Anciennes coquilles d'œufs d'autruche d'Ysterfontein 1, un amas d'âge de pierre moyen en Afrique du Sud. Montré sont des coquilles d'œufs sélectionnés de la couche supérieure du dépotoir daté par Uranium-Thorium (U-Th, ou 230Th/U) géochronologie, avec leurs surfaces extérieures tournées vers le haut. La barre d'échelle est de 1 cm. Avec de nouveaux âges d'enfouissement 230Th/U des coquilles d'œufs d'autruche, Ysterfontein 1 est le plus ancien amas de coquillages marins bien daté, indiquant que les humains se sont adaptés pour utiliser systématiquement les ressources côtières telles que les coquillages il y a environ 120 000 ans. Crédit :E. Niespolo.
Les archéologues ont beaucoup appris sur nos ancêtres en fouillant dans leurs tas d'ordures, qui contiennent des preuves de leur régime alimentaire et de leurs niveaux de population au fur et à mesure que la flore et la faune locales ont changé au fil du temps.
Un rebut de cuisine courant en Afrique - des coquilles d'œufs d'autruche - aide maintenant à percer le mystère du moment où ces changements ont eu lieu, fournir un calendrier pour certains des premiers Homo sapiens qui se sont installés pour utiliser les ressources alimentaires marines le long de la côte sud-africaine plus de 100, il y a 000 ans.
Les géochronologues de l'Université de Californie, Berkeley, et le Berkeley Geochronology Center (BGC) ont développé une technique qui utilise ces rejets omniprésents pour dater avec précision les décharges d'ordures - poliment appelées dépotoirs - qui sont trop anciennes pour être datées par des techniques au radiocarbone ou au carbone-14, la norme pour les matériaux comme l'os et le bois qui ont moins de 50 ans environ, 000 ans.
Dans un article publié ce mois-ci dans la revue Actes de l'Académie nationale des sciences, l'ancienne doctorante de l'UC Berkeley Elizabeth Niespolo et le géochronologue et BGC et directeur associé Warren Sharp ont rapporté avoir utilisé la datation à l'uranium-thorium de coquilles d'œufs d'autruche pour établir qu'un dépotoir à l'extérieur du Cap, Afrique du Sud, a été déposé entre 119, 900 et 113, il y a 100 ans.
Cela rend le site, appelé Ysterfontein 1, le plus ancien amas de coquillages connu au monde, et implique que les premiers humains étaient pleinement adaptés à la vie côtière d'environ 120, il y a 000 ans. Cela établit également que trois dents d'hominidés trouvées sur le site sont parmi les plus anciens fossiles d'Homo sapiens récupérés en Afrique australe.
La technique est suffisamment précise pour que les chercheurs affirment de manière convaincante que le tas de 12,5 pieds de profondeur composé principalement de coquillages marins - moules, les mollusques et les patelles - mélangés avec des os d'animaux et des coquilles d'œufs peuvent avoir été déposés sur une période aussi courte que 2, 300 ans.
Les nouveaux âges révisent déjà certaines des hypothèses que les archéologues avaient faites sur les premiers Homo sapiens qui ont déposé leurs déchets sur le site, y compris comment leur population et leurs stratégies d'alimentation ont changé avec le changement climatique et le niveau de la mer.
"La raison pour laquelle c'est passionnant, c'est que ce site n'aurait pas été datable au radiocarbone car il est trop ancien, " Niespolo a dit, notant qu'il y a beaucoup plus de sites de ce type en Afrique, en particulier les zones côtières de l'Afrique du Sud.
"Presque tous ces sites ont des coquilles d'œufs d'autruche, alors maintenant que nous avons cette technique, il y a ce potentiel pour aller revisiter ces sites et utiliser cette approche pour les dater plus précisément et plus précisément, et plus important, savoir s'ils ont le même âge qu'Ysterfontein ou plus ou moins, et ce que cela nous dit sur la recherche de nourriture et le comportement humain dans le passé, " elle a ajouté.
Parce que les coquilles d'œufs d'autruche sont omniprésentes dans les dépotoirs africains, les œufs sont une riche source de protéines, équivalent à environ 20 œufs de poule - ils ont été une cible attrayante pour les géochronologues. Mais l'application de la datation uranium-thorium - également appelée série à l'uranium - aux coquilles d'autruche a été assaillie par de nombreuses incertitudes.
