Les découvertes archéologiques du monde entier ont aidé les chercheurs à compléter l'histoire de l'évolution humaine et des migrations. Une information essentielle dans cette recherche est l’âge des fossiles et des artefacts. Comment les scientifiques déterminent-ils leur âge? Voici plus de détails sur quelques-unes des méthodes utilisées pour dater les objets discutés dans "La grande migration humaine" ( Smithsonian, juillet 2008):
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- La grande migration humaine
Coprolites, grottes de Paisley 5 Mile Point, Oregon
Âge: ~ 14 300 ans
Méthode: datation au radiocarbone
Dans une grotte de l'Oregon, les archéologues ont trouvé des os, des restes de plantes et des coprolithes, des selles fossilisées. L'ADN restant dans les coprolites indiquait leur origine humaine mais pas leur âge. Pour cela, les scientifiques se sont penchés sur le carbone contenu dans l'ancienne bouse.
Par définition, chaque atome d'un élément donné a un nombre spécifique de protons dans son noyau. L'élément carbone a six protons, par exemple. Mais le nombre de neutrons dans le noyau peut varier. Ces différentes formes d'un élément, appelées isotopes, sont intrinsèquement stables ou instables. Ces derniers s'appellent des isotopes radioactifs et, avec le temps, ils vont se désintégrer, émettre des particules (neutrons ou protons) et de l'énergie (rayonnement) et se transformer en un autre isotope ou élément. Ils le font à un rythme constant appelé "demi-vie" d'un isotope.
La plupart du carbone se présente sous la forme stable de carbone 12 (six protons, six neutrons) ou de carbone 13, mais une très petite quantité (environ 0, 0000000001%) existe sous forme de carbone 14 radioactif (six protons, huit neutrons). Les plantes et les animaux vivants absorbent le carbone 14 avec les autres isotopes du carbone, mais lorsqu'ils meurent et que leurs fonctions métaboliques cessent, ils cessent d'absorber du carbone. Avec le temps, le carbone 14 se désintègre en azote 14; la moitié le fera après environ 5 730 ans (c'est la demi-vie de l'isotope). Après environ 60 000 ans, tout le carbone 14 aura disparu.
Tout ce qui faisait autrefois partie d'un objet vivant - charbon de bois, bois, os, pollen ou les coprolithes trouvés dans l'Oregon - peut être envoyé à un laboratoire où les scientifiques mesurent la quantité de carbone 14 restante. Parce qu'ils savent combien il y aurait eu dans l'atmosphère et, par conséquent, ce qu'une personne aurait absorbé de son vivant, ils peuvent calculer le temps écoulé depuis la mort ou le dépôt. Les coprolithes avaient en moyenne 14 300 ans et comptent parmi les plus anciens restes humains des Amériques.
Crânes d'hominidés, Herto, Ethiopie
Âge: ~ 154 000 à 160 000 ans
Méthode: datation argon-argon
Une équipe de scientifiques qui a creusé en Éthiopie en 1997 a découvert des outils de pierre, les restes fossiles de plusieurs espèces animales, notamment des hippopotames, et trois crânes d'hominidés. Quel age avaient-ils? Les restes organiques étaient trop vieux pour la datation au carbone 14, l'équipe s'est donc tournée vers une autre méthode.
La datation au radiocarbone fonctionne bien pour certaines découvertes archéologiques, mais elle a des limites: elle ne peut être utilisée que pour dater des matières organiques datant de moins de 60 000 ans. Cependant, il existe d'autres isotopes radioactifs qui peuvent être utilisés pour dater des matériaux non organiques (tels que des roches) et des matériaux plus anciens (âgés de plusieurs milliards d'années).
Le potassium 40, l’un de ces radio-isotopes, se trouve dans les roches volcaniques. Une fois la roche volcanique refroidie, son potassium 40 se décompose en argon 40 avec une demi-vie de 1, 25 milliard d'années. Il est possible de mesurer le rapport entre le potassium 40 et l'argon 40 et d'estimer l'âge d'une roche, mais cette méthode est imprécise. Cependant, des scientifiques ont découvert dans les années 1960 qu’ils pouvaient irradier un échantillon de roche avec des neutrons et ainsi convertir le potassium 40 en argon 39, un isotope que l’on ne trouve pas normalement dans la nature et qui est plus facile à mesurer. Bien que plus complexe, ce processus donne des dates plus précises. Par exemple, des scientifiques de l’Université de Californie à Berkeley ont pu dater des échantillons de l’éruption du volcan Vésuve datant de 79 après JC datant de moins de sept ans.
Parce que les crânes d'hominidés et d'autres artefacts trouvés à Herto ne pouvaient pas être datés directement - les matériaux organiques étaient fossilisés depuis longtemps - les chercheurs ont plutôt effectué leur analyse sur des roches volcaniques incrustées dans le grès près des fossiles. La roche avait entre 154 000 et 160 000 ans, faisant du crâne le plus vieux reste de l’ Homo sapiens à être retrouvé.
Ocre gravée, Blombos Cave, Afrique du Sud
Âge: ~ 77 000 ans
Méthode: datation par thermoluminescence
Une excavation dans une grotte en bord de mer en Afrique du Sud a révélé deux objets clairement fabriqués par l'homme: des morceaux de pierre ocre gravés avec un motif entrecroisé. Ni les pierres ni le rocher dans lequel elles ont été enterrées n'étaient d'origine volcanique, les chercheurs ont donc choisi une autre méthode pour déterminer leur âge: la thermoluminescence.
Comme dans la datation argon-argon, l'horloge à thermoluminescence commence également à la dernière fois qu'une pierre a été chauffée à une température élevée. La chaleur extrême élimine les électrons stockés dans certains cristaux, tels que le quartz et le feldspath, dans la roche. Au fil du temps, les cristaux emprisonnent les électrons produits par des traces d'atomes radioactifs présents dans l'environnement. En réchauffant la roche, les scientifiques peuvent libérer l'énergie stockée, qui est émise sous forme de lumière et appelée "thermoluminescence". L'intensité de la lumière indique le temps écoulé depuis le dernier réchauffement de la roche.
À l'instar des crânes de Herto, il était impossible de déterminer directement l'âge des pierres d'ocre sculptées de la grotte de Blombos. Cependant, dans la même couche rocheuse que les ocres se trouvaient des morceaux de pierre brûlée, qui avaient probablement le même âge que les ocres et étaient idéaux pour la datation par thermoluminescence. Il a été révélé que la pierre brûlée avait environ 77 000 ans, ce qui en fait l'un des plus vieux morceaux de dessin abstrait à découvrir.
