Archéométrie / Archaeometry: Sessions générales et posters / General Sessions and Posters 9781841716237, 9781407326917

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DATATION PAR LES SÉRIES DE L’URANIUM (U-TH) ET LA RÉSONANCE PARAMAGNÉTIQUE ÉLECTRONIQUE (RPE) COMBINÉES DU GISEMENT PALÉOLITHIQUE DE LA GROTTE DU PORTEL OUEST (ARIÈGE, FRANCE): RÉSULTATS PRÉLIMINAIRES
DATATION ESR/U-TH DE DENTS DES NIVEAUX MOUSTÉRIENS DEBEAUVAIS ET DE BETTENCOURT: ÉTUDE COMPARATIVE
IN-DEPTH STUDY OF COPPER-BASED ARTEFACTS: WHAT CAN BE HIDDEN BEHIND THE PATINA?
ANALYSIS OF POTSHERD RESIDUES AND VESSEL USE IN HUNTER-GATHERER-FISHER GROUPS (PAMPEAN REGION, ARGENTINA)
L’ÉPAULE NÉANDERTALIENNE: IDENTIQUE OU DIFFÉRENTE DE CELLE DE L’HOMME MODERNE?
LITHIC PRODUCTS ANALYSIS, RAW MATERIALS AND TECHNOLOGY IN THE PREHISTORIC SETTLEMENT OF THE RIVER PALMONES (ALGECIRAS, CÁDIZ, SPAIN)
TOWARDS AN ATLAS OF PREHISTORIC (NON-METALLIC) RAW MATERIALS IN THE CARPATHIAN BASIN
COMPOSITIONAL AND TEXTURAL CHARACTERISATION OF A GROUP OF POTTERY SHERDS FROM THE LATE BRONZE AGE SETTLEMENT OF QUINTA DA PEDREIRA (ABRANTES, PORTUGAL)
CORRÉLATION PAR SPECTROMÉTRIE XRF DES OBSIDIENNES EN PROVENANCE DES SITES ARCHEOLOGIQUES DE QUADRATO DI TORRE SPACCATA ET DE LA ZONE DE MACCARESE (ROMA) AVEC LES OBSIDIENNES DU BASSIN DE LA MÉDITERRANÉE
GEOCHEMICAL CHARACTERIZATION OF THE SILICEOUS RAW MATERIALS FROM THE ACHEULEAN SITE OF CIMITERO DI ATELLA (POTENZA, SOUTHERN ITALY)
THE COMMUNICATION ON ARCHAEOLOGICAL SITES: THE EUROPEAN PROJECT OF PAST

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Actes du XIVème Congrès UISPP, Université de Liège, Belgique, 2-8 septembre 2001 Acts of the XIVth UISPP Congress, University of Liège, Belgium, 2-8 September 2001

SECTION 2 ARCHÉOMÉTRIE / ARCHAEOMETRY

Sessions générales et posters General Sessions and Posters Édité par / Edited by

Le Secrétariat du Congrès Présidents de la Section 2 : Mark Van Stryndonck, Alexandre Livingstone-Smith

BAR International Series 1270 2004

Published in 2016 by BAR Publishing, Oxford BAR International Series 1270 Acts of the XIVth UISPP Congress, University of Liège, Belgium, 2-8 September 2001 Section 2: Archéométrie / Archaeometry © The editors and contributors severally and the Publisher 2004 Avec la collaboration du Ministère de la Région Wallonne. Direction générale de l'Aménagement du territoire, du Logement et du Patrimoine. Subvention n˚01/14750 Mise en page / Editing : Rebecca MILLER Typesetting and layout: Darko Jerko Marcel OTTE, Secrétaire général du XIVème Congrès de l'U.I.S.P.P. Université de Liège, Service de Préhistoire 7, place du XX août, bât. A1, 4000 Liège Belgique Tél. 0032/4/366.53.41 Fax 0032/4/366.55.51 Email : [email protected] Web : http://www.ulg.ac.be/prehist The authors' moral rights under the 1988 UK Copyright, Designs and Patents Act are hereby expressly asserted. All rights reserved. No part of this work may be copied, reproduced, stored, sold, distributed, scanned, saved in any form of digital format or transmitted in any form digitally, without the written permission of the Publisher.

ISBN 9781841716237 paperback ISBN 9781407326917 e-format DOI https://doi.org/10.30861/9781841716237 A catalogue record for this book is available from the British Library BAR Publishing is the trading name of British Archaeological Reports (Oxford) Ltd. British Archaeological Reports was first incorporated in 1974 to publish the BAR Series, International and British. In 1992 Hadrian Books Ltd became part of the BAR group. This volume was originally published by Archaeopress in conjunction with British Archaeological Reports (Oxford) Ltd / Hadrian Books Ltd, the Series principal publisher, in 2004. This present volume is published by BAR Publishing, 2016.

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TABLE DES MATIÈRES / TABLE OF CONTENTS SESSION GÉNÉRALE / GENERAL SESSION 2-I Datation par les séries de l’uranium (U-Th) et la résonance paramagnétique électronique (RPE) combinées du gisement paléolithique de la grotte du Portel Ouest (Ariège, France) : Résultats préliminaires ................................ 1 H. Tissoux, R. Vézian, H. de Lumley, J.J. Bahain, C. Falguères Datation ESR/U-Th de dents des niveaux moustériens de Beauvais et de Bettencourt : Étude comparative ............................................................... 9 V. Michel, Y. Yokoyama, J.-L. Locht

SESSION GÉNÉRALE / GENERAL SESSION 2-II In-Depth Study of Copper-Based Artefacts: What can be Hidden Behind the Patina? ......................................................... 17 L. Garenne-Marot Analysis of Potsherd Residues and Vessel Use in Hunter-Gatherer-Fisher Groups (Pampean Region, Argentina) ............................................................. 27 M.I. Gonzalez de Bonaveri, M.M. Frère L’épaule néandertalienne: identique ou différente de celle de l’homme moderne ? ................................... 35 J.-L. Voisin Lithic Products Analysis, Raw Materials and Technology in the Prehistoric Settlement of the River Palmones (Algeciras, Cádiz, Spain) ........................... 45 S. Domínguez-Bella, J. Ramos Muñoz, V. Castañeda, E. García, M. Sánchez, G. Jurado Towards an Atlas of Prehistoric (Non-Metallic) Raw Materials in the Carpathian Basin .................................................................................... 55 K.T. Biró, P. Scharek, G. Szakmány

SECTION 2 POSTERS Compositional and Textural Characterisation of a Group of Pottery Sherds from the Late Bronze Age Settlement of Quinta da Pedreira (Abrantes, Portugal) ......................................................................................... 59 J.F. Coroado, R. Triães, P. Félix, F.T. Roch, C.F. Gomes i

Corrélation par spectrométrie XRF des obsidiennes en provenance des sites archéologiques de Quadrato Di Torre Spaccata et de la zone de Maccarese (Roma) avec les obsidiennes du Bassin de la Méditerranée ......... 69 G. Guidi, P. Moioli, G. Trojsi, A.P. Anzide, G. Carboni Geochemical Characterization of the Siliceous Raw Materials from the Acheulean Site of Cimitero Di Atella (Potenza, Southern Italy) ........................ 73 M. Sozzi, F. Berna, S. Vannucci The Communication on Archaeological Sites: The European Project of PAST ........................................................................ 83 A. Traverso, S. Campi, S. Tiné, M. Ancona, G. Dodero, V. Gianuzzi

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H. Tissoux et al.: Datation par les séries de l’uranium (U-Th) et la résonance paramagnétique électronique (RPE)...

DATATION PAR LES SÉRIES DE L’URANIUM (U-TH) ET LA RÉSONANCE PARAMAGNÉTIQUE ÉLECTRONIQUE (RPE) COMBINÉES DU GISEMENT PALÉOLITHIQUE DE LA GROTTE DU PORTEL OUEST (ARIÈGE, FRANCE) : RÉSULTATS PRÉLIMINAIRES Hélène TISSOUX, Régis VÉZIAN, Henry de LUMLEY, Jean Jacques BAHAIN & Christophe FALGUÈRES

Résumé : Dans le but de dater le remplissage de la grotte du Portel Ouest, sept dents de Bison ont été analysées par RPE et U-Th et des âges combinant les deux méthodes ont été calculés. Au vu des résultats, les niveaux du Paléolithique supérieur se distinguent clairement de ceux du Paléolithique moyen d’un point de vue géochimique. Pour ces derniers, deux groupes d’âges apparaissent, un qui compris entre 44 et 55 ka et l’autre compris entre 73 et 95 ka. Il a été mis en évidence la prédominance du rôle joué par la dose externe dans le calcul des âges. La lecture de dosimètres posés in situ permettra donc, en précisant sensiblement la dose gamma, de calculer des âges définitifs. Abstract: In order to date the archaeological infilling of the «grotte du Portel Ouest», seven bison teeth have been analyzed using Electron Spin Resonance (ESR) and U-series (U-Th) methods. Combined ages have been calculated. According to the result and to a geochimical point of view, the Upper Palaeolithic levels may be clearly individualized from those of the Middle Palaeolithic. Concerning the latter, two series of ages are shown. The first one ranges between 44 and 55 ka and the second one between 73 and 95 ka. The age calculation underline the importance of the external dose rate. In situ, measurement using TL dosimeters will allow to determine a more accurate gamma dose rate for the age calculation.

INTRODUCTION

palynologie, faune, industrie…) qui à terme doit permettre la réalisation d’une monographie.

La grotte du Portel Ouest se situe dans le sud de la France, dans le département de l’Ariège, au nord-est de Foix sur le territoire de la commune de Loubens (Figure 1). Elle s’ouvre à environ 485m d’altitude, dans les calcaires thanétiens de la chaîne du Plantaurel, dans la zone sous-pyrénéenne (Figure 2).

STRATIGRAPHIE DU SITE Un remplissage quaternaire d’une épaisseur de 4m50 a été pour l’instant mis au jour lors des fouilles. A cette heure, le substratum n’est toujours pas atteint (Figure 3).

Cette cavité de petite dimension, 6 mètres sur 11, s’ouvre vers l’ouest et correspond en fait au lit fossile du ruisseau le «Baulou» qui coule actuellement à 50 mètres en contrebas. Elle constitue l’extrémité ouest d’un ensemble de galeries qui comporte également la grotte ornée du Portel, ou Portel Est, datée du Magdalénien (Vezian, 1953).

L’accumulation des sédiments dans la grotte est le résultat des processus de ruissellement et de desquamation de la paroi. On observe également la présence de deux planchers stalagmitiques très fragmentés. Douze couches stratigraphiques indexées de L à A de la base au sommet ont étés définies. Elles ont été regroupées en quatre ensembles archéo-stratigraphiques (Vézian, 1989).

L’existence de ce gisement moustérien fut signalée pour la première fois par l’abbé Breuil en 1919. La fouille a été entreprise par Joseph Vézian de 1949 à 1958, relayé à son décès par son fils Jean Vézian jusqu’en 1985. Depuis, deux campagnes de prélèvements et une campagne de relevé systématique des coupes ont eu lieu en 1985, 1991 et 1996 sous la direction de H. de Lumley.

L’ensemble de base (couches L à I) a livré les premières traces d’occupation humaine. L’industrie est localisée dans les couches K et I. Elle se compose majoritairement d’éclats en quartz et quartzite (Prince, 2000). Aucun outil n’y a été pour l’instant découvert.

Afin de préciser la chronologie des occupations humaines de ce site de l’Est pyrénéen, où l’on observe notamment une importante séquence moustérienne surmontée de niveaux du Paléolithique supérieur, ce gisement fait depuis 1999 l’objet d’une étude par RPE et U-Th combinée. Cette dernière entre dans le cadre d’un programme d’études pluridisciplinaires plus vaste du site (sédimentologie, micromorphologie,

- Le premier ensemble moustérien débute avec la couche H où l’industrie en quartz est peu abondante. A partir de la couche G, on retrouve les divers éléments de la chaîne opératoire. Dans l’ensemble des couches F, l’occupation humaine a laissé des milliers d’artefacts. 34 restes humains y ont également été découverts. Ils appartiennent à de jeunes individus de la lignée néandertalienne (Bertrand, 1998). 1

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Figure 1: Localisation de la Grotte du Portel Ouest.

Figure 2: Carte Géologique de la région du Portel Ouest. 2

Figure 3: Stratigraphie de la grotte du Portel Ouest, principales données géologiques, paléontologiques et géochronologiques disponibles et position des dents analysées dans ce travail.

H. Tissoux et al.: Datation par les séries de l’uranium (U-Th) et la résonance paramagnétique électronique (RPE)...

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L’industrie est attribuée selon les niveaux à un Moustérien à denticulés ou à un Moustérien charentien (Prince, 2000).

tissus du même échantillon. Connaissant la période de décroissance radioactive de ces éléments, on peut alors déterminer l’âge de celui-ci.

- Le deuxième ensemble moustérien (couches D, D1 et C) présente une industrie moins nombreuse que dans les couches sous-jacentes. Elle est essentiellement sur quartz et évolue d’un Moustérien enrichi en denticulé dans les couches D et D1 à un Moustérien de tradition acheuléenne dans la couche C (Prince, 2000).

La technique de la RPE consiste à mesurer la quantité de radiations reçues par l’échantillon depuis son enfouissement (paléodose) et à diviser celle ci par la quantité de radiations que reçoit l’échantillon en une année (dose annuelle) afin d’obtenir l’âge de l’échantillon. Dans la nature, sols et roches contiennent des éléments radioactifs en faible quantité. Ce sont principalement les isotopes des familles de l’uranium, du thorium et le potassium. Leur désintégration spontanée s’accompagne de l’émission de rayonnements ionisants a, ß et g. Tout matériel contenant ces éléments, ou se trouvant à proximité, est soumis à une irradiation naturelle permanente qui a pour effet de délocaliser des électrons du réseau cristallin. Ces derniers peuvent se piéger dans des défauts du système cristallin et s’y accumuler au cours du temps. La quantité de ces électrons piégés mesurée aujourd’hui constitue la paléodose et on la détermine par spectrométrie RPE.

- L’ensemble Paléolithique supérieur (couches B1a, B1 et B) contient des industries châtelperroniennes à gravettiennes, toujours majoritairement sur quartz, mais aussi quelques pièces sur ossements. On peut noter également la présence d’une grande proportion d’outils de «survivance moustérienne». (Vézian, 1989). L’étude de la faune (Gardeisen, 1994) montre qu’il régnait un climat de type arctique, avec des variations dans l’intensité du froid et dans l’humidité, où les espèces de milieu ouvert dominent. Plusieurs datations ont été effectuées par la méthode uraniumthorium (Ajaja 1994). Des ossements provenant des couches D, F2 et I ont fourni des âges respectivement de 33±7 ka, 38±6 ka et 33±4 ka. Une date de 150±9 ka a été obtenue sur le plancher stalagmitique L à la base du remplissage.

La dose annuelle dépend de la teneur en radioéléments des différents tissus de l’échantillon (dose interne) mais aussi de celle du sédiment qui l’entoure et des rayonnements cosmiques (dose externe). La valeur de la dose interne est fonction de la manière dont l’uranium a été incorporé au cours du temps dans l’échantillon depuis son enfouissement. C’est pourquoi, dans le calcul d’âges RPE, on tient compte d’un facteur d’incorporation de l’uranium, le facteur p (Figure 4).

