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Obsidian Hydration - Une technique de datation peu coûteuse mais problématique

Obsidian Hydration - Une technique de datation peu coûteuse mais problématique

Obsidienne hydratation datant (ou OHD) est une technique scientifique de datation, qui utilise la compréhension de la nature géochimique du verre volcanique (un silicate) appelé obsidienne pour fournir des dates à la fois relatives et absolues sur les artefacts. Des affleurements d'obsidienne dans le monde entier, et ont été utilisés préférentiellement par les outilleurs en pierre car il est très facile de travailler avec, il est très net lorsqu'il est brisé et il est disponible dans une variété de couleurs vives, noir, orange, rouge, vert et clair. .

Faits saillants: Datation d'hydratation en obsidienne

  • La datation par hydratation obsidienne (OHD) est une technique scientifique de datation utilisant la nature géochimique unique des verres volcaniques.
  • La méthode repose sur la croissance mesurée et prévisible d'une croûte qui se forme sur le verre lors de sa première exposition à l'atmosphère.
  • La croissance de la peau dépend de trois facteurs: la température ambiante, la pression de vapeur d'eau et la composition chimique du verre volcanique.
  • Les récentes améliorations des mesures et des avancées analytiques en matière d’absorption d’eau devraient permettre de résoudre certains problèmes.

Pourquoi et pourquoi les rencontres d'hydratation avec obsidienne fonctionnent-elles?

L'obsidienne contient de l'eau emprisonnée dans sa formation. À l'état naturel, il présente une croûte épaisse formée par la diffusion de l'eau dans l'atmosphère lors de son premier refroidissement - le terme technique est "couche hydratée". Lorsqu'une surface fraîche d'obsidienne est exposée à l'atmosphère, par exemple lorsqu'elle est cassée pour former un outil de pierre, plus d'eau est absorbée et la croûte recommence à croître. Cette nouvelle croûte est visible et peut être mesurée avec un grossissement de grande puissance (40-80x).

Les écorces préhistoriques peuvent varier de moins de 1 micron (µm) à plus de 50 µm, en fonction de la durée d'exposition. En mesurant l'épaisseur, on peut facilement déterminer si un artefact particulier est plus ancien qu'un autre (âge relatif). Si la vitesse à laquelle l'eau diffuse dans le verre pour ce morceau d'obsidienne particulier est connue (c'est la partie la plus délicate), vous pouvez utiliser OHD pour déterminer l'âge absolu des objets. La relation est extrêmement simple: Age = DX2, où Age est exprimé en années, D est une constante et X est l’épaisseur de la peau d’hydratation exprimée en microns.

Définir la constante

Obsidienne, verre volcanique naturel présentant une croûte, Montgomery Pass, comté de Mineral, Nevada. John Cancalosi / Oxford Scientific / Getty Images

Il est presque certain que tout le monde qui a déjà fabriqué des outils en pierre et qui connaissait l'obsidienne et où le trouver, l'utilisait: comme verre, il se brise de manière prévisible et crée des arêtes extrêmement coupantes. Fabriquer des outils de pierre avec de l'obsidienne brute casse la peau et commence à compter l'horloge d'obsidienne. La mesure de la croissance de la croûte depuis la pause peut être effectuée avec un équipement qui existe probablement déjà dans la plupart des laboratoires. Cela semble parfait, n'est-ce pas?

Le problème est que la constante (ce sournois D) doit combiner au moins trois autres facteurs connus pour influer sur le taux de croissance de la croûte: la température, la pression de vapeur d’eau et la composition chimique du verre.

La température locale fluctue quotidiennement, selon les saisons et sur de plus longues périodes dans toutes les régions de la planète. Les archéologues le reconnaissent et commencent à créer un modèle de température efficace d'hydratation (EHT) pour suivre et prendre en compte les effets de la température sur l'hydratation, en fonction de la température moyenne annuelle, de la plage de température annuelle et de la plage de température diurne. Parfois, les spécialistes ajoutent un facteur de correction de profondeur pour tenir compte de la température des artefacts enfouis, en supposant que les conditions souterraines soient considérablement différentes de celles en surface - mais les effets de ces effets ne sont pas encore suffisamment documentés.

Vapeur d'eau et chimie

Les effets de la variation de la pression de vapeur d'eau dans le climat où un artefact d'obsidienne a été trouvé n'ont pas été étudiés de manière aussi intensive que les effets de la température. En général, la vapeur d'eau varie avec l'altitude. Vous pouvez donc supposer que la vapeur d'eau est constante dans un site ou une région. OHD pose problème dans des régions telles que les Andes d'Amérique du Sud, où les gens ont apporté leurs artefacts d'obsidienne à travers d'énormes changements d'altitude, des régions côtières situées au niveau de la mer aux montagnes culminant à 4 000 mètres d'altitude.