"Le travail précédent pour dater des coquilles d'œufs avec des séries d'uranium a été vraiment aléatoire, et surtout manquer, " a déclaré Niespolo.
La datation de précision repoussée à 500, il y a 000 ans
Autres méthodes applicables aux sites de plus de 50 ans, 000 ans, comme la datation par luminescence, sont moins précises - souvent d'un facteur 3 ou plus - et ne peuvent être réalisées sur des documents d'archives disponibles dans les musées, dit Sharp.
Les chercheurs pensent que la datation uranium-thorium peut fournir des âges pour des coquilles d'œufs d'autruche aussi vieilles que 500, 000 ans, prolongeant la datation précise des dépotoirs et d'autres sites archéologiques environ 10 fois plus loin dans le passé.
Les structures de coquille d'œuf exercent un contrôle primaire sur la distribution de l'U et du Th secondaires, la caractérisation spatiale des éléments clés et un échantillonnage minutieux sont donc nécessaires pour produire des âges précis par datation 230Th/U. Les barres d'échelle sont de 1 mm. A. Microphotographie en coupe mince d'une coquille d'œuf d'autruche moderne en coupe transversale, et les structures de coquille d'œuf correspondantes notées V (couche verticale), P (palissade ou couche prismatique), et C (couche conique). Les pores servant de voies d'accès à l'oxygène pour l'incubation des poussins sont visibles sous forme de trous ouverts pénétrant à travers la coquille d'œuf. B. Fragment monté sur époxy d'une coquille d'œuf ancienne d'Ysterfontein 1 en coupe transversale, montrant que les mêmes structures de coquille d'œuf sont bien conservées dans les temps lointains. Les analyses de l'ablation au laser sont évidentes le long des lignes piquées et des concentrations de traces d'U et de Th. Un pore est apparent au centre du fragment monté. Les âges d'enfouissement 230Th/U des coquilles d'œufs de cette couche ont environ 118 000 ans. Crédit :E. Niespolo.
"C'est le premier ensemble de données publiées qui montre que nous pouvons obtenir des résultats vraiment cohérents pour des choses bien en dehors de la plage du radiocarbone, environ 120, il y a 000 ans dans ce cas, " dit Sharp, qui se spécialise dans l'utilisation de la datation uranium-thorium pour résoudre des problèmes de paléoclimat et de tectonique ainsi qu'en archéologie. "Cela montre que ces coquilles d'œufs conservent leurs systèmes intacts de la série d'uranium et donnent des âges fiables plus loin dans le temps que ce qui avait été démontré auparavant."
« Les nouvelles dates sur la coquille d'œuf d'autruche et l'excellente préservation de la faune font d'Ysterfontein 1 l'amas de coquilles multi-stratifiés de l'âge de pierre moyen le mieux daté à ce jour sur la côte ouest sud-africaine, " a déclaré le co-auteur Graham Avery, archéozoologue et chercheur à la retraite au Iziko South African Museum. "Poursuite de l'application de la nouvelle méthode de datation, où des fragments de coquille d'œuf d'autruche sont disponibles, renforcera le contrôle chronologique dans les sites proches de l'âge de pierre moyen, tels que Hoedjiespunt et Sea Harvest, qui ont des assemblages fauniques et lithiques similaires, et d'autres sur la côte sud du Cap."
Les premiers établissements humains ?
Ysterfontein 1 est l'un des amas de coquillages d'environ une douzaine dispersés le long des côtes ouest et est de la province du Cap occidental, près du Cap. Fouillé au début des années 2000, il est considéré comme un site de l'âge de pierre moyen établi à l'époque où Homo sapiens développait des comportements complexes tels que la territorialité et la compétition intergroupe, ainsi que la coopération entre les groupes non apparentés. Ces changements peuvent être dus au fait que ces groupes passaient de chasseurs-cueilleurs à des populations sédentaires, grâce à des sources stables de protéines de haute qualité – crustacés et mammifères marins – provenant de la mer.
Jusqu'à maintenant, les âges des sites du Middle Stone Age comme Ysterfontein 1 ont été incertains d'environ 10%, rendant difficile la comparaison entre les sites de l'âge de pierre moyen et avec les sites de l'âge de pierre ultérieur. Les nouvelles dates, avec une précision d'environ 2% à 3%, replacer le site dans le contexte des changements bien documentés du climat mondial :il a été occupé immédiatement après la dernière période interglaciaire, quand le niveau de la mer était élevé, peut-être 8 mètres (26 pieds) plus haut qu'aujourd'hui. Le niveau de la mer a chuté rapidement pendant l'occupation du site - le rivage a reculé jusqu'à 2 milles au cours de cette période - mais l'accumulation de coquillages s'est poursuivie régulièrement, ce qui implique que les habitants ont trouvé des moyens de s'adapter à la distribution changeante des ressources alimentaires marines pour maintenir leur régime alimentaire préféré.