Sept dents de Bison ont été prélevées lors des fouilles dans les couches B, B1a, D, F, F1, F2 et F3 afin d’être datées dans ce travail. TECHNIQUES DE DATATION Deux méthodes ont été utilisées dans cette étude, la méthode uranium-thorium et la méthode de résonance paramagnétique électronique (RPE). La méthode uranium-thorium (U-Th) est basée sur le principe de décroissance radioactive de l’uranium (Ivanovich et Harmon 1992). A la mort de l’individu, les tissus ne contiennent ni uranium ni thorium. Lors de l’enfouissement de l’échantillon, celui-ci va s’enrichir en uranium, mais pas en thorium grâce à la différence de solubilité entre les deux éléments dans les eaux naturelles. En effet, à l’état naturel, l’uranium existe à l’état d’oxydation U4+, insoluble, et U6+, soluble, alors que le thorium ne se trouve qu’à l’état de Th4+, insoluble. L’uranium pourra donc être transporté en solution aqueuse sous forme d’un complexe uranyle et être fixé dans les éléments fossiles (dents, ossements stalagmites...), le Th4+ quant à lui va s’adsorber à la surface des minéraux argileux. Par la suite, l’uranium va se transformer en thorium. Ce dernier a une période de décroissance assez longue (75200 ans) qui permet de dater des événements géologiques dont l’âge est compris entre 10 000 et 300 000 ans. En l’absence de contamination par du thorium exogène, tout le thorium présent dans l’échantillon au temps t provient de la désintégration de l’uranium. On peut alors doser par spectrométrie alpha la concentration relative de l’élément fils (230Th) par rapport à son élément père (234U) dans les différents

Figure 4: Différents modèles d’incorporation d’uranium 4

H. Tissoux et al.: Datation par les séries de l’uranium (U-Th) et la résonance paramagnétique électronique (RPE)...

Plusieurs modèles mathématiques peuvent être utilisés pour le calcul des âges : Dans le modèle EU (Early-Uptake) (Bischoff and Rosenbauer, 1981), on considère que tout l’uranium s’est accumulé dans un laps de temps très court après l’enfouissement et que le système est resté fermé jusqu’à l’actuel. Dans le calcul d’âge U-Th, on considère systématiquement que l’incorporation de l’uranium est précoce. Dans le modèle LU ou Linear-Uptake (Ikeya, 1982), on considère par contre que l’uranium s’est accumulé de manière continue et constante au cours du temps. Un troisième modèle a été proposée par Grün et al (1988), combinant les données U-Th et RPE (Modèle US). Dans ce cas, l’accumulation de l’uranium dans l’émail est déterminée par l’équation: U(t)=U0(t/T)(p+1) U(t) : teneur en uranium à l’instant t (ppm), U0 : teneur actuelle en uranium (ppm), T : âge de l’échantillon. Cette équation ne peut s’appliquer que sous certaines conditions. Il est ainsi impératif que la concentration en uranium ait augmenté au cours du temps dans l’échantillon et donc que U0 soit la teneur maximale. Dans le cas contraire, cela indique qu’un lessivage de l’uranium s’est produit à un moment donné. L’âge RPE-EU est dans ce cas plus petit que l’âge U-Th et constitue l’âge maximum de l’échantillon. L’âge RPE-US ne peut être calculé.

Figure 5: Prélévements pour datation sur la dent LPO9903.

al. (1988). L’uranium et le thorium ont été séparés chimiquement par élution sur résine anionique, puis mesurés dans un spectromètre a. L’émail a été nettoyé avec une fraise de dentiste de sorte à éliminer toute trace de dentine et cément. Une épaisseur d’émail d’au moins 20 mm fut ôtée sur chaque face afin de s’affranchir de l’action des rayonnements a émis par les tissus voisins et le sédiment. Cette épaisseur ôtée a été mesurée précisément afin d’estimer au mieux l’atténuation de l’action des rayonnements b. Celle-ci est déterminée en utilisant les équations de Grün (1986). L’émail fut ensuite broyé et tamisé afin de n’utiliser que la fraction granulométrique de 100200 mm. Cette fraction a été ensuite séparée en dix aliquotes, neuf de celles-ci furent irradiés au LNHB du CEA CEN SACLAY à l’aide d’une source au 60Co à des doses de 50, 100, 200, 400, 700, 1500, 3000, 4500 et 7500 Gy. A chaque dose d’irradiation reçue par l’échantillon correspond une intensité du signal RPE, ces intensités ont été mesurées au moyen du spectromètre ESR VARIAN du centre de spectrochimie de l’université Paris VI. Les intensités ainsi obtenues ont été reportées sur un diagramme en fonction de la dose d’irradiation. Une extrapolation exponentielle à partir des points expérimentaux a permis de déduire une dose équivalente gamma (Figure 6) qui représente la valeur de la paléodose. L’équation utilisée et les calculs des marges d’erreur ont été déterminés suivant la procédure décrite dans Yokoyama et al. (1985).

Dans le cas ou l’âge RPE-EU est supérieur à l’âge U-Th, le facteur p peut être déterminé. Il est défini mathématiquement pour les différents tissus d’un même échantillon (dentine émail et cément) à partir des rapports 230Th/234U et 234U/238U mesurés par spectrométrie alpha. Ce facteur est par contre fixé arbitrairement à –1 dans le modèle de calcul d’âges RPEEU (incorporation précoce) et 0 dans le modèle RPE-LU (incorporation linéaire). Dans ces modèles, on considère que l’uranium a été incorporé de manière identique dans les différents tissus de l’échantillon, ce qui est rarement vérifié lors des analyses U-Th car leur composition est très différente. L’âge obtenu par ces modèles ne représente que rarement l’âge réel de l’échantillon qui est fréquemment compris entre les deux valeurs obtenues. PROCEDURE EXPERIMENTALE En excellent état de conservation, les dents analysées dans cette étude ont permis de travailler sur l’émail, la dentine et, pour quatre d’entre elles, le cément (Figure 5). Ces tissus ont été séparés mécaniquement. La dentine et le cément ont été broyés et leur activité a été mesurée par spectrométrie gamma puis ils ont été analysés par spectrométrie a. Le protocole utilisé pour cette dernière est celui de Ku et Broecker (1967), modifié par Bischoff et

Les émails ont été ensuite mesurés de même manière que la dentine et le cément par spectrométrie g et a. 5

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Figure 6: Extrapolation exponentielle à partir des intensités de signal mesurées pour l’échantillon LPO9903.

Afin de mesurer la part de la dose externe, les sédiments à proximité immédiate des échantillons ont été prélevés et leur activité mesurée par spectrométrie g sur une quantité d’environ 100g. Leur teneur en eau a été également mesurée. La dose cosmique a été calculée en tenant compte de la latitude et de l’altitude du site (Prescott et Stephan 1982), de l’épaisseur du toit de la grotte et de la puissance du sédiment au-dessus de l’échantillon (Yokoyama et al. 1981).

Dans les niveaux supérieurs, les facteurs p pour la dentine et le cément sont >0, signe d’une incorporation tardive d’uranium dans ces tissus (Figure 2). Ceci peut être relié à une circulation hydrique récente, par ailleurs mise en évidence lors de l’étude sédimentologique du site et notamment par l’observation de lames micromorphologiques (Menzhi 1994). Dans les niveaux moustériens, les valeurs du facteur p mesurées sur la dentine et le cément sont comprises entre – 0.626 et –1 ce qui indique une incorporation assez précoce de l’uranium dans ces tissus, l’âge RPE-US est compris entre les âges EU et LU.

RESULTATS ET DISCUSSION Les résultats obtenus sont représentés dans le tableau 1.

Dans tous les niveaux, les valeurs du facteur p sur l’émail sont systématiquement 300

Paléodose (Gy)

Ages RPE(ka) EU LU

30,04±1,09

24±3

24±3

58,6±11,80

61±14

66±15

48,15±2,59

72±8

74±8

57,36±3,80

94±11

96±12

25,83±1,50

45±5

45±5

24,09±0,54

44±5

45±5

36,76±2,51

54±7

55±7

P 0,573 -1 7,141 -1 -2,379 -0,779 -1 -0,821 -1 -1 -0,626 -1 -1 -0,698 -1 -0,883 -1 -1

RPE/U-Th (ka) Ages combinés (US) 24±4 67±10

73±10

95±15 45±7 44±7 55±8

Tableau 2: Contribution des différents rayonnements au calcul de la dose annuelle. α+β émail (%)

LPO9901

LPO9902

LPO9903

LPO9904

LPO9905

LPO9906

LPO9907

EU LU US EU LU US EU LU US EU LU US EU LU US EU LU US EU LU US

0,9 2,0 2,0 2,1 1,0 2,4 2,0 0,8 2,0 2,3 0,9 2,3 0,9 0,4 0,9 2,0 0,8 2,0 3,9 1,0 2,4

β dentine + β cément (%) 1,6 3,2 1,2 11,6 6,0 2,4 1,5 0,7 1,3 1,8 0,9 1,4 0,2 0,1 0,2 1,3 1,5 1,1 0,2 0,1 0,2

que le mode d’incorporation de l’uranium dans l’échantillon a peu d’influence sur la détermination de l’âge. Cela peut s’expliquer par le fait que la part de la dose interne dans le calcul de l’âge est très faible. En effet, la dose annuelle de tous les échantillons est due à plus de 95% à la dose externe et dépend donc directement de la teneur en radioéléments du sédiment (tableau 2). Comme nous l’avons vu dans la description du site, le sédiment est très inhomogène, la présence de gros blocs, d’artefacts en quartz ou d’ossements influence grandement la valeur de la dose externe et ne sont pas pris en compte lors de la mesure de l’activité du sédiment

β+γ sédiment + cosmiques (%) 97,5 94,9 96,8 86,3 93,0 95,3 96,4 98,4 96,7 95,9 98,2 96,4 98,9 99,5 98,9 96,7 98,5 96,9 97,4 98,9 97,4

en laboratoire. Ceci est d’autant plus marqué dans l’ensemble des couches F ou l’on n’observe pas réellement de sédiment mais une masse d’artefacts et d’ossements liés par une matrice limono-argileuse. Or la mesure en laboratoire du sédiment n’est pas représentative du volume qui entoure chaque échantillon. La dose externe devra donc impérativement être mesurée directement sur le terrain. C’est la raison pour laquelle des dosimètres TL (CaSO4) ont été placés en 2001 dans les couches qui correspondent aux échantillons. Ceuxci mesurent la dose g d’un volume de sédiment d’environ 30 cm de rayon. 7

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Bibliographie

Dans l’ensemble du Paléolithique supérieur, la date de 24±4 ka obtenue pour la couche B correspondrait à la fin du stade isotopique 3 et semble en accord avec les données paléoclimatiques. L’âge de 67±10 ka obtenu pour l’échantillon de la couche B1a est surestimé. Ceci est vraisemblablement lié à la détermination de la paléodose dont la courbe de croissance est très irrégulière et/ou à un problème d’échantillonnage, des remaniements ayant pu avoir lieu dans cette couche.

AJAJA O., 1994, Datation de quelques sites moustériens de Catalogne et du Languedoc par la méthode U-Th, comparaison avec la méthode ESR, Thèse de Doctorat du Muséum National d’Histoire Naturelle. BERTRAND B., 1998, Les Néandertaliens du midi méditerranéen en France (La Crouzade, Tournal, Le Portel, Pié Lombard). Mémoire de DEA du Muséum National d’Histoire Naturelle. BISCHOFF J.L. & ROSENBAUER R.J., 1981, U-series dating of bones and carbonates deposits of the Caune de l’Arago at Tautavel. In Datations et analyses isotopiques en préhistoire – Méthodes et limites, Editions du CNRS.

Dans l’ensemble du Paléolithique moyen, deux groupes d’âges apparaissent dans ces résultats préliminaires, un formé par les couches D et F plus ancien et un autre composé des couches F1, F2 et F3, assez homogène mais plus jeune. Ces âges peuvent s’expliquer par le fait que les échantillons des couches D et F ont des paléodoses plus élevées que celles mesurées dans les couches F1, F2 et F3 alors que la teneur en uranium du sédiment correspondant mesurée, qui constitue en grande partie la dose annuelle, reste constante.

BISCHOFF J.L., ROSENBAUER R.J., TAVOSO A. & LUMLEY H. de, 1988, A test of Uranium-series dating of fossil tooth enamel: result from Tournal Cave, France. Applied Geochemistry, 3, p.145151. GARDEISEN A., 1988, La faune de la grotte du Portel Ouest: Premiers résultats. Bulletin de la société Préhistorique de France, 85,9, p275-276. GARDEISEN A., 1988, Restes fauniques et stratégie de chasse dans pléistocène supérieur de la grotte du Portel (Ariège, France), Thèse de Doctorat du Muséum National d’Histoire Naturelle.

Il n’est pas possible de déterminer actuellement si la dose externe a été sous estimée dans le premier groupe ou surestimée dans le deuxième, il faut pour cela attendre de mesurer les dosimètres. Cependant les âges de 45±7 ka, 44±7 ka et 55±8 ka obtenus pour les échantillons des couches F1, F2 et F3 placent ces dernières dans le stade isotopique 3. Ceci semble en accord avec les données biostratigraphiques.

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CONCLUSIONS Les résultats obtenus pour l’instant sont préliminaires. Cette étude a mis en évidence la faible activité des échantillons ainsi que l’importance du rôle du sédiment dans le calcul d’âge.

IVANOVICH M. & HARMON R. S., 1982, Uranium series disequilibrium : application to environmental problems. Oxford: Clarendon Press. KU T.L. & BROECKER W.S., 1967, Uranium, Thorium and Protactinium in manganese nodule. Earth and Planetary Sciences Letters, 2, p. 317-320.

Les âges de 45, 44 et 55 000 ans obtenus par la méthode RPE-U/Th combinée pour les couches F1, F2, F3 semblent en accord avec les données biostratigraphiques. Il en est de même pour la couche B avec un âge de 24 000 ans.

MENZHI M., 1994, Etude stratigraphique, sédimentologique et micromorphologique des remplissages du Pléistocène supérieur de la grotte du Portel (Ariège) et de la grotte du Tournal (Aude). Thèse de doctorat du Muséum National d’Histoire Naturelle. PRESCOTT J.R. et STEPHAN L.G., 1982, The contribution of cosmic radiation to the environmental dose for thermoluminescence dating – latitude, altitude and depth depencies. PACT, 6, p.17-25.

Les dosimètres placés in situ seront retirés au printemps 2002 après être restés un an en place. Ils permettront de mesurer une dosimétrie plus réaliste pour chaque échantillon et donc de déterminer des âges plus significatifs.

PRINCE G., 2000, Contribution à l’étude des industries de la grotte du Portel Ouest (commune de Loubens, Ariège, France). Thèse de doctorat, université de Perpignan.

Adresses des auteurs

VEZIAN J., 1953, Gisement moustérien de la grotte du Portel, à Loubens (Ariège). Bulletin de la Société Méridionale de Spéléologie et de Préhistoire,5, p. 211-217.

Hélène TISSOUX, Henry DE LUMLEY, Jean Jacques BAHAIN, Christophe FALGUÈRES Laboratoire de préhistoire du MNHN UMR 6569 du CNRS Institut de Paléontologie Humaine 1 rue René Panhard 75013 Paris FRANCE

VÉZIAN J., 1989, Les fouilles à l’entrée du Portel Ouest (Loubens, Ariège), Bulletin de la Société Préhistorique d’Ariège, XLIV, p.225-261. YOKOYAMA Y. et NGUYEN H.V., 1981, Datation directe de l’homme de Tautavel par la spectrométrie gamma, non destructive, du crâne humain fossile Arago XXI. Comptes Rendus de l’Académie des Sciences de Paris, 292, p. 741-744.

Régis VÉZIAN Centre Européen de Recherches Préhistoriques de Tautavel Avenue Léon Jean Grégory 66720 Tautavel FRANCE

YOKOYAMA Y., FALGUÈRES C. & QUAEGEBEUR J.P.,1985, ESR dating of quartz from quaternary sediments: first attempt. Nuclear tracks, 10, N° 4-6, p.921-928.

8

V. Michel et al.: Datation ESR/U-Th de dents des niveaux moustériens de Beauvais et de Bettencourt...

DATATION ESR/U-TH DE DENTS DES NIVEAUX MOUSTÉRIENS DE BEAUVAIS ET DE BETTENCOURT : ÉTUDE COMPARATIVE Véronique MICHEL, Yuji YOKOYAMA & Jean-Luc LOCHT

Résumé : Les sites moustériens de plein air de Beauvais et de Bettencourt situés au Nord de la France, ont fait l’objet d’une étude comparative en datation. Les conditions d’enfouissement des fossiles ont été différentes : à Beauvais les niveaux archéologiques sont constitués de sables éoliens et d’une faune assez bien conservée, à Bettencourt les dépôts sont constitués de limons argilo-humiques où peu de restes osseux ont été découverts, et ils présentent un degré d’altération relativement important. La faune présente des caractéristiques différentes qui témoignent de deux paléoenvironnements différents avec un climat froid et sec à Beauvais et plutôt tempéré à Bettencourt. La datation U-Th/ESR de l’émail dentaire de dents bien conservées de Beauvais conduit à une datation de 60-40 ka en accord avec les données biostratigraphiques. A Bettencourt, les résultats d’analyse U-Th et ESR sur émail dentaire ne sont pas valables, les âges sont dispersés et l’altération significative des dents constitue une incertitude supplémentaire en datation. Abstract: The Beauvais and Bettencourt sites are located in the North of France. They were the object of a comparative study in dating. Both are open sites where Mousterian industries have been discovered. The burial conditions were different: at Beauvais, the archaeological levels are constituted of aeolian sand deposits and the faunal remains are well preserved ; at Bettencourt, the deposits are humic-clayey loam and only few faunal remains have been discovered with a high degree of alteration. The fauna have different characteristics which indicate two palaeoenvironnements : a cold and dry weather at Beauvais whereas the climatic conditions were temperated at Bettencourt. The ESR/U-Th dating of dental enamel of the well-preserved teeth from Beauvais yields a date range of 60-40 ka in agreement with the biostratigraphic data. At Bettencourt, the U-Th and ESR analysis results of dental enamel are not valuable, the ages are too scattered. Moreover, the teeth have experienced significant changes during fossilization that yield to an uncertainty in dating.