La chimie différentielle du verre dans les obsidiennes est encore plus difficile à expliquer. Certaines obsidiennes s'hydratent plus rapidement que d'autres, même dans le même environnement de déposition. Vous pouvez trouver une source d'obsidienne (c'est-à-dire identifier l'affleurement naturel où se trouve un morceau d'obsidienne) et corriger cette variation en mesurant les débits de la source et en les utilisant pour créer des courbes d'hydratation spécifiques à la source. Cependant, comme la quantité d'eau contenue dans l'obsidienne peut varier même dans les nodules d'obsidienne provenant d'une source unique, ce contenu peut affecter de manière significative les estimations de l'âge.

Recherche sur la structure de l'eau

La méthodologie permettant d'ajuster les calibrages à la variabilité du climat est une technologie émergente au 21ème siècle. De nouvelles méthodes évaluent de manière critique les profils de profondeur de l'hydrogène sur les surfaces hydratées en utilisant la spectrométrie de masse à ions secondaires (SIMS) ou la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. La structure interne de la teneur en eau dans l'obsidienne a été identifiée comme une variable très influente contrôlant le taux de diffusion de l'eau à la température ambiante. Il a également été constaté que de telles structures, comme la teneur en eau, varient au sein des sources de carrière reconnues.

Couplée à une méthodologie de mesure plus précise, cette technique peut potentiellement augmenter la fiabilité de l’OHD et offrir une fenêtre sur l’évaluation des conditions climatiques locales, en particulier des régimes de paléo-température.

Histoire d'obsidienne

Le taux mesurable de croissance de la peau de l'obsidienne est reconnu depuis les années 1960. En 1966, les géologues Irving Friedman, Robert L. Smith et William D. Long ont publié la première étude, les résultats de l'hydratation expérimentale de l'obsidienne des montagnes de Valles au Nouveau-Mexique.

Depuis lors, des progrès significatifs ont été réalisés dans les impacts reconnus de la vapeur d’eau, de la température et de la chimie du verre, identifiant et en représentant la majeure partie de la variation, créant des techniques à plus haute résolution pour mesurer la croûte et définir le profil de diffusion, ainsi que pour inventer et améliorer de nouvelles technologies. modèles pour EFH et études sur le mécanisme de diffusion. Malgré ses limites, les dates d'hydratation par obsidienne coûtent beaucoup moins cher que le radiocarbone, et il s'agit d'une pratique courante en matière de datation dans de nombreuses régions du monde.

Sources

  • Liritzis, Ioannis et Nikolaos Laskaris. "Cinquante ans d'hydratation d'obsidienne datant d'archéologie." Journal des solides non cristallins 357.10 (2011): 2011-23. Impression.
  • Nakazawa, Yuichi. "L'importance de l'hydratation par l'obsidienne dans l'évaluation de l'intégrité du midden holocène, Hokkaido, nord du Japon." Quaternaire International 397 (2016): 474-83. Impression.
  • Nakazawa, Yuichi et al. "Une comparaison systématique des mesures d'hydratation par l'obsidienne: la première application de la micro-image avec la spectrométrie de masse à ions secondaires à l'obsidienne préhistorique." Quaternaire International(2018). Impression.
  • Rogers, Alexander K. et Daron Duke. "Manque de fiabilité de la méthode d'hydratation par obsidienne induite avec les protocoles abrégés de trempage à chaud." Journal de la science archéologique 52 (2014): 428-35. Impression.
  • Rogers, Alexander K. et Christopher M. Stevenson. "Protocoles pour l'hydratation de l'obsidienne en laboratoire et leur effet sur l'exactitude du taux d'hydratation: une étude de simulation de Monte Carlo." Journal of Archaeological Science: Rapports 16 (2017): 117-26. Impression.
  • Stevenson, Christopher M., Alexander K. Rogers et Michael D. Glascock. "La variabilité de la teneur en eau structurale de l'obsidienne et son importance dans la datation de l'hydratation d'artefacts culturels." Journal of Archaeological Science: Rapports 23 (2019): 231-42. Impression.
  • Tripcevich, Nicholas, Jelmer W. Eerkens et Tim R. Carpenter. "Hydratation d'obsidienne à haute altitude: carrières archaïques à la source de Chivay, sud du Pérou." Journal de la science archéologique 39,5 (2012): 1360-67. Impression.