanti. Grazie a tale principio si possono confrontare fossili rinvenuti in luoghi diversi e stabilire se appartengano o no allo stesso periodo. In genere si usano fossili guida, caratterizzati da una rapida evoluzione (sono vissuti in un tempo relativamente breve).
La datazione assoluta (di solito comunque meno precisa della datazione relativa) utilizza invece il decadimento di isotopi radioattivi (per esempio il carbonio 14) di particolari elementi; a seconda dell’elemento considerato e del suo isotopo (e quindi del tempo di dimezzamento, il tempo necessario perché una certa massa di un isotopo radioattivo si riduca a metà) si ottiene un intervallo di tempo massimo valido per la datazione. Per il carbonio 14 (14C) si arriva al massimo a 40.000 anni fa, mentre per esempio con altri isotopi meno comuni si può arrivare al miliardo di anni.
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