INTRODUCTION

révèle l’altération de la moitié des restes fauniques (Locht & Patou-Mathis, 1998).

Les sites de Beauvais ‘La Justice’ et de Bettencourt-SaintOuen sont deux sites de plein air qui se situent dans le Nord de la France : Beauvais dans le département de l’Oise et Bettencourt dans le Bassin de la Somme (Figure 1). Découverts lors de la construction d’autoroutes, ils ont fait l’objet de fouilles de sauvetage (AFAN), respectivement sur une surface de 763 m2 et 866 m2. Des niveaux moustériens (Locht et al., 1995 ; Locht, 2002) ont été mis au jour dans les deux sites de contextes géologiques différents. Les séquences stratigraphiques, décrites par P. Antoine, sont présentées dans la figure 1.

A Bettencourt, l’épaisseur de la séquence stratigraphique s’élève à environ 4 mètres avec 5 niveaux archéologiques découverts : N3b, N3a, N2b, N2a et N1 (Figure 1). Seul le niveau N2b a livré des restes fauniques. Ce niveau décrit par Antoine (2002) comme un sol humifère gris forestier, se situe au sein de l’unité 7 constituée de limons argilo-humiques non calcaire (brun-noir). Il a livré très peu de restes osseux et dentaires comparativement aux 8666 artefacts découverts dans le même niveau (Locht et al., 2002). Le nombre de restes s’élève à 86 (Auguste, 2002), un nombre limité associé à une altération nettement visible des os et des dents qui témoignent de mauvaises conditions de conservation depuis l’enfouissement. L’auteur a identifié un cheval Equus sp. (de forme intermédiaire entre E. taubachensis et E. germanicus) et un Aurochs qui suggèrent un milieu de forêt-steppe sous climat tempéré.

A Beauvais, la séquence quaternaire a été découpée en 6 unités. Elle correspond à une épaisseur d’environ 4 m avec deux niveaux archéologiques C1 et C2 découverts dans les unités 6a et 6b qui reposent sur l’unité 7 formée de sables tertiaires (Figure 1). Ces niveaux archéologiques sont constitués de sables éoliens brun-jaune clair. Dans le premier niveau C1, 1959 artefacts ont été découverts, dans le deuxième C2 le nombre d’artefacts s’élève à 11700. La liste faunique dressée par P. Auguste, comprend le Renne (Rangifer tarandus), le Rhinocéros laineux (Coelodonta antiquitatis), un cheval de type germanicus, le Mammouth (Mammuthus primigenius) et le Bison (Bison priscus). Ainsi, le milieu a été décrit comme étant très découvert, de type steppe herbacée avec un climat continental froid et sec (Locht & Patou-Mathis, 1998). La conservation des restes osseux et dentaires est plutôt bonne même si l’étude taphonomique

En conséquence, nous nous trouvons en présence de deux sites de plein air qui ont livré une industrie moustérienne avec un environnement qui diffère d’une part par la faune qui indique des périodes d’occupation asynchrones et d’autre part par des conditions d’enfouissement totalement différentes. A Beauvais, la conservation des fossiles peut être considérée comme relativement bonne comparativement à celle de Bettencourt où les restes fauniques sont visiblement altérés. C’est dans ce cadre, que nous proposons l’application des méthodes ESR et U-Th afin d’une part de tenter d’affiner 9

Archéométrie / Archaeometry

Figure 1. Localisation géographique des sites de Beauvais (x) et de Bettencourt (n) et stratigraphie d’après P. Antoine (Michel et al., 1999 ; Antoine, 2002).

la chronologie des deux sites et de tirer des conclusions sur les conséquences de l’utilisation de matériau bien conservé ou altéré en datation.

du thorium à la suite d’un déséquilibre avec l’uranium. Dès le début de l’enfouissement, les restes osseux et dentaires (t = 0) absorbent de l’uranium 234, celui-ci se désintègre en thorium 230 (Période = 75 380 ka) et se fixe à l’échantillon. Le rapport d’activité 230Th/234U de l’échantillon est mesuré ainsi que le rapport 234U/238U qui tient compte du léger déséquilibre naturel entre les deux isotopes de l’uranium (valeur en général > 1). Les rapports sont alors introduits dans l’équation d’âge (Ivanovich & Harmon, 1992). La validité des âges repose sur l’hypothèse du système clos.

MATERIEL ET METHODES Trois dents de rhinocéros (Beau1, Beau3, Beau24) des niveaux moustériens C1 et C2 de Beauvais, et deux dents d’Aurochs (Bet1, Bet17) du niveau N2b moustérien de Bettencourt ont été sélectionnées pour la datation (Figure 2) (Michel et al., 1999 ; Michel, 2002). Les dents de Beauvais sont bien conservées alors que les dents de Bettencourt sont plus ou moins altérées. Celles ci présentent de nombreuses traces de végétaux, témoignant d’un milieu d’enfouissement riche en matière organique. La dent Bet17e est la plus altérée : la dentine a totalement disparu et l’émail est facile à broyer lors de la mise en poudre dans un mortier en agate (Figure 2). Un degré de fragilité élevé qui traduit des conditions de conservation défavorables à Bettencourt. Des analyses chimiques ont été effectuées afin d’examiner l’état de conservation des échantillons d’émail : Beau1e, Bet1e, Bet17e. Elles ont été réalisées par le laboratoire CRPG de Nancy pour la détermination des teneurs en Ca, P, en C total (dosage de CO2 par combustion à 1400 °C sous oxygène) et en Fluor (potentiomètrie à électrode spécifique). Les incertitudes sur les mesures sont inférieures à 2 %.

La méthode ESR (Electron Spin Resonance) est basée sur la détermination de la dose d’irradiation (DE) reçue par l’échantillon à dater depuis l’enfouissement jusqu’à la découverte et de la dose de radiation annuelle émise (da) par l’environnement et par l’échantillon lui-même (Age = DE/ da) (Grün, 1989 ; Rink, 1997). La dose d’irradiation est déterminée par la méthode des doses ajoutées. Elle consiste à irradier l’échantillon fossile à des doses gamma artificielles et croissantes par une source de cobalt 60. Les doses choisies se répartissent entre 0 à 2 500 Gy. Pour chacune des doses d’irradiation naturelle et artificielles, le signal ESR correspondant a été mesuré à l’aide d’un spectromètre ESR EMX Bruker (X-band, 9,82 GHz) (LMRI, CEA, Saclay) (Figures 3 et 4). Le signal ESR représente le nombre d’espèces paramagnétiques (radical CO2-, forme dominante) créé par irradiation de l’émail minéral. La courbe de croissance de l’intensité du signal ESR (hauteur pic-à-pic : T1-B1 ou T2-

La méthode U-Th se définit à partir de la chaîne radioactive naturelle de l’uranium 238. Elle est basée sur la croissance 10

V. Michel et al.: Datation ESR/U-Th de dents des niveaux moustériens de Beauvais et de Bettencourt...

Figure 2. Prise de vue d’une dent de rhinocéros de Beauvais bien conservée et de deux dents d’aurochs altérées de Bettencourt.

400 Gy

20

H auteur Signal E S R (u.a.)

300 Gy 200 Gy

100 Gy 50 Gy n atu rel

n atu rel

18 16 14 12 10

T1-B 2 fonction ajustée fonction ajustée T1-B 1

8 6 4 2 0

2,0100

2,0000

1,9900

-200

300

800

1300

1800

2300

2800

D o s e (G ra y )

g

D E (T 1 -B 2 ) = 2 0 ,9 G y

D E (T 1 -B 1 ) = 2 0 ,5 G y

Figure 3. Croissance du signal ESR à g = 2,0018 de l’émail Beau1e avec la dose d’irradiation et la courbe de croissance de l’intensité du signal ESR de l’émail de rhinocéros de Beauvais Beau1e. La fonction ajustée est : I = A (1-e - (D+DE)/B)).

B2 ; Grün, 2000) en fonction de la dose d’irradiation est ensuite établie (Figures 3 et 4). Elle permet de déterminer la dose d’irradiation équivalente (DE) par extrapolation à zéro d’une fonction exponentielle ajustée aux points expérimentaux. Pour les fossiles de Beauvais et de

Bettencourt, les signaux ESR et la courbe de croissance correspondante de l’émail Beau1e sont représentés dans la figure 3, ceux de Bet1e et Bet17e dans la figure 4. Les deux méthodes de mesure de hauteur du signal ESR donnent des doses équivalentes identiques (Figures 3 et 4). Les doses 11

Archéométrie / Archaeometry

20

400 Gy 300 Gy

Email Bet1e Bettencourt

200 Gy 100 Gy 50 Gy naturel

Hauteur Signal ESR (u.a.)

18 16 14 12 10 8

Bet1e(h2) fonction ajustée fonction ajustée Bet1e(h1)

6 4 2 0

2.0070

2.0020

g

1.9970

1.9920

- 200

300

D E(T1-B 2) = 88 Gy

800

1 300

1 800

2 300

2 800

Dose γ (Gy) D E (T1-B 1) = 88 Gy

20

Hauteur Signal ESR (u.a.)

18 16 14 12 10 8

Bet17e(h2) fonction ajustée Bet17e(h1) fonction ajustée

6 4 2 0 -200

D E (T1-B2) = 146 Gy

300

800

1300

1800

2300

2800

Dose γ (Gy) D E (T1-B1) = 145 Gy

Figure 4. Croissance de signal ESR à g=2,0018 de l’émail Bet1e. Courbes de croissance des hauteurs pic-à-pic des signaux ESR des échantillons d’émail de Bettencourt : Bet1e et Bet17e. Détermination des doses équivalentes.

équivalentes (DE) de Beauvais sont : Beau1e = 21 ± 1 Gy, Beau3e = 25 ± 1, Beau24e = 21 ± 1 Gy, celles de Bettencourt sont : Bet1e = 88 ± 2 Gy et Bet17e = 145 ± 3 Gy.

souhaitable de s’en assurer par une analyse directe du CO2 car le sédiment humifère gris forestier encaissant (dans l’unité 7) est non calcaire et la matière organique est importante (d’après P. Antoine, 2002). Dans tous les cas, les résultats d’analyse mettent en évidence une altération significative de l’émail dentaire des échantillons de Bettencourt, avec des changements chimiques plus importants pour l’émail de la dent Bet17e. Des résultats qui sont en accord avec le degré de dégradation élevé visuellement observable de cette dent.

RESULTATS ET DISCUSSION Les résultats des analyses chimiques des échantillons d’émail de Beauvais et de Bettencourt sont présentés dans le tableau 1. Les rapports molaires Ca/P obtenus sont caractéristiques de l’apatite (OHAp : Ca10 (PO4)6 (OH)2 : 1,67) (Elliot, 1997). Ils sont de 1,66 pour Beau1e et sont de 1,71 et 1,68 pour Bet1e et Bet17e. Les échantillons d’émail de Bettencourt présentent des teneurs en fluor les plus élevées et des valeurs de 1,47 et 3,11 % en carbone total qui sont élevées par rapport à celle de l’émail actuel (0,83 %, Michel et al., 1995) ou celle de l’émail de Beauvais (0,96 %, tableau 1). A Bettencourt, l’élévation significative de la teneur en carbone indique la présence de matière organique (C organique), de carbonates secondaires ou une carbonatation de l’apatite. Les deux dernières hypothèses sont les plus probables et il serait

Les rapports d’activité 234U/238U, 230Th/234U mesurés, les teneurs en uranium des échantillons et les teneurs en U, Th, et K des sédiments encaissants ont été présentés par ailleurs (Michel et al., 1999 ; Michel, 2002). Seuls les âges U-Th apparents des échantillons d’émail et des dentines sont rappelés dans les figures 5 et 6. Les doses équivalentes, les différentes composantes de la dose annuelle totale, les âges ESR déterminés sont représentés et comparés entre eux pour le site de Beauvais dans la figure 5 et pour le site de Bettencourt dans la figure 6. 12

V. Michel et al.: Datation ESR/U-Th de dents des niveaux moustériens de Beauvais et de Bettencourt...

chronologique émise par les données paléoenvironnementales et les corrélations stratigraphiques des séquences loessiques du Nord-Ouest de la France (Locht & Patou-Mathis, 1998 ; Antoine et al., 1998) et d’autre part avec la datation par thermoluminescence sur silex chauffé de 55,6 ka (Locht, 2001).

Tableau 1. Résultats des analyses chimiques des échantillons d’émail de Beauvais et Bettencourt comparés à l’actuel

Email actuel * Beau1e Bet1e Bet17e

Ca (%) 37,85 36,47 36,78 35,77

P (%) 18,12 16,95 16,60 16,44

F (%) 0,01 0,07 0,16 0,23

C total (%) 0,83 0,96 1,47 3,11

A Bettencourt, les résultats des datations obtenus ne sont pas cohérents. On note des écarts importants entre les deux dents au niveau des doses équivalentes, des âges ESR et des âges U-Th apparents (Figure 6). Les deux dents d’Aurochs présentent des valeurs de dose équivalente significativement plus élevées que celles de Beauvais et elles sont très différentes l’une de l’autre : Bet1e = 88 Gy et Bet17e = 145 Gy. La dose émise par le sédiment est aussi 4 fois plus importante à Bettencourt qu’à Beauvais. La disparition de la dentine de la dent Bet17, à un moment donné inconnu, entraîne une incertitude supplémentaire sur la détermination de la dose annuelle totale, supposée dans ce cas égale à zéro. La contribution de la dose émise par le sédiment est de ce fait plus importante et conduit à une irradiation plus importante de l’émail dentaire Bet17e, ce qui justifie une dose équivalente DE déterminée pour cet émail (148 Gy) supérieure à celle de l’émail Bet1e (88 Gy). Les âges ESR sont compris entre 64 ± 3 ka (EU, Bet1e) et 89 ± 14 ka (LU, Bet17e) et ils sont assez dispersés (Figure 6). Les âges U-Th apparents des échantillons d’émail sont de 162 et 147 ka et sont également dispersés et ne concordent pas avec les âges ESR.

* Michel et al. (1995).