L'étude montre également que l'amas d'obus d'Ysterfontein 1 s'est accumulé rapidement, peut-être environ 1 mètre (3 pieds) tous les 1, 000 ans —- ce qui implique que les peuples de l'âge de pierre moyen le long de la côte sud-africaine ont fait un usage intensif des ressources marines, tout comme les gens l'ont fait pendant l'âge de pierre postérieur, et suggérant que des stratégies efficaces de recherche de nourriture marine se sont développées tôt.
Pour un rendez-vous, les coquilles d'oeufs sont meilleures
Des âges peuvent être rattachés à certains sites archéologiques de plus de 50 ans, 000 ans par datation argon-argon (40Ar/39Ar) de cendres volcaniques. Mais la cendre n'est pas toujours présente. En Afrique, cependant—et avant l'Holocène, dans tout le Moyen-Orient et en Asie, les coquilles d'œufs d'autruche sont courantes. Certains sites contiennent même des ornements de coquilles d'œufs d'autruche fabriqués par les premiers Homo sapiens.
Au cours des quatre dernières années, Sharp et Niespolo ont mené une étude approfondie des coquilles d'œufs d'autruche, y compris l'analyse de coquilles d'œufs modernes obtenues dans une ferme d'autruches à Solvang, Californie, et développé une méthode systématique pour éviter les incertitudes des analyses antérieures. Une observation clé était que les animaux, y compris les autruches, ne pas prélever et stocker d'uranium, même s'il est courant à des niveaux de parties par milliard dans la plupart des eaux. Ils ont démontré que les coquilles d'autruche nouvellement posées ne contiennent pas d'uranium, mais qu'il est absorbé après enfouissement dans le sol.
Il en est de même pour les coquillages, mais leur structure de carbonate de calcium - un minéral appelé aragonite - n'est pas aussi stable lorsqu'elle est enfouie dans le sol que la forme calcite du carbonate de calcium trouvée dans la coquille d'œuf. À cause de ce, les coquilles d'œufs retiennent mieux l'uranium absorbé pendant les cent premières années environ qu'elles sont enfouies. OS, constitué principalement de phosphate de calcium, a une structure minérale qui ne reste pas non plus stable dans la plupart des environnements de sol ni ne retient de manière fiable l'uranium absorbé.
L'uranium est idéal pour la datation car il se désintègre à une vitesse constante au fil du temps en un isotope du thorium qui peut être mesuré en quantités infimes par spectrométrie de masse. Le rapport de cet isotope du thorium à l'uranium encore présent indique aux géochronologues depuis combien de temps l'uranium est resté dans la coquille d'œuf.
La datation en série à l'uranium repose sur l'uranium-238, l'isotope dominant de l'uranium dans la nature, qui se désintègre en thorium-230. Dans le protocole développé par Sharp et Niespolo, ils ont utilisé un laser pour aérosoliser de petites taches le long d'une section transversale de la coque, et a passé l'aérosol à travers un spectromètre de masse pour déterminer sa composition. Ils ont recherché des spots riches en uranium et non contaminés par un second isotope du thorium, thorium-232, qui envahit aussi les coquilles d'œufs après l'enfouissement, mais pas aussi profondément. Ils ont collecté plus de matériel dans ces régions, dissous dans l'acide, puis l'a analysé plus précisément pour l'uranium-238 et le thorium-230 par spectrométrie de masse « en solution ».
Ces procédures évitent certaines des limitations précédentes de la technique, donnant à peu près la même précision que le carbone-14, mais sur une plage de temps qui est 10 fois plus grande.
"La clé de cette technique de datation que nous avons développée et qui diffère des tentatives précédentes pour dater les coquilles d'œufs d'autruche est le fait que nous expliquons explicitement le fait que les coquilles d'œufs d'autruche ne contiennent pas d'uranium primaire, donc l'uranium que nous utilisons pour dater les coquilles d'œufs provient en fait de l'eau interstitielle du sol et l'uranium est absorbé par les coquilles d'œufs lors du dépôt, " a déclaré Niespolo.