Les doses équivalentes de Beauvais sont de l’ordre de 2125 Gy, et elles sont homogènes entre elles. On note également que les doses externes sont semblables entre elles (Figure 5). La dose externe du sédiment encaissant est prédominante par rapport aux autres doses, les teneurs en uranium étant relativement peu élevées : ~ 0,1 ppm dans les échantillons d’émail, de 9,9 à 14,3 ppm dans les dentines (Michel et al., 1999). Ce qui entraîne peu de différence entre les âges ESR (EU) et (LU) (Figures 5 et 6). Compris entre (46 ± 5) ka (EU, Beau1e) et (55 ± 6) ka (LU, Beau3e), les âges sont cohérents entre eux et sont en accord avec les âges U-Th apparents correspondants (Figure 5). Les résultats de datation U-Th/ESR situent les niveaux archéologiques entre 60 et 40 ka, contemporains de la fin du stade isotopique 4 et du début du stade 3. Des résultats qui sont en accord d’une part avec l’hypothèse

D a = D o se a n n u e lle ( µ Gray /a n ) = ∑ D o s e s

D E (G y)

Ag e E S R (k a ) = D E /D a

Ag e U -T h (k a ) Em a il

D e n tine

48 ± 7

31 ± 1

49 ± 8

26 ± 1

50 ± 9

20 ± 1

D ose cosmique B e au 1e

LU D ose em ail ( α +β ) = D e EU LU D ose dentine (β ) = D d EU

21 ± 1 Gy

E U = 46 ± 5 LU = 52 ± 6

D ose sedim ent (β + γ ) = D sed D cos B e au 3e

De

25 ± 1 Gy

E U = 48 ± 5 LU = 55 ± 6

Dd

D sed D cos B e au 24 e

De

21 ± 1 Gy

E U = 47 ± 5 LU = 53 ± 6

Dd

D sed

0

500

1000

1500

D ose annuelle ( µ Gy/an)

Figure 5. Doses équivalentes, doses annuelles et âges ESR (EU) et (LU) des échantillons d’émail des trois dents de rhinocéros de Beauvais (niveau C1 : Beau1e, niveau C2 : Beau3e, Beau24e). Comparaison avec les âges U-Th apparents correspondants. 13

Archéométrie / Archaeometry

D a = D o s e a n n u e lle (µ Gra y /a n ) = ∑ D o s es

D E (Gy )

Ag e E S R (ka ) = D E /D a

Ag e U -T h (k a) Em a il

D e n tin e

D cos LU B e t1 e

De

EU

8 8 ± 2 Gy

E U = 64 ± 3

LU

LU = 70 ± 11

Dd

EU

162 +− 22 71

121 ± 6

D sed D cos B e t1 7 e

De

1 4 5 ± 3 Gy

E U = 78 ± 8 LU = 89 ± 14

147 +− 1101

Dd = 0

D sed

0

500

1000

1500

D o se annuelle (µ Gy/a n)

Figure 6. Doses équivalentes, doses annuelles et Ages ESR des échantillons d’émail des deux dents d’aurochs de Bettencourt Bet1e, Bet17e (niveau N2b). Comparaison avec les âges U-Th apparents correspondants.

1 2

Niveau N2b, B ase de l'unité 7

4

3

6

5

7

Em a il :

Be t1 7 e

EU

Be t1 e 0

50

100

150

LU

200

250

Age E S R (ka )

D atation TL-IRS L sur sédiment (E ngelmann et F rechen) et données pédostratigraphiques (P . Antoine) : 75 - 85 ka.

A geE S R = D E Da

A ltération depuis l'enfouissement jusqu'a la découverte du fossile : sous estimation de D E

(A ) S ous estimation de l'A ge E S R 60 - 100 ka

P erte d'uranium : sous estimation de D int. et de Dext.

S urestimation de l'A ge E S R (B )

A ge U-Th trop vieux

120 - 160 ka

Figure 7. Comparaison des âges ESR, U-Th des dents de Bettencourt et résumé des conséquences de l’altération des dents, de la migration d’uranium sur les résultats chronologiques. 14

V. Michel et al.: Datation ESR/U-Th de dents des niveaux moustériens de Beauvais et de Bettencourt...

On peut supposer une perte d’uranium, ou une sous estimation de la dose équivalente résultante d’une altération de l’émail dentaire depuis l’enfouissement. La datation TL-IRSL réalisée sur sédiment (Frechen & Engelmann, 2002) et les données pédostratigraphiques (Antoine, 2002) situent les niveaux archéologiques de Bettencourt entre 85 et 75 ka, contemporains du stade isotopique 5. Par conséquent, les âges ESR s’accordent le mieux avec ces données et pourtant les âges obtenus ne peuvent pas être validés compte tenu du degré d’altération élevé des dents qui conduit inévitablement à « l’altération » des âges entraînant une difficulté d’interprétation que l’on peut résumer dans la Figure 7.

gisement de Bettencourt-Saint-Ouen (Somme) : cinq occupations du Paléolithique moyen au début de la dernière glaciation » J-L. Locht (dir): Documents d’Archéologie Française, sous presse. ANTOINE, P., LAUTRIZOU, J-P., SOMMÉ, J., AUGUSTE, P., AUFFRET, J-P., BAIZE, S., CLET-PELLERIN, M., COUTARD, J-P., DEWOLF, Y., DUGUÉ, O., JOLY, F., LAIGNEL, B., LAURENT, M., LAVOLLE, M., LEBRET, P., LÉCOLLE, F., LEFEBVRE, D., LIMONDIN-LOZOUET, N., MUNAUT, A-V., OZOUF, J-C., QUESNEL, F. & ROUSSEAU, D-D., 1998, Les formations quaternaires de la France du Nord-Ouest: limites et corrélations. Quaternaire 9, p.227-241. ELLIOT, J.C., 1994, Structure and Chemistry of the Apatites and Other Calcium Orthophosphates. Amsterdam: Elsevier. FRECHEN, M. & ENGELMANN, A., 2002, Datations par luminescence. In Le gisement de Bettencourt-Saint-Ouen (Somme) : cinq occupations du Paléolithique moyen au début de la dernière glaciation » J-L. Locht (dir): Documents d’Archéologie Française, sous presse.

CONCLUSION La datation de l’émail dentaire bien conservé de Beauvais a permis de dater les niveaux archéologiques de ce site contrairement à celle de l’émail dentaire mal conservé de Bettencourt. Cette étude montre que la datation ESR/U-Th d’émail dentaire bien conservé contribue à la chronologie d’un site préhistorique. Les dents altérées de Bettencourt n’ont pas permis d’obtenir de bons résultats de datation. L’altération de l’émail dentaire, et de la même façon, les changements chimiques et structuraux que subissent les os au cours de la fossilisation, apportent une incertitude aux résultats et ne permettent pas de valider les datations.

GRÜN, R., 1989, Electron spin resonance (ESR) dating. Quaternary International 1, p.65-109. GRÜN, R., 2000, Methods of dose determination using ESR spectra of tooth enamel. Radiation Measurements 32, p.767-772. IKEYA, M., 1993, New applications of Electron Spin Resonance : Dating, Dosimetry and Microscopy edited by M.R. Zimmerman & N. Whitehead. World Scientific: Singapore. IVANOVICH, M. & HARMON, R.S., 1992, Uranium-series disequilibrium : Applications to Earth, Marine and Environmental Sciences. Clarendon Press, second edition: Oxford. LOCHT J-L., 2001, Modalités d’implantation et fonctionnement interne des sites. L’apport de trois gisements de plein air de la phase récente du Paléolithique moyen dans le nord de la France (Villiers-Adam, Bettencourt-Saint-Ouen et Beauvais). In Middle Paleolithic and Middle Stone Age Settlements Systems, edited by N.J. Conard, A.W. Kandell. 2nd Conference of the UISPP Commission 27. Institut für Ur-und Frügeschichte und Archäeologie des Mittelalters. Universität Tübingen, p. 361393.

Remerciements Les auteurs remercient Jean-Michel Dolo (LMRI, CEA, Saclay) pour l’irradiation des échantillons et pour l’accès au spectromètre ESR.

LOCHT J-L., SWINNEN, C., ANTOINE, P., AUGUSTE, P., PATOU-MATHIS, M., DEPAEPE, P., FALGUÈRES, C., LAURENT M. & BAHAIN J-J., 1995, Le gisement Paléolithique moyen de Beauvais (Oise). Bulletin de la Société Préhistorique Française 92, p. 213-226.

Adresses des auteurs Véronique MICHEL Cépam, UMR 6130 du CNRS 250 rue Albert Einstein Sophia Antipolis F-06560 Valbonne FRANCE Email : cra.cnrs.fr

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Yuji YOKOYAMA, IPH, MNHN 1 rue René Panhard, F-75013 Paris FRANCE

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16

L. Garenne-Marot: In-Depth Study of Copper-Based Artefacts: What can be Hidden Behind the Patina?

IN-DEPTH STUDY OF COPPER-BASED ARTEFACTS: WHAT CAN BE HIDDEN BEHIND THE PATINA? Laurence GARENNE-MAROT

Summary: Preliminary analyses have been carried out on a number of jewels found in two burial sites dating back to the tenth to thirteenth century AD in Senegal (West Africa). The focus is on colour, a feature of the metal often neglected by archaeometallurgists working on copper-based alloy objects. The results of the analyses underline the importance of the colour of the metal and the selection of a specific colour in the jewels worn for those communities living at the time of the trans-Saharan trade. A systematic analysis of the bracelets and anklets found on the bodies was carried out. The jewels fell into two groups: those in pure copper “red copper” and those in brass “yellow copper”. Correlation of different data – typological characteristics of the bracelets, results of preliminary analyses, archaeological context – point to an identical pattern in the two sites: when bracelets are worn in pairs or more they are all of the same colour. The people buried in those sites wore jewels that are either in copper, in brass or in iron. The three colours are never mixed together. These data thus highlight the possible – often unsuspected – cognitive outcome of archaeological research on metal artefacts. From a historical perspective, the existence of an identical pattern in two sites belonging to different cultural traditions points to shared beliefs and behaviours beyond what arises from mere trading relationships. Here also we have an example of how compositional analyses – when conducted along rigorous objectives – can help to write the history of “pre-historical” communities. Résumé : Cette étude d’une série de bijoux en métal base cuivre provenant de deux sites funéraires du Sénégal (Afrique de l’Ouest) du XeXIIIe s. ap. J.-C., insiste sur une donnée quelquefois négligée par les paléométallurgistes travaillant sur les alliages du cuivre : la couleur du métal. Les résultats de l’étude soulignent l’importance, justement, pour les populations du Sénégal à l’époque du commerce transsaharien de la couleur, et du choix de la couleur dans le port du bijou. Des bracelets retrouvés sur les inhumés des deux sites ont été méthodiquement analysés. Ils se partagent en deux groupe : des cuivres purs, “cuivre rouge”, et des laitons, “cuivre jaune”. La mise en corrélation des caractéristiques typologiques des bracelets, des résultats des analyses et du contexte archéologique met en évidence une constante semblable dans les deux sites : les bracelets, lorsqu’ils sont portés par paire ou plus sont tous de la même couleur : les inhumés portent des parures qui sont soit en cuivre rouge, soit en cuivre jaune, soit encore en fer ; les trois couleurs ne se mêlant jamais. Ces résultats illustrent sur quelles possibles dimensions cognitives peuvent déboucher les programmes de recherches sur l’objet métallique archéologique. Par ailleurs ceci montre qu’il existe entre ces deux sites rattachés à des traditions culturelles différentes des comportements identiques qui vont au delà de ce qui peut résulter de relations commerciales. Cette étude est donc un exemple de ce que peuvent apporter – quand elles sont conduites avec raison et précaution – les analyses de composition du métal à l’écriture de l’histoire de sociétés sans écriture.

INTRODUCTION

From my early studies of archaeometallurgy, I have kept in memory Eaton and McKerrell’s major paper on arsenic in ancient Near East. Analysing Ancient and Middle Kingdom mirrors, the authors showed how the Egyptians seemed to have taken advantage of arsenic’s tendency when used in high proportion to segregate at the surface and to form a silvery outer layer that could be polished. This had made me aware of the importance of the outer surface. Not the one we see now but the one they – the people who made, who bore the objects – saw. And this is a matter of importance when jewels are concerned. In the case of copper alloys, the colour of the metal is significant: around 12 % of zinc, a brass takes on a rich golden colour, well distinct from the shining reddish colour of non alloyed copper.

How should we deal with compositional analyses of copper based objects? For many years scholars have been essentially engrossed in the manipulation of trace-elements. But when it concerns alloys it is a dangerous task. C. Renfrew and P. Bahn (1996: 347) evoked indirectly the failure of provenance studies based on the examination of the sole trace-elements. I contributed to show how much could be learned by looking solely at the intentionally added elements (Garenne-Marot, 1993b; 1995; Garenne-Marot et al., 1994). Now how should we consider these added metal elements? Those by modifying the structure of the metal, modify the properties of the copper metal, therefore, metallurgists, archaeometallurgists have the tendency to view the modifications exclusively in terms of mechanical or plastic properties. Often are overlooked, when evaluating the addition of other metals – tin, zinc, lead, etc. – to the copper base, grounds such as aesthetic or symbolic.

Thus I propose to look behind the patina at the real colour of the object, and into the message it may bear. And to see if this venture beyond the patina might not get us deeper that expected. 17

Archéométrie / Archaeometry

A CASE-STUDY: A COLLECTION OF COPPERBASED JEWELS FROM TWO FUNERARY SITES OF SENEGAL (WEST AFRICA)

have been recorded in some 365 sites on an area that extends 350 km from west to east and includes the eastern part of Gambia (English-speaking country situated within the French-speaking country of Senegal). Sine Ngayen is one of the most remarkable megalithic sites of Senegal and Gambia with 52 stone-circles recorded. Three of those stone-circles were excavated in 1976-77 (circles n° 32, n°25 and n°28) (Thilmans, et al., 1980; Thilmans, 1993). All three of them are funerary monuments containing multiple inhumations (respectively 10, 28 and 59 inhumations). The majority of the corpses were buried together. The way they were laid leads to the assumption that this was done following some collective, communal death.

A decade ago, I wrote a Ph D. dissertation on copper metallurgy in Senegal (Garenne-Marot, 1993). In the context of this research, three hundred copper-based archaeological artifacts were studied, classified and a hundred of them analysed. In this present study only a small group of objects from this body is presented whose analyses of the composition best illustrate the importance of taking into account the colour as an immediate quality of the metal. Copper based jewels have been unearthed from funerary sites of Senegal (westernmost country of Africa) from the time period of the Sahelian great empires of Ghana and Mali (or “medieval times” in terms of parallels to the occidental chronological time period). In this present study we will be concerned with two groups of jewels (bracelets and anklets) dating from the same time interval of Xth-XIIIth cent. AD, one from the megalithic site of Sine Ngayen and the other from the shell-tumulus site of Dioron Boumak (see figure 1).

A large part of the Senegalese and Gambian coast is laden with anthropic shell middens, the remains of intensive tapping of oysters and anadara senilis, an activity which has been going on over hundreds of years and which in some regions is still going on. The singularity of the shell middens of the mouth of the Saloum river is, after their edification, to having been used as cemeteries. The deads have been buried covered by shells. The accumulation of burials has given rise to “tumulus” (though the term “burial-mounds” should be more appropriate). On the enormous site of Dioron Boumak, 125 shell-tumulus have been recorded. Three of those were excavated in 1970-71: two of those (named tumulus A and

Over a thousand of stone-circles (often associated to other monuments such as sand-tumulus and small-stones tumulus)

Figure 1: Map of Senegal and localisation of the sites. 18

L. Garenne-Marot: In-Depth Study of Copper-Based Artefacts: What can be Hidden Behind the Patina?

B) were very close to one another (they contained 41 inhumations for A and 68 for B); the third (tumulus C) was further 140m to the S-SO and contained 40 inhumations (Thilmans et Descamps, 1982; Thilmans, 1993).

around 12. No other alloys: bronze, ternary or quaternary alloys, nothing. Now if we translate these results in terms of colour: on one side is red metal – that is non alloyed copper – and on the other side, is yellow metal – that is brass.

If both Sine Ngayen and Dioron Boumak are funerary sites, a major difference exists between the monuments of these two sites apart from architectural concerns: contrary to the circles of Sine Ngayen, each one of the shell-tumulus of Dioron Boumak is not that of a communal burial but results from the accumulation of successive burials. This is of importance when dealing with cross-datation of the grave goods of this latter site. Even within monuments on the same site there exist major differences: Tumulus C of Dioron Boumak was slightly different from the two other tumulus with more oysters than arca and just one continuous accumulation; in tumulus A and B of Dioron Boumak, three groups of inhumations were observed: a deep central group, an upper one and peripherical, all three representing three periods of accumulation.

COMPOSITIONAL ANALYSES AND TYPOLOGY If we do check these results against the typology based on formal criteria, some interesting patterns come about. To each type (shape) of bracelet (or anklet) corresponds a specific metal composition; thus some of the types of bracelets are in red copper (indicate in black), others are in yellow copper (indicate in light grey) (see figures 3 and 4). Of the four types of form defined for the bracelets of Sine Ngayen (see figure 3), two are very specific: they bear three deep parallel grooves running along the entire circumference. However, an important distinction exists between those two types: one is massive – the section is inscribed within a square –; whereas the second type is thin – the section being that of a thin rectangle. The bracelets belonging to the massive type are all – for those analysed – of yellow copper, whereas those of the thin type are all of red copper.

Both at Dioron Boumak and Sine Ngayen, the funerary monuments – either shell tumulus or megalithic circles – have yielded a fair amount of grave goods: weapons (mainly spearheads) and personal adornments in shell, iron and copper-based material. Those latter – essentially bracelets and anklets – are the objects that are presented here.

Concerning the set of jewels from the site of Dioron Boumak (figure 4), the situation is slightly more complicated: more types of bracelets and anklets have been recorded. Still there we find again the two grooved types (thin and massive) with comparable corresponding metal. Here, we find again this same association between the shape of the bracelet/anklet and the quality of the metal.

RESULTS OF COMPOSITIONAL ANALYSES OF THE COPPER-BASED JEWELS When I started my research in 1983, a few of the excavated copper-based objects had already been submitted to laboratory expertise, thus elemental analyses of the jewels from Sine Ngayen and Dioron Boumak were done at different times and by different methods (are explained in notes in figure 2).

COMPOSITIONAL ANALYSES, TYPOLOGY AND ARCHAEOLOGICAL CONTEXT

A straight look at the elemental analyses of the bracelets and anklets leads to the conclusion that one single type of alloy was used along with copper: brass with zinc percentages

Number of copper bracelets or anklets recorded

Now keeping in mind those results we must consider the archaeological record.

Number of copper bracelets or anklets analysed (results known)

Comments

3

All 3 were analysed. One was sampled and analysed twice, partly to try the results of spectrographic analysis against that of PIXE.

SINE NGAYEN Circle n°32

3

Circle n°25

3

3

Circle n°28

17

11

Tumulus A

21

15

Tumulus B

15

5

Tumulus C

3

1

DIORON BOUMAK

19

Others sampled when excavated but the results not published

Archéométrie / Archaeometry

Figure 2: Results of compositional analyses.

At Sine Ngayen, due to the concentration of the skeletons (59) in circle n°28 (where 17 bracelets were recorded), the proper identification of each of the buried was not possible. However, nearly all of the bracelets were recovered still in place, circling long forearm bones. It is interesting to see

that in each case more than one bracelet was recovered, these bracelets were of the same type and/or of the same metal. In other words, in each case a deceased had more than one bracelet, those were all worn on the same forearm and were of the same colour. Here I am intentionally speaking of colour 20

L. Garenne-Marot: In-Depth Study of Copper-Based Artefacts: What can be Hidden Behind the Patina?

Figure 3: Sine Ngayen: Compositional analyses, typology and archaeological data.

rather than composition for the composition of the metal was certainly not the concern of the man or the woman buried in this megalithic circle of the end of the first - beginning of

the second millenium A.D. The colour certainly was. And that there did exist a choice of the colour of the jewel is evident. 21

Archéométrie / Archaeometry

Figure 4: Dioron Boumak: Compositional analyses, typology and archaeological data. 22

L. Garenne-Marot: In-Depth Study of Copper-Based Artefacts: What can be Hidden Behind the Patina?

The situation is identical at Dioron Boumak but in one case. In the case of the inhumation XI, all the 3 bracelets (all of the grooved type of thin section) were of the same colour, red, but the anklets – although of the same type, grooved massice – differ in colours: one with over 14 % of zinc was yellow, the other one with less than 2 % was red (strongly confirmed when a slice of the rod was cut-off for metallographic analysis; see Garenne-Marot, et al., 1994).

is similar at Dioron Boumak: weapons are always in iron but jewels can be in all three metals with the same exclusive choice in the metal of the jewels worn. Still in the case of the shell tumulus of DB one must not exclude a chronological factor, jewels found on the skeletons of the deeper groups of Tumulus A and B – stratigraphically more ancient – were solely in iron. No element can induce a symbolic meaning of the choice; to go further in any assumption would be mere speculation. Cognitive archaeology bears limits. But there do remain those strong facts: in both cultural areas, there exists this peculiar relation to the metal and to the colour.

Situation of the three metals – red copper, yellow copper, iron – in the two sites At Sine Ngayen, weapons are always in iron. Jewels (anklets, bracelets or rings), however, can either be in copper-based metal or in iron. There is no mingling of copper-based jewel with iron jewel: as a matter of fact the three metals are clearly distinct: the dead wears either iron, red copper or yellow copper. There does not seem to be a gender ascription: jewels in copper-based material and jewels in iron both occur with iron weapons; the choice of the metal seem not to be related to the sex of the dead person. This is best viewed in figure 5 which depicts within the circle n°28, the position of the deeper skeletons excavated. In this both skeleton 9 and skeleton 13 were buried with many weapons; the first one wore a copper grooved bracelet, whereas jewels recovered on were all in iron (bracelet, anklet and rings). The situation

One has to keep in mind the societal context of these finds. The relation to the metal at this time period was certainly complex, marked by the trans-Saharan trade and the growing northern demand for the gold of the gold fields of Upper Niger and Senegal River areas. This northern demand for gold created an intense trade of metals with this situation – somehow incredible to our contemporaneous standards – of gold being exchanged for copper. The golden colour of high zinc content brass certainly played an interesting part in all this interplay of metals and colours, which must have conveyed significant meanings (see Herbert, 1984; GarenneMarot, 1993a).

Figure 5: Position of the bodies and situation of jewels and weapons. 23

Archéométrie / Archaeometry

Towards a new map of the Iron Age cultures of Senegal?

help of other data – that the ties between those areas were certainly more than mere trading relationships.

Thus in those two sites over 200 km distant and belonging to two separate cultural areas (the megalithic culture and the shell tumulus culture) comparable features have been stressed: bracelets or anklets when worn in numbers were all worn on the same forearm and are all of the same type or/ and colour and, in all cases but one, the two colours never mingled: some people wore bracelets in red copper, others bracelets in yellow copper

I have to admit that I have worked on a very small sample and do agree it will have to be backed up by further research but this study on a small scale has had the merit, I hope, to illustrate what possible gain one could expect in venturing beyond the patina.

In their report, excavators Guy Thilmans and Cyr Descamps have stressed the analogies in the material culture between Sine Ngayen and Dioron Boumak. The same type of bracelets (the grooved type) is one occurrence. But there are others. Sherds with the characteristic profile of the Diorom Boumak pottery have been found at Sine Ngayen. The three types of spearheads recovered at Sine Ngayen have identical correspondants at Diorom Boumak. These elements point to relations between the two groups; but similarities in material culture may result from close trading relationships. In the XVIth century, the portuguese traveller Valentin Fernandès wrote about the intense activity going on in the exploitation for inland trade of coastal oysters and anadara (see Thilmans, 1993: 50). We can assume with much certainty in regard to the date of formation of some of the shell middens that this exploitation and trade had been going for a long time before that date.

Équipe “Afrique, sociétés et environnement” CNRS, UMR 7041 Archéologies et Science de l’Antiquité Maison René Ginouvès 21 Allée de l’Université 92023 Nanterre, FRANCE

Author’s address

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What is of interest, however, is not the occurrence in the two different cultural units of the same type of bracelet or of the same type of pottery; it is the occurrence of this characteristic feature of selective choice in the metal worn. This is the sign not of mere trade but of shared custom, shared belief. Other features of shared beliefs are revealed in the archaeological record. On both sites, spearheads were often found gathered in a bunch and placed close to the head of the buried. In circle 28 of Sine Ngayen, the skeleton of a dog was found slightly apart but close to the elliptical concentration of the human skeletons. At Dioron Boumak the dead was sometimes buried with the remains of a dog. Whether or not those dogs were for ritual consumption is difficult to assess (V. Fernandès, again, mentions dog-eaters among some populations of southern Senegal) but no marks of butchering or traumatism were found on the animals recovered and in the case of the Sine Ngayen dog, the animal was bearing a small globular iron bell of a kind commonly found at Dioron Boumak worn on the arm of some of the deceased.

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CONCLUSION

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Meant at the start to caracterize the copper-based artifacts, the analyses of the metal composition have drawn us well further: striking the importance of colour in ancient societies of Senegal, getting a glimpse at the cognitive realm of societies which are – outside of the archaeological record – almost totally unknown, pointing out a similar behaviour of deliberate choice of colour and metal in two sites previously ascribed to two different cultural areas, implying – with the

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25

M.I. González & M.M. Frère: Analyses of Potsherds Residues and Vessel Use in Hunter-Gatherer-Fishers Groups...

ANALYSIS OF POTSHERD RESIDUES AND VESSEL USE IN HUNTERGATHERER-FISHER GROUPS (PAMPEAN REGION, ARGENTINA) María Isabel GONZÁLEZ DE BONAVERI & María Magdalena FRÈRE

Résumé : Cette étude consiste à rechercher et à déterminer les acides gras piégés dans les tessons de céramique, en utilisant la chromatographie en phase gazeuse et la spectrométrie de masse. Notre but premier est de présenter les résultats d’analyse des résidus extraits de tessons archéologiques, de pigments et de pots expérimentaux. Ensuite, nous exposerons quelques considérations issues de l’interprétation des données obtenues. Douze pots archéologiques ont été analysés, appartenant a des groupes de chasseurs-cueilleurs-pêcheurs qui ont habité le site de La Guillerma, situé sur la rive nord de la rivière Salado (province de Buenos Aires, Argentine). L’étude en spectrométrie de masse a été réalisée au Laboratoire de Spectrométrie de Masse à Haute Résolution de la Faculté des Sciences Exactes et Naturelles de l’Université de Buenos Aires. Les résultats présentés ici permettent d’affirmer que les tessons analysés proviennent de pots utilisés pour cuisiner, contenir ou stocker des produits contenant des acides gras. Il était important d’appliquer cette technique sur des tessons de différentes formes et dont la finition de surface varie, afin de voir si ces variations morphologiques correspondent à des usages différents. Enfin, quelques résultats préliminaires ont été obtenus sur des exemplaires expérimentaux, qui permettront d’étudier les modalités de conservation des résidus gras, de même que les problèmes de contamination. Abstract: The results of residue analyses performed on archaeological potsherds and experimental samples are discussed. The detection of fatty acids was carried out by gas chromatography - mass spectrometry at the Laboratory of High Resolution Mass Spectrometry of the Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, University of Buenos Aires. The chemical analyses provided information on: types of organic compounds present, their proportions, their conditions of preservation, and, in some cases, their biological origins. These studies add to our knowledge of the diets and different nutritional behaviors of the hunter-gatherer-fisher groups under study in the research project: Exploitation of Late Holocene lake environments on the Pampean plains during pre- and post-Hispanic times. Most of the samples present the saturated fatty acids which are most common in terrestrial herbivores.

INTRODUCTION

its functions as a container and “use” is defined either in terms of “possibility”, centering on the vessels themselves (functions inferred from their thermal, mechanic, morphological, and physical properties), or centering on people’s behavior (empirical data on the way in which people really used the vessels). The most recent analyses of pottery function consider that technical choices respond not only to the specific use desired but also include other aspects such as traditions, values, ceremonies, and alliances.

The analysis of the technology of the groups of the Salado River is framed in the study of technological organization. Technological organization is defined as the set of strategies utilized by a society for the manufacture, use and discard of artifacts (Nelson 1991:57). Ceramic artifacts may exhibit an infinite range of variations in technology, shape and decoration, providing diverse information for interpretation (Rice 1999). Ceramic technology may serve diverse purposes within different types of societies. The possible uses of ceramic vessels range from transportation and short and longterm storage of liquids and solids, to food cooking and consumption. Ceramic pots also played specific roles in status competition and exhibition, in exchange, in the communication of ideas, and in aesthetic expression (Hoopes & Barnett 1995; González de Bonaveri et al. 1998). Rice (1996) proposes a distinction between destined use (by the potter), real use (in a systemic context), final use (recovery context) and inferred use (by the archaeologist), of the vessels in question. The “real use” is perhaps the most difficult to determine due to the fact that vessels may have single or multiple uses. Uses can be identified in an unspecific way (e.g., for cooking), or in a specific way according to the particular content of the vessel.

Chemical analyses involving gas chromatography and mass spectrometry allow us to approach the identification of organic compounds of the pottery contents, their proportions and, in some cases, to infer the specific uses of the vessels. These studies also contribute to our knowledge of the diets and nutritional behaviors of the past (Evershed et al. 1992b). In this paper we present the results of the GC and MS chemical analyses of the fatty residues found in potsherds belonging to hunter-gatherer-fisher groups of the lower Salado River basin in the Pampean region. THE SITES We will now briefly analyze the archaeological context of hunter-gatherer-fishers in the Salado River basin. The area is located between latitude 35° and 36°S, in the northeast of the province of Buenos Aires (figure 1). All of the sites considered here are located on the left bank of the Salado River.

“Use” refers to the specific way(s) in which a vessel is utilized for a particular purpose. In the case of prehistoric and ethnographic pottery, more attention is generally payed to 27

Archéométrie / Archaeometry

Figure 1. Map of the study area.

Table 1. Radiocarbon Dates from La Guillerma Locality. (***extended counting time, LGÑ: La Guillerma Ñandú, LG1: La Guillerma 1, LG2: La Guillerma 2, LG4: La Guillerma 4, LG5: La Guillerma 5). Lab No. CAMS-22030 AMS ISGS-2350 ISGS-2348 ISGS-2351 BETA-53560*** ISGS-2349 Beta-49350 GX-25335-AMS BETA-13774 AMS GX-26477 AMS

Uncalibrated Date b.p. 1,640 ± 40 610 ± 150 1,190 ± 110 1,080 ± 100 1,730 ± 110 1,150 ± 100 1,400 ± 90 430±40 370±40 1340±40 BP

Excavation Depth cm b.s. 15 29 35 47 39 36 45 20 20 25

Site

Material

LGÑ LG1 LG1 LG2 LG4 LG5 LG5 LG5 LG5 LG5

Human tooth Wood Charcoal Wood Charcoal Wood Charcoal Wood Charcoal Wood Charcoal Wood Charcoal Human tooth Human bone Fish bone

Table 2. OSL (Optically Stimulated Luminescence) Dates from La Guillerma 5 site. (n=) indicates how many individual measurements we were able to make on the material. Lab No. NLL 981801 NLL 981802 NLL 981803

OSL Age AD 1540± 80 AD 650±190 AD 830±60

Depth cm b.s. 23 28 28

Radiocarbon dates place these sites in the Late Holocene, in the last two millennia. These settlements were used repeatedly during a period of over 1400 years (Tables 1 and 2).

n= 12, wc 7% 13, wc 9% 18, wc 8%

Site LG5 LG5 LG5

Material Pottery Pottery Pottery

Several species were exploited: some birds and the “coipo” (Myocastor coypus) are available all year round, as well as fishes living in the smooth and muddy bottom of water 28

M.I. González & M.M. Frère: Analyses of Potsherds Residues and Vessel Use in Hunter-Gatherer-Fishers Groups...

courses with a very calm flow, surrounded by plants. The hunters could also obtain large mammals such as the Pampean deer -“venado de las pampas”- (Ozotoceros bezoarticus), and the deer of the marshes -“ciervo de los pantanos”(Blastoceros dichotomus). Extensive portions of the landscape provided plant resources available all year round, such as the “tala” (Celtis tala), the “coronillo” (Scutia buxifolia) and the “sombra de toro” (Jodina rhombifolia). These are the very few species of trees we can find on a narrow strip of land north and east of the province of Buenos Aires. They belong to the so-called “bosque xerófilo” of the Tala District.

most of the processing, consumption, and tool manufacture and maintenance activities take place, and from which procurement parties depart. This entails a structure of the archaeological record in which the quantity, density and variety of remains increase due to one or several occupations in which different activities were carried out (González de Bonaveri 1997). STUDIES CARRIED OUT ON THE ARCHAEOLOGICAL POTTERY The pre-Hispanic inhabitants of the Salado River Depression in the Pampean region made resistant, durable, and goodquality vessels (González de Bonaveri 1991, 1997; González de Bonaveri & Frère 1995). The archaeological studies conducted so far indicate that the different stages of manufacture of ceramic artifacts were carried out in these settlements. Remains of clay lumps and coils, as well as pottery fragments denoting a wide variety of shapes, sizes and surface finishes were recovered.

The archaeological sites are found on very stable landscapes (González de Bonaveri & Zárate 1993/94). We believe that these hunter-gatherer-fisher groups did not face situations of environmental uncertainty, but they did have to resolve special conditions of resource distribution. A logistic strategy was used to solve the problem of lithic raw material procurement from a localized source (Sierras de Tandilia, more than 150 km away) distributed along the plains they traveled.

The shapes recovered correspond to two general groups: a) open vessels; b) closed or constricted vessels. No whole pots have been recovered in the excavations, but the refittings allowed the reconstruction of some shapes and sizes. Most of the sherds are small, sizes ranging between 2 and 5 cm2. Knowledge of the sizes of the vessels can be approached through mouth diameters, which range from 60 mm to 340 mm, with the majority between 100 mm and 200 mm. Only two large pots were refitted.

Subsistence based on a combination of hunting and fishing could have induced a reduction of mobility. This allows us to believe that these settlements along the Salado River worked as home base camps. They stand in an area where a large number of resources are found, not only for consumption but also for producing technologies such as pottery, lithic and bone artifacts (González de Bonaveri 1991). Animal remains and the high density of lithic and ceramic remains suggest that these sites represent hunter-gathererfisher settlements, occupied for a long time or even reoccupied several times by their dwellers. They correspond to centers for subsistence activities or residential bases where

A sample representing 42 % of the total of decorated rim fragments present at the sites of the archeological locality of La Guillerma shows that: a) The archaeological pottery

Figure 2. Samples of incised design in fragments from the sites of La Guillerma locality. 29

Archéométrie / Archaeometry

fragments of the La Guillerma sites have been decorated with geometric designs; in all of the cases the technique selected for the designs was incision (straight and wavy lines, continuous straight lines and zig-zag lines, dots, and a combination of all of these). b) The lines have been traced mostly using the drag and jab technique (73 %) and, to a lesser extent, the continuous tracing technique (27 %). c) The vessels were decorated only around the upper portion of the vessel body, forming a band near the rim. d) The use of external and internal paint on the vessels is present in 13.11 % of the total sample.

classes of plants or animals that the vessel contained (Rottländer 1990: 38-39). In the analysis, all of these components are identified by comparing them with reference standards. Both the surface residues and those absorbed in the pores are usually analyzed by chromatographic methods, of which there are many variants such as thin layer and high performance chromatography, gas chromatography, and gas chromatography and mass spectrometry (Rice 1996). Studies of fatty acid residues in pottery have been developing since the 1960s, although they have lately acquired greater importance (Clancy 1961; Rottländer & Hartke 1982; Rottländer 1990; Evershed et al. 1992a and 1992b; Skibo 1992; Charters et al. 1993; Rice 1996; Malainey et al. 1999, 2001, among others). In Argentina the gas chromatography and mass spectrometry technique has been applied in the study of the residues of archeological hearths (March et al. 1989) and in archaeological pottery (González de Bonaveri & Frère in press).

Although the analysis of ceramic remains shows a variety of shapes, sizes, and surface finishes, petrographic studies indicate that the contents of the paste and the composition of the inclusions are homogeneous, suggesting a common origin for the raw material of this pottery. Though some differences between samples have been observed (color and cavities), it was not possible to define groups or subsets. A great textural and compositional homogeneity is maintained among the potsherds of the sites studied in the Salado River Depression. It has not been possible to find a correlation between surface finish (incised, painted, corrugated, or smoothed) and type of paste, which supports the idea that these groups employed the same raw materials to perform different surface treatments of the vessels (González de Bonaveri et al. 2000).

The analyses presented in this paper were carried out at the Laboratory of High Resolution Mass Spectrometry of the Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, of the University of Buenos Aires. The laboratory uses a Hewlett Packard 5830 gas chromatograph equipped with a hydrogen flame detector. The fat extraction method of absorbed residues was carried out after the fragments of potsherds were surface-cleaned by scraping or grinding to remove residual soil and contaminants resulting from handling. The samples (100-500 mg) were transesterified by treating them with methanol-boron trifluoride. The extracts containing methyl esters of the probable fatty acids present in the samples were analyzed in a GC/MS system (TRIO-2 Micromass) equipped in this case with an Ultra-2 (25 m x 0.2 mm i.d.) capillary column and a cuadrupolar mass filter at a temperature of 175°C. The analyses were carried out in SCAN mode with electron ionization at 70 eV. Mass spectra of the compounds which eluted from the column were studied on the ion current chromatograms. The results were interpreted by comparing them to reference chromatograms at the Department of Organic Chemistry of the Facultad de Ciencias Exactas y Naturales, which has an ample database.

In the microscopic analyses carried out on thin sections, no mineral alterations resulting from burial, or salt deposits in paste cracks have been observed. In some samples, macroscopic observation reveals saline efflorescence (sodium chloride: halite) produced by the precipitation of salts through interstitial loss of water during firing. This has not been observed microscopically in any sample. These data, together with others originating from the analyses of fatty acids mentioned later on in this paper, indicate that the preservation of the potsherds has been good. MATERIALS AND METHODS As Evershed et al. (1992a) note, two classes of organic residue can be found in potsherds or pottery vessels. “First are the visible surface deposits, such as the blackened chars that can result from the carbonisation (“burning”) of foodstuffs. Carbonaceous deposits are also observed with reasonable frequency on the outside of vessels, where they can be presumed to correspond to sooting from heating over an open fire. Second, and most common, are the residues that result from absorption of liquids into the porous ceramic fabric during vessel use; such residues can only be detected by chemical analysis” (Evershed et al. 1992a: 11). When vegetables and meats are boiled, a proportion of their fatty, oily, and waxy components penetrate the pottery pores. The exact mechanism of the incorporation of lipids in the walls of the vessels or that of their preservation is not yet well known (Charters et al. 1993: 218). The presence of fats in archaeological pottery is therefore due to the fact that they once were a part of the contents of the vessel. The identification of different classes and percentages of fatty acids present in a pottery fragment can indicate the different

RESULTS The sets of sherds with different surface finishes and sizes, and their corresponding samples are presented in Tables 3 and 4. We would like to point out that the fatty acids detected are not traces because the total of the relative contributions of the different substances found in the samples ranged between 96% and 99%, and within these, the individual significant values range between 2% and 70% of the total mixture. Set I is composed of smoothed, unpainted potsherds. Results indicate the presence of the most usual saturated fatty acids with 16 carbon atoms (palmitic acid) and 18 carbon atoms (stearic acid). Palmitic acid predominates over stearic acid, doubling it. 30

M.I. González & M.M. Frère: Analyses of Potsherds Residues and Vessel Use in Hunter-Gatherer-Fishers Groups...

thin walls, and well kneaded paste. The results indicate a low presence of the more usual fatty acids (lower than 10% in most cases). Within this set, two of the samples were taken from the same pot (LG5 691 and 1762). One of these samples was obtained from a portion of the vessel in which a very black stain could be observed; here no traces of fatty residues remain, the scant organic material being very burnt and destroyed. The other sample, taken from a sector of the vessel lacking black stains, shows the presence of palmitic acid and another, unidentified, saturated fatty acid, but both in a low percentage.

Table 3. Sets of sherds with different surface finishes. Set I II III

IV

Type of surface finish smoothed, unpainted (3 samples) with internal and external paint; smoothed or with very simple incised decoration (5 samples) very decorated, with different combined motifs, with external and internal paint, and internal polishing (5 samples) corrugated (4 samples)

Table 4. Sets of sherds belonging to vessels of different shapes and sizes. Set V VI VII

Corrugated sherds correspond to set IV. Two tendencies can be observed: a) Some of the sherds (LG1 YXc and LG1 11026) maintain proportions of fatty acids similar to the noncorrugated samples, that is a greater percentage of palmitic acid (C16:0) and a lower proportion of stearic acid (C18:0). b) In other fragments of the same set (LG1 YXIa and LG1 11225), the tentative characterization is different because the presence of fatty acids is scarce and the absence of the usual fatty acids like palmitic and stearic is notorious. The two samples belonging to the same vessel (LG1 11026 and LG1 11225) present unsaturated fatty acids (oleic acid and unidentified). In one of the sherds with scarce lipids (LG1 YXIa) the presence of citric acid was recorded in a high proportion (11.3 %), as well as the absence of by-products of the decomposition of this acid. This allows us to affirm that: 1) The sample was well preserved and did not undergo an important oxidation process. 2) This vessel was not used for cooking over fire since citric acid disappears with cooking.

Shape and Size bottleneck (2 samples) small vessels (3 samples) large vessels (6 samples)

Set II corresponds to fragments with internal and external paint or isolated incised decoration. In this group there is likewise a predominance of palmitic and stearic acids in the same proportion. However, two of the samples (LG1 10928 and 11817) show differences. These two samples present a very low percentage of saturated fatty acids, and an unidentified unsaturated fatty acid. They correspond to the same vessel, of a large size, with a mouth of 320 mm. One of the samples was obtained from the internal rim of the pot, presenting red paint (11817), and the other one was taken from the internal face in an unpainted sector (10928); the results indicate a greater presence of fatty acids in the first sample with respect to the second sample.

In the next paragraphs we present sets V, VI, and VII. The samples of set V correspond to a vessel shape known as bottle (a shape little represented in the sites of the La Guillerma locality) of which the bottleneck was recovered. Sets VI and

Set III corresponds to very decorated sherds, with a combination of incised motifs, painted and polished, with

60 LG5 - a LG5 c LG1 a

50

Percentage

40

30

20

10

0 C 7:0

C8:0

C 10:0

C11:0

C12:0

Figure 3. 31

C14:0

C16:0

C17:0

C18:0

Archéométrie / Archaeometry 70 LG1 b

60

LG4 a LG1 10928 LG1 11817

Percentage

50

LG5 -b

40

30

20

10

0 C 10:0

C11:0

C12:0

C14:0

C16:0

C17:0

C18:0

C19:0

Ac. Sat NI

Ac.insat NI

Figure 4.

40 LG5 691 LG5 1762 LG5 53 LG5 1980

Percentage

30

LG5 d

20

10

0 C 10:0

C11:0

C12:0

C14:0

C16:0

C17:0

C18:0

C19:0

Ac. Sat. NI

Figure 5.

VII arise from the regrouping of samples analyzed previously, but taking into account the size of the vessels.

Set VI groups fragments which belonged to small-sized vessels with mouth diameters below 150 mm. They are all very decorated sherds, polished internally, manufactured with the modeling technique. All of these samples have a low presence of fatty acids.

Set V corresponds to two sherds with a bottleneck shape. Both of the examples analyzed here have a similar finish: a smoothed external surface, unpainted and undecorated; they have a coarse appearance. Results indicate that in one of the samples (LG1 FXb), saturated fatty acid C14:0 (myristic) is present in 20 %, that C16:0 and C18:0 are absent, and that a monounsaturated fatty acid C18:1 is present in 10.2 %. The other neck fragment (LG1 4673) shows an abundant presence of palmitic and stearic fatty acids.

Set VII groups fragments which belonged to large-sized vessels with mouth diameters above 150 mm. They belonged to corrugated vessels and others with a smoothed and painted surface finish. Two tendencies can be differentiated in this group. One tendency indicates a scant proportion of saturated fatty acids and the presence of unsaturated fatty acids such 32

M.I. González & M.M. Frère: Analyses of Potsherds Residues and Vessel Use in Hunter-Gatherer-Fishers Groups...

60 LG1 YXIa LG1 YXc

50

LG1 11225 LG1 11026

30

20

10

C

Id

In sa st .N o

18 :1

:0 C

19

:0 C

18

:0 C

17

:0 C

16

:0 C

15

:0 C

14

:0 12 C

C

11

:0

10 :0 C

C

9: 0

0

Figure 6.

60 LG1 FXb

Percentage

50 LG1 4673

40 30 20 10 0 C12:0

C14:0

C15:0

C16:0

C17:0

C18:0

C19:0

C 18:1

Figure 7.

40

LG5 691 LG5 1762

30

LG5 53

Percentage

Percentage

40

20

10

0 C 7:0

C8:0

C 10:0

C11:0

C12:0

C14:0

Figure 8. 33

C16:0

C17:0

C18:0

C19:0

No identif

Archéométrie / Archaeometry

LG1 YXIa

60

LG1 YXc

50

LG1 11225

LG1 11026

Percentage Percentage

40 LG1 10928

LG1 11817

30

20

10

0 C 9:0

C 10:0

C12:0

C14:0

C15:0

C16:0

C18:0

Sat.no Id

C 18:1

Insast.No Id

Figure 9.

as oleic acid, among others. The other tendency reveals the presence of fatty acids with 16 and 18 carbon atoms in high percentages.

experimental analyses, leaves of Celtis tala were boiled in small and medium-sized vessels on different occasions. A sample for GC/MS analysis was extracted from these vessels, and substances which are similar to those found in the samples from the archaeological potsherds were found (see below). Also, the presence of citric acid in an archaeological potsherd suggests an anaerobic environment, and that fungic activity was not significant.

DISCUSSION The majority of the analyses indicate the presence of fatty acids with 16 and 18 carbon atoms, palmitic and stearic acids respectively, and in a smaller proportion, myristic acid with 14 carbon atoms. This combination is expectable since these acids are the most frequent in animal and plant fats, although in the latter there is a higher proportion of unsaturated fatty acids. The majority of the samples analyzed possess fatty acids which correspond to the fats most common in terrestrial herbivores. The high percentages of 16-carbon fatty acids could indicate that the vessels were used for cooking mediumsized terrestrial herbivores (i.e. “coipo”), since large terrestrial herbivores have the inverse relation of stearic (C18:0) and palmitic (C16:0) acids (Malainey et al. 1999b: 99). The analyses presented here do not confirm the use of fish, but other studies that have been carried out indicate that this possibility should not be dismissed (González de Bonaveri & Frère 2000).

The results obtained in the analyses presented here with respect to surface finish and shape allow us to reach the following conclusions: 1- The first two sets, smoothed with and without paint, present similarities in the combination of saturated fatty acids with 16 and 18 carbon atoms. 2- For the vessels with greater time investment in manufacture, being well kneaded, made with thin walls and with a very decorated surface finish, the results are notably different from those of the previous sets (I and II). It is difficult to determine what type of products were utilized, but we can affirm that their use was not culinary and that they contained substances which left few fatty residues. In some examples the scant presence of fatty residues may be due to technological matters (manufacturing stage) such as the interior finish of the vessels with polishing, which may have been a surface treatment to increase impermeability (Schiffer et al. 1994) and could have prevented the absorption of fatty acids.

Evershed et al. (1992a, b) and Frankhauser (1994) warn about the possible degradation and contamination which the organic material present in the samples may suffer. In order to control some of these possibilities, analyses were carried out on bone of Myocastor coypus found in one of the archaeological sites of the locality under study, as well as experimental analyses with leaves of Celtis tala. The results of the “coipo” bone analyses confirm Malainey’s assertion that in the fats of medium-sized terrestrial herbivores the presence of C16 fatty acids is significantly higher than that of C18 fatty acids (Malainey et al. 1999b). In the

3- The pastes used for the manufacture of the corrugated vessels do not have compositional or textural differences with respect to the sherds which present other surface finishes, but larger vessels were manufactured with this technique (González de Bonaveri & Frère 1995). We 34

M.I. González & M.M. Frère: Analyses of Potsherds Residues and Vessel Use in Hunter-Gatherer-Fishers Groups...

Authors’ addresses

propose that some of them had a culinary use, possibly for cooking the meat of a medium-sized herbivore and perhaps fish or birds. Others may have been associated to plant products, not only due to the presence of unsaturated fatty acids, which is usually high in plants, but also due to the presence of chemical components such as citric acid, a medium chain alcohol (1-decanol) which may come from a plant essential oil, or long chain alcohols (approximately 2.5 %) which may come from plant waxes. Interestingly, these compounds also appear in an experimental sample where leaves of the “tala” were boiled (Frère & González de Bonaveri 2001).

M.Isabel GONZÁLEZ DE BONAVERI Instituto de Ciencias Antropológicas, Sección Arqueología, Facultad de Filosofía y Letras, UBA. 25 de Mayo 217 3º Piso (1002) Buenos Aires. ARGENTINA [email protected] M. Magdalena FRÈRE Instituto de Ciencias Antropológicas, Sección Arqueología, Facultad de Filosofía y Letras, UBA. 25 de Mayo 217 3º Piso (1002) Buenos Aires. ARGENTINA [email protected]

4- Different shapes and sizes of vessels were selected to process and/or contain different products. Differences can be observed between large and small pots in the types of residues found. We propose the hypothesis that the small vessels had a more restricted, non-culinary use. On the other hand, large vessels could have had diverse uses. As in the case of the corrugated vessels, they could have had a culinary use or have been used to store different products, possibly in relation to plant use. In another of the large vessels, the presence of fatty residues might be associated with paint (it should be noted that it is in the painted sector that the higher percentage of residues was found, and only a low percentage was found in the unpainted sector). We have carried out gas chromatography analyses on mineral pigments and a very low proportion of fatty acids was detected. Lastly, we would like to point out that in the three cases in which samples obtained from different parts of the same vessel were analyzed, variations were observed which would indicate different distributions of the contents of the vessel. This variation in the distribution of lipids in the same vessel was studied by Charters et al. (1993).

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CONCLUSION

FRANKHAUSER, B., 1994, Protein and lipid analysis of food residues. In Tropical Archaeobotany. Applications and new developments, edited by Hather, J.G. London: Routledge, p. 227250.

These chemical analyses have enabled us to discuss possible uses of Pampean pottery. We propose that some of the vessels had a general or diversified use, that is, they were containers in which different types of foods or other products were processed. On the other hand, other pots possibly had a nonculinary use, containing particular products which left very few traces of fatty residues, many of which we cannot yet identify with certainty. It can also be observed that the different shapes and surface finish may be related to these diverse uses of the Salado River pottery. We must certainly enlarge our sample and continue to work in this line of research.

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We thank Dr. E. Gros and Dr. A. Frère for their numerous contributions to this paper, the Museo Pampeano of Chascomús, the municipal government of Chascomús, and the Murias family. This research was supported by the grant UBACYT F-087. Lina Horovitz translated the Spanish version into English.

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J.L. Voisin: L’épaule néandertalienne : identique ou différente de celle de l’homme moderne ?

L’ÉPAULE NÉANDERTALIENNE : IDENTIQUE OU DIFFÉRENTE DE CELLE DE L’HOMME MODERNE ? Jean-Luc VOISIN

Résumé : Le but de ce travail est de comparer l’épaule néandertalienne avec celle de l’homme moderne. La morphologie claviculaire des néandertaliens montre que leur scapula était plus haute par rapport au thorax que chez l’homme moderne. Il apparaît aussi que la scapula néandertalienne n’est pas identique à celle de l’homme moderne mais les différences, connues depuis longtemps, ne sont pas aussi discriminantes que ce qui est classiquement admis. En revanche, la morphologie de l’extrémité proximale de l’humérus permet de distinguer les deux groupes humains. Ainsi, chaque os de l’épaule montre des différences qui traduisent une architecture générale du complexe de l’épaule ainsi que des capacités fonctionnelles distinctes entre ces deux groupes humains. Abstract : The aim of this work is to compare the Neandertal and modern human shoulder. Clavicle morphology shows that the Neandertal scapula, was in a higher position in regard to the thorax than in modern man. The Neandertal scapula is unlike that of modern man, but differences are not as significant as usually described. On the contrary, morphology of the proximal extremity of the humerus allows us to discriminate between the two human groups. Each shoulder bone shows peculiar characteristics between modern man and Neandertal and reflects a different global architecture and functional capacities between these two human groups.

INTRODUCTION

MATÉRIEL ET MÉTHODE

L’épaule est un complexe anatomique particulier car elle est constituée de cinq articulations (Kapandji, 1994) qui agissent en synergie lors des mouvements du bras. En outre l’épaule est plus une structure musculaire qu’osseuse car elle est composée, chez les primates, d’une vingtaine de muscles (le nombre exact variant selon les espèces) et de trois os qui se dissocient en deux ensembles : la ceinture scapulaire (clavicule et scapula) d’une part et la partie proximale de l’humérus d’autre part. L’épaule est donc un complexe important car il réalise la liaison entre le membre supérieur et le squelette axial et de sa constitution dépendent les capacités du membre supérieur à la manipulation, au transport d’objets et au jet.

Matériel Le matériel étudié est composé de clavicules d’hommes modernes, provenant de différentes régions du monde, de gorilles, de chimpanzés communs, de bonobos, d’orangsoutans, de gibbons, d’atèles (Tableau I) et de néandertaliens (Tableau II). Ce matériel provient des collections du Laboratoire d’Anthropologie Biologique du Musée de l’Homme, des Laboratoires d’Anatomie Comparée et des Mammifères et Oiseaux du Muséum National d’Histoire Naturelle, du Musée Royal d’Afrique Centrale de Tervuren (Belgique) et du Mammals Group du Natural History Museum de Londres (Royaume-Uni). De par leur mode locomoteur dominant, la présence de gibbons et d’atèles pour l’étude de l’humérus aide à l’interprétation des résultats obtenus.

Bien que l’épaule ne soit constituée que de trois os on constate une disparité importante quant au nombre d’études ayant porté sur chacun d’eux. La grande majorité des travaux concerne la scapula et dans une moindre mesure l’humérus. La clavicule est le parent pauvre de la paléoanthropologie malgré son importance pour les mouvements du bras. Par ailleurs, peu d’études ont porté sur l’épaule osseuse dans son ensemble (Corruccini et Ciochon, 1976) où à la relation entre deux de ses composantes (Corruccini et Ciochon, 1976 ; Rose, 1989 ; Senut, 1981). En dehors de quelques espèces comme Homo sapiens sapiens, l’épaule est très mal connue chez les primates, aussi bien du point de vue de l’anatomie comparée que de la biomécanique (Voisin, 2000b).

Sous l’appellation Hylobates sp., nous regroupons des clavicules appartenant aux sous-genres Nomascus et Hylobates s. str. En effet, ces deux sous-genres sont suffisamment proches pour que l’hybridation soit possible entre eux (Groves, 1993b). Méthode L’épaule étant constituée de trois os présentant une grande laxité entre eux, l’étude portera sur chacun d’eux séparément puis une conclusion générale sera proposée. La description et la répartition des données ont été réalisées avec le logiciel SAS 8.02® pour WINDOWS®. L’amplitude de variation de chaque variable est donnée par un diagramme représentant la moyenne plus ou moins deux fois l’écart-type (+/- 2d), et les test-t sont effectués avec un risque de 1%.

Le but de ce travail est de comparer l’épaule néandertalienne avec celle de l’homme moderne et d’essayer d’en dégager les différences architecturales et / ou fonctionnelles. 37

Archéométrie / Archaeometry Tableau I : Effectifs des pièces actuelles étudiées. Les pièces proviennent dans la mesure du possible d’individus sauvages.

Grands singes (Groves, 1993a)

Hominoïde (Groves, 1993a)

Espèces (abréviations)

Clavicules

Scapulas

Humérus

Homo sapiens sapiens (Hm)

33

29

25

Pan troglodytes (Pt)

26

26

33

Pan paniscus (Pp)

19

19

18

Gorilla gorilla (Gor)

33

38

37

Pongo pygmaeus (Oo)

24

23

20

Hylobates sp. (Gb)

17

Ateles sp. (At)

12

Tableau II : Pièces fossiles étudiées Individu La Ferrassie I* Kebara Krapina 4 Krapina 127 Lezetxiki Neanderthal Régourdou Vindija Spy* Shanidar 4 Tabun I*

Clavicule droite et gauche droite et gauche gauche

Scapula droite et gauche droite et gauche

Humérus droit

droite droite droite et gauche

droite gauche droite et gauche droite gauche

droit droit droit

droit et gauche

*pièces originales

La clavicule

• Angle axillo-glénoïdien : angle entre [EF] et le grand axe du pilier de la scapula (Stern and Susman, 1983). Nous n’avons pas utilisé la mesure classique de cet angle qui nécessite une scapula présentant à la fois la cavité glénoïdale et le bord latéral jusqu’à l’angle inférieur.

Seules les courbures claviculaires seront étudiées ici. Ces dernières se décomposent en courbures élémentaires lorsqu’elles sont projetées, à l’aide d’un pantographe, sur deux plans perpendiculaires correspondant l’un à la vue supérieure et l’autre à la vue postérieure (Figure 1). L’arc de courbure moyen est estimé par le rapport entre la longueur de la corde et sa hauteur maximale (Olivier, 1951c) :

• Présence ou absence d’une gouttière dorsale sur le bord latéral. L’humérus

Vue supérieure • Courbure externe : e / h × 100 • Courbure interne : f / g × 100

Les caractères mesurés sur l’humérus (Figure 3), donnés dans le tableau III, définissent les variables suivantes :

Vue postérieure • Courbure inférieure : e’ / h’ × 100 • Courbure supérieure : f’ / g’ × 100

La tête humérale INDTET1 = a / b × 100 (Rose, 1989) INDTET2 = a / c × 100 (Rose, 1989) INDTET3 = c / b × 100 (Rose, 1989) INDO = o / a × 100

La scapula L’état très fragmentaire des scapulas néandertaliennes limite les mesures possibles. Ainsi les variables utilisées seront les suivantes (Figure 2) :

Les tubercules INDGRTB = (e + f + g) / (a + b + c) × 100 (Rose, 1989) INDPTTB = (h + i + j) / (a + b + c) × 100 (Rose, 1989) INDHGRTB = d’ / c × 100 (Rose, 1989) INDHPTTB = d / c × 100 (Rose, 1989) INDLRGTB = k / b × 100 INDGOUTM = m / k × 100 ANGLE = ArcCos (j / h)

• Indice glénoïdien : [Lg max] / [EF] × 100 avec [EF] longueur maximum de la cavité glénoïdale et [Lg max] largeur maximale de la cavité glénoïdale prise perpendiculairement à [EF] (Vallois, 1932). 38

J.L. Voisin: L’épaule néandertalienne : identique ou différente de celle de l’homme moderne ?

Figure 1 : Détermination des arcs de courbures (Olivier 1951c). Clavicule droite de Pan troglodytes

Figure 2 : Points, longueurs et angles mesurés sur la scapula

Figure 3 : Caracteres mesures sur I ‘humerus

Tableau III : Caractères mesurés sur l’humérus Caractères Tête humérale Longueur a Longueur b Longueur c Longueur o Tubercule majeur Longueur e Longueur f Longueur g Longueur d’ Tubercule mineur Longueur h Longueur i Longueur j Longueur d Inter-tubercule Longueur k Longueur m

Définitions axe d’allongement maximum passant par le sillon intertuberculaire (diamètre antéro-postérieur) axe d’allongement maximum perpendiculaire à l’axe précédent (diamètre médio-latéral) diamètre proximo-distal maximum du sillon intertuberculaire à une ligne imaginaire joignant les extensions maximales des tubercules et perpendiculaire à cette ligne imaginaire (Corruccini and Ciochon, 1976) longueur maximale du tubercule largeur maximale, perpendiculaire à e hauteur maximale du tubercule hauteur entre le point le plus élevé du tubercule et la tête humérale. Cette mesure est négative si le tubercule est en-dessous de la tête humérale et positive dans le cas contraire (Rose, 1989) longueur maximale du tubercule largeur maximale, perpendiculaire à h hauteur maximale du tubercule hauteur entre le point le plus élevé du tubercule et la tête humérale. Cette mesure est négative si le tubercule est en-dessous de la tête humérale et positive dans le cas contraire (Rose, 1989) distance maximale entre les tubercules majeur et mineur largeur minimale du sillon intertuberculaire

Les variables déterminées sur l’humérus ne seront pas étudiées une à une comme c’est le cas pour la clavicule, mais analysées ensemble sous forme d’Analyse en Composantes Principales (ACP) afin de dégager des similitudes entre individus. Les humérus néandertaliens sont connus depuis

longtemps pour présenter des différences avec ceux des hommes modernes (Hambücken, 1993 ; Vandermeersch, 1981), mais l’importance diagnostique et fonctionnelle de ces dernières sont toujours discutées. L’analyse multivariée enrichira la discussion. 39

Archéométrie / Archaeometry Tableau IV : Test-t comparant les courbures externe et interne entre les néandertaliennes et les hommes modernes Courbure externe Groupe N Mean Std Dev Std Err Homme moderne 33 16,1 2,6 0,5 Neandertal 8 14,2 2,8 1,0 Variance Equal ; DF = 39 ; t = 1,85 ; Prob = 0,07 Variance Unequal ; DF = 10,2 ; t = 1,77 ; Prob = 0,11

Courbure interne Groupe N Mean Std Dev Std Err Homme moderne 33 12,6 2,5 0,4 Neandertal 8 11,4 1,6 0,6 Variance Equal ; DF = 39 t = 1,28 Prob = 0,2 Variance Unequal ; DF =15,9 ; t = 1,65 ; Prob = 0,1

Graphique 1) contrairement à ce qui est fréquemment avancé (Boule, 1911-13 ; Heim, 1982b). L’impression de forte sinuosité claviculaire chez les premiers est due à l’extrême longueur des clavicules néandertaliennes ainsi qu’à leur gracilité. Ce résultat est important car la morphologie claviculaire en vue supérieure traduit essentiellement les capacités d’élévation du bras (Voisin, 2000a ; Voisin, 2001 ; Voisin, in prep.). En d’autres termes, néandertaliens et hommes modernes présentent des capacités identiques d’élévations du bras.

RÉSULTATS ET DISCUSSION La clavicule La clavicule est un os qui a été très peu étudié bien qu’il soit indispensable pour réaliser les mouvements du bras en dehors du plan parasagittal. Autrement dit, la présence de cet os chez différentes espèces de mammifères a permis de développer de nombreuses adaptations, et plus particulièrement chez les primates l’arboricolisme et la manipulation. Les quelques études réalisées sur cet os ont tout d’abord été d’ordre anthropologique et permettent d’appréhender, pour un certains nombre de caractères, la variabilité humaine (Olivier, 1951a ; Olivier, 1951b ; Olivier, 1954 ; Olivier, 1955 ; Parson, 1917 ; Terry, 1932). Au contraire il existe très peu d’études en ce qui concerne aussi bien l’anatomie comparée que les fonctions précises de cet os au sein des primates (Harrington et al., 1993 ; Jenkins, 1974 ; Schultz, 1930 ; Voisin, 2000a ; Voisin, 2001 ; Voisin, in prep.). Dans le travail présenté ici, les particularités claviculaires qui caractérisent chaque espèces (Schultz, 1930 ; Voisin, 2001 ; Voisin, in prep.) ne seront pas abordées. Seules celles permettant d’interpréter les différences constatées entre les deux groupes humains seront citées.

Les courbures en vue postérieure En vue postérieure, les clavicules peuvent se diviser en types I et II1 (Matiegka, 1938 ; Olivier, 1951c). Le type I est majoritaire chez l’homme moderne et correspond à des clavicules présentant uniquement la courbure inférieure (Graphique 2a & b, Figure 4). Le type II est présent chez tous les grands singes et quelques clavicules humaines modernes (Graphique 2b). Lorsque cette dernière morphologie existe chez l’homme moderne, les courbures sont toujours faiblement marquées (Graphique 2a).

Les courbures en vue supérieure Les courbures des clavicules néandertaliennes ne sont pas plus marquées que celles de l’homme moderne (Tableau IV ;

Graphique 2a : Moyennes et amplitudes de variations des courbures supérieure et inférieure. La variation de la courbure supérieure, chez I ‘homme, ne tient compte que des clavicules présentant cette courbure 1

Graphique 1 : Moyennes et amplitudes de variations des courbures interne et externe 40

Matiegka a aussi défini un type III, mais il n’existe que chez l’homme moderne et caractérise qu’un faible pourcentage de clavicule.

J.L. Voisin: L’épaule néandertalienne : identique ou différente de celle de l’homme moderne ?

Figure 4 : morphologie claviculaire de type I et II chez Homo sapiens sapiens

conservant une extrémité sternale parallèle au sternum. Cette disposition évite ainsi un allongement du ligament costoclaviculaire (Figure 5) qui contrôle les mouvements horizontaux et verticaux de l’extrémité sternale de la clavicule. Son élongation entraînerait une plus grande laxité de cette extrémité et augmenterait ainsi le risque de luxation de l’articulation sterno-claviculaire qui devrait alors être compensée par un contrôle musculaire plus important.

Graphique 2b : Proportion de clavicule de type I et II chez I ‘homme, les grands singes et les néandertaliens

Toutes les clavicules néandertaliennes étudiées ici, sauf Kebara, sont de type II et présentent, en vue supérieure, une double courbure (Graphique 2a & 2b) plus prononcée que celle de l’homme moderne. Cependant ces courbures ne sont pas pour autant identiques à celles des grands singes. En effet, la courbure inférieure est identique à celle de l’homme moderne alors que la supérieure se rapproche de celle de l’orang-outan (Graphique 2a, Tableau V & VI).

Figure 5 : Clavicules associées à une scapula haute par rapport au thorax. En pointillés clavicule humaine (courbure inférieure unique). En traits pleins clavicule de grand singe (deux courbures). Noter la différence de hauteur par rapport au manubrium entre ces deux morphologies claviculaires (d’après Voisin, 2000c).

Les grands singes sont caractérisés par une scapula située en position plus haute par rapport au thorax que celle de l’homme moderne (Martin and O’Brien, 1939 ; Sakka, 1985 ; Schultz, 1950). La présence d’une courbure supérieure permet d’associer une scapula haute par rapport au thorax tout en

La morphologie des clavicules néandertaliennes en vue postérieure traduit donc une scapula en position plus haute par rapport au thorax que chez l’homme moderne. Cette hypothèse permet aussi de fournir une explication plus élégante à l’extrême longueur des clavicules néandertaliennes. En effet, à diamètre thoracique identique, plus la scapula est haute plus la clavicule s’allonge. Ainsi l’extrême longueur des clavicules néandertaliennes est plus liée à une scapula située haute par rapport au thorax qu’à un diamètre thoracique important comme le considère de nombreux auteurs (Heim, 1982b ; Patte, 1955 ; Vandermeersch and Trinkaus, 1995), ou à des insertions musculaires très étendues (Nara, 1994).

Tableau V : test-t entre les courbures inférieures chez l’homme moderne et les néandertaliens Groupe Homme Neandertal

N 33 8

Mean 5,0 5,4

Std Dev 2,4 2,1

Std Err 0,4 0,7

Variances Equal ; DF = 39 ; t = -0,43 ; Prob = 0,7 Variances Unequal ; DF = 11,8 ; t = -0,46 ; Prob = 0,7

Tableau VI : test-t entre les courbures supérieures chez les orangs-outans et les néandertaliens

La scapula

Groupe N Mean Std Dev Std Err Orang-outan 24 5,6 2,5 0,5 Neandertal 8 3,6 2,9 1,0 Variances Equal ; DF = 30 ; t = 1,9 ; Prob = 0,07 Variances Unequal ; DF = 10,7 ; t = 1,7 ; Prob = 0,11

L’indice glénoïdien, qui traduit la morphologie de la cavité glénoïdale, présente des valeurs plus faibles chez les néandertaliens que chez l’homme moderne (Graphique 3 ; Tableau VII). En d’autres termes, cette surface articulaire 41

Archéométrie / Archaeometry

Graphique 3 : Valeurs moyennes et amplitudes de variations de l’indice glénoïdien Graphique 4 : Proportion de scapulas présentant une gouttière latérale dorsale chez les hommes modernes et les néandertaliens

Tableau VII : Test-t entre néandertaliens et hommes modernes pour l’indice glénoïdien Groupe N Mean Std Dev Std Err Homme moderne 22 80,5 3,8 0,8 Neandertal 10 76,9 5,2 1,6 Variances Equal ; DF = 30 ; t = 2,2 ; Prob = 0,04 Variances Unequal ; DF = 13,7 ; t = 1,9 ; Prob = 0,07

l’infra épineux sont les seuls muscles à réaliser la rotation latérale et ainsi sont les seuls à résister à l’action des rotateurs médiaux de l’humérus qui sont très puissants. Il faut cependant noter que rien de tel n’a été avancé pour expliquer l’existence de ce caractère chez certains hommes modernes.

est plus étroite chez les premiers que chez les seconds. La forte amplitude de variation observée chez les néandertaliens est due à la présence de pièces incomplètes telles que Shanidar 4 dont la partie inférieure de la cavité glénoïdale est fortement altérée. L’étroitesse de la cavité glénoïdale néandertalienne est confirmé par de nombreux travaux (Boule, 1911-13 ; Churchill and Trinkaus, 1990 ; Heim, 1974 ; 1982b ; Patte, 1955 ; Stewart, 1962 ; Vallois, 1946), mais ce caractère n’a encore trouvé aucune interprétation satisfaisante. La plus intéressante reste celle de Churchill et Trinkaus (1990) qui considèrent que l’étroitesse de la cavité glénoïdale est associée à de fortes contraintes de compression orientées dorso-ventralement. Cette morphologie particulière de la cavité glénoïdale néandertalienne sera à mettre en relation avec la tête humérale comme nous allons le voir.

L’orientation de la cavité glénoïdale des scapulas néandertaliennes est classiquement décrite comme étant moins crâniale que celle de l’homme moderne (Heim, 1982b ; Patte, 1955 ; Stewart, 1962; Vallois, 1946). Les valeurs angulaires obtenues dans ce travail montrent qu’il n’y a pas de différence significative entre ces deux groupes humains pour ce caractère (Graphique 5, Tableau VIII). Cette divergence de vue est due à l’utilisation d’une mesure plus précise de cette orientation (voir méthode).

Toutes les scapulas néandertaliennes ayant conservé un bord latéral étudiées dans ce travail, sauf Krapina 127, présentent une gouttière dorsale, alors qu’elle est absente chez tous les hommes modernes de l’échantillon (Graphique 4). Ce résultat est confirmé par des travaux ultérieurs (Boule, 191113 ; Fraipont, 1927 ; Heim, 1982b ; Trinkaus, 1977 ; Vandermeersch, 1981) qui montrent la très grande fréquence de ce caractère au sein de la population néandertalienne. Cependant, la proportion de scapula à gouttière dorsale peut atteindre presque 20% chez certaines populations humaines actuelles (Heim, 1982b). La proposition de corréler ce caractère à une puissante musculature est ancienne (Boule, 1911-13 ; Fraipont, 1927) et semble la plus exacte car il n’apparaît chez les jeunes néandertaliens que vers l’âge de 3 à 4 ans (Heim, 1982a ; Madre-Dupouy, 1991 ; Stewart, 1962). La présence de la gouttière dorsale serait due à un développement important du muscle petit rond, qui aurait permis aux néandertaliens de réaliser des mouvements de supination plus amples que ceux de l’homme moderne (Heim, 1982b). Par ailleurs, le petit rond, en association avec

Graphique 5: Valeurs moyennes et amplitudes de variations de I’angle axillo-glénoïdien

Tableau VIII : Test-t comparant l’orientation de la cavité glénoïdale entre néandertalien et homme moderne Groupe N Mean Std Dev Std Err Homme 29 146,4 5,3 1,0 Neandertal 9 141,1 7,4 2,5 Variances Equal ; DF = 36 ; t = 2,4 ; Prob = 0,02 Variances Unequal ; DF = 10,7 ; t = 2,0 ; Prob =0,07 42

J.L. Voisin: L’épaule néandertalienne : identique ou différente de celle de l’homme moderne ?

Cette étude retrouve les différences majeures connues depuis longtemps entre les scapulas néandertaliennes et celles de l’homme moderne, mais le faible nombre de variables utilisables sur les scapulas néandertaliennes interdit toutes ACP.

classiquement admis. Cette ACP montre aussi la très grande variabilité de l’extrémité proximale de l’humérus de l’homme moderne (Graphique 6a & 6b). Par ailleurs, le nuage de point définissant les néandertaliens est indépendant des autres. En d’autres termes, l’extrémité proximale de l’humérus des néandertaliens est différente de celle de l’homme moderne.

L’humérus Les vecteurs propres (Tableau IX) montrent que les groupes se différencient essentiellement par la morphologie de la tête humérale (axe 1) et la hauteur du tubercule mineur par rapport à la tête humérale (axe 2). Ces différences sont peu prononcées puisque les trois premiers axes de l’ACP ne représentent un peu moins de 60% de la variance totale (Tableau X).

Les cinq groupes de primates (les grands singes africains, les gibbons, les atèles, les orangs-outans et l’homme moderne) ne présentent pas une distribution homogène (Graphique 6a & 6b) en ce qui concerne les variables humérales. Ainsi l’extrémité proximale de l’humérus n’est pas identique au sein des hominoïdes comme cela est

Graphique 6a : ACP, projection sur les plans formés par les axes 1 et 2 (à gauche schéma de la distributions des différents ensembles taxinomiques)

Graphique 6b : ACP, projection sur les plans formés par les axes 1 et 3 43

Archéométrie / Archaeometry

déjà été soulignée par Boule (1911-13) et confirmé par Nara (1994), sans pour autant constater que cette différence est suffisante pour distinguer les deux groupes humains. Cette particularité morphologique doit donc traduire des fonctions différentes entre l’homme moderne et les néandertaliens. Par ailleurs, la morphologie de la cavité glénoïdale néandertalienne prend alors une autre signification, car les particularités de ces deux surfaces articulaires pourraient répondre aux mêmes causes, une plus grande adaptation à de fortes contraintes dorso-ventrales et à une plus grande capacité au jet chez les néandertaliens.

Tableau IX : Les vecteurs propres des trois premiers axes de l’ACP Variable INDGRTB INDPTTB INDO INDHGRTB INDHPTTB INDLRGTB INDTET1 INDTET2 INDTET3 INDGOUTM ANGLE

PCV1 -0,2384 -0,1759 0,3574 -0,4882 -0,2128 0,0777 0,5008 0,4127 0,1142 0,2197 0,1110

PCV2 -0,3428 -0,2162 -0,0937 0,0575 0,5061 0,1946 0,0543 -0,3528 0,4950 0,3197 0,2343

PCV3 0,3816 -0,2839 -0,0805 0,1329 -0,0352 0,4695 -0,1007 0,1591 -0,3327 0,2261 0,5751

Le tubercule mineur Le tubercule mineur des néandertaliens est beaucoup plus bas par rapport à la tête humérale que chez l’homme moderne. Cela doit donc traduire des mouvements préférentiels différents de ceux de l’homme moderne, plus précisément cela doit permettre une plus grande rotation de la tête humérale lors des mouvements d’élévation du bras.

Tableau X : Valeurs propres de l’ACP Composantes PCV1 PCV2 PCV3 PCV4 PCV5 PCV6 PCV7 PCV8 PCV9 PCV10 PCV11

Valeurs propres 14,5527 10,4036 6,9252 6,4068 4,0154 3,4434 3,1745 2,5342 1,8341 1,3069 0,2472

Proportion

Cumulative

0,2653 0,1897 0,1263 0,1168 0,0732 0,0628 0,0579 0,0462 0,0334 0,0238 0,0045

0,2653 0,4550 0,5813 0,6981 0,7713 0,8341 0,8920 0,9382 0,9717 0,9955 1,0000

Il est intéressant de constater que certaines tête humérales humaines modernes présentent un amincissement médiolatéral plus important que ce qui existe chez les néandertaliens. Cependant, les humains modernes ayant cette particularité, présentent alors un tubercule mineur situé nettement plus haut par rapport à la tête humérale que chez les néandertaliens. De même, les extrémités proximales d’humérus d’homme moderne présentant un tubercule mineur bas par rapport à la tête humérale sont alors caractérisées par une tête humérale plus large médiolatéralement que chez les néandertaliens. Cette remarque est importante car elle illustre la difficulté de définir des caractères proprement néandertaliens, toute au moins sur l’épaule. Il faut donc, pour pouvoir bien différencier ces deux groupes d’hominidés, étudier les variables dans leur ensemble.

La tête humérale

La très grande inertie du nuage de point de l’homme moderne ne dépend pas de variations géographiques ou sexuelles, et cette distribution pourrait alors traduire des différences liées à des mouvements préférentiels entre les individus.

L’axe 1 est décrit essentiellement par l’indice représentant le rapport entre les diamètres médio-latéral et antéro-postérieur (a/b) qui est le plus variable des trois indices décrivant la tête humérale (Tableau IX). Cette analyse montre ainsi que la tête humérale au sein des hominoïdes n’est pas sphérique comme cela est classiquement admis (Aiello and Dean, 1990 ; Rose, 1989) sauf chez les atèles et les orangs-outans2. Ces derniers sont les primates qui utilisent le plus fréquemment le grimper sur structure verticale (Gebo, 1996), alors que les grands singes africains au contraire, se déplacent très fréquemment au sol en utilisant une locomotion particulière, le knucklewalking3. Ainsi la morphologie de la tête humérale traduit des différences fonctionnelles majeures entre ces groupes.

CONCLUSION Chez les néandertaliens, les structures de l’épaule, plus particulièrement de la clavicule et de l’extrémité proximale de l’humérus, montrent de nombreuses différences avec l’épaule moderne et traduisent soit des architectures particulières (scapula plus haute par rapport au thorax) soit des capacités fonctionnelles particulières (résistances à des contraintes différentes) s’exerçant sur l’articulation glénohumérale, …). En d’autres termes, l’épaule néandertalienne n’est pas une épaule d’Homo sapiens sapiens. La structure de l’extrémité proximale de l’humérus néandertalien ainsi que celle de la scapula traduisent une musculature plus puissante ainsi qu’une meilleure résistance de l’articulation gléno-humérale aux forces orientées dorso-ventralement. Ces caractéristiques traduiraient une plus grande puissance des mouvements liés au jet. Ce résultat est renforcé par l’extrême longueur de la clavicule néandertalienne qui augmente

Les néandertaliens se distinguent de l’homme moderne en possédant une tête humérale plus étroite médiolatéralement. Autrement dit, la tête humérale est plus courte et plus large chez les néandertaliens que chez l’homme moderne. Cela a 2

Botez (1926) considère que la tête humérale n’est sphérique que chez les gibbons, les atèles et les orangs-outans et Senut (1981) décrit les têtes humérales des grands singes africains comme étant quadragulaire.

3

Les grands singes africains pratiquent aussi le grimper sur structure verticale mais moins fréquemment que les atèles ou les orangs-outans.

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J.L. Voisin: L’épaule néandertalienne : identique ou différente de celle de l’homme moderne ?

mécaniquement la cinétique de ce type de mouvement (Voisin, 2000b). Ainsi, toute la structure de l’épaule néandertalienne traduit une plus grande efficacité pour les mouvements liés au jet que celle de l’homme moderne.

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Par ailleurs, l’architecture de l’épaule caractérisée par une scapula haute par rapport au thorax se retrouve chez les représentants plus anciens du genre Homo (Voisin, 2001). L’abaissement du complexe scapulaire par rapport au thorax serait donc un événement récent dans l’histoire de l’homme et caractéristique d’Homo sapiens sapiens.

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Je tiens à remercier tout particulièrement Monsieur le Professeur Henry de Lumley qui m’a accepté au sein du Laboratoire de Préhistoire du Muséum National d’Histoire Naturelle ainsi qu’à Madame Marie-Antoinette de Lumley qui suit l’avancement de mes travaux. Mes remerciements vont aussi aux professeurs André Langaney, Daniel Robineau, Wim Van Neer, Paula Jenkins et Chris Stringer qui m’ont autorisé à consulter respectivement les collections des Laboratoires d’Anthropologie Biologique du Musée de l’Homme (Paris, France), d’Anatomie Comparée du Muséum National d’Histoire Naturelle (Paris, France), du Musée Royal d’Afrique Centrale (Tervuren, Belgique) et du Natural History Museum, Zoological Group et Paleontological Group (Londres, Grande Bretagne). Je remercie aussi toutes les personnes de l’Institut de Paléontologie Humaine qui m’ont apporté leur soutien.

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Adresse d’auteur

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Institut de Paléontologie Humaine 1 rue René Panhard75013 Paris, FRANCE E-mail : [email protected]

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S. Domínguez-Bella et al.: Lithic Products Analysis, Raw Materials and Technology in the Prehistoric Settlement...

LITHIC PRODUCTS ANALYSIS, RAW MATERIALS AND TECHNOLOGY IN THE PREHISTORIC SETTLEMENT OF THE RIVER PALMONES (ALGECIRAS, CÁDIZ, SPAIN) Salvador DOMÍNGUEZ-BELLA, José RAMOS*, Vicente CASTAÑEDA*, María Eugenia GARCÍA*, María SÁNCHEZ*, Gemma JURADO* and Francisco MONCAYO*

Résumé : Les terrasses du la rivière Palmones (Algeciras, Cadiz, Espagne) représente un bon exemple du gisement préhistorique dans une zone fluvial et de baie a le Sud de l´Europe. Nous avons réalisé une fouille pendant le mois d´avril 2000. Nous apportons l´étude micro spatiale, avec l´analyse des produits du gisement associée aux dernières communautés des chasseurs-cueilleurs. Nous avons fait aussi l´étude minéralogique et petrologique pour la caractérisation de cette industrie lithique taillé à la Baie du Algeciras. Dans cette caractérisation, nous avons employé l´examen macroscopique, la microscopie optique et la diffraction des Rayons X sur les différents matériaux lithiques des objets archéologiques (grattoirs, burins, lames à dos, microlithes géométriques, technique de microburin, etc.) et sur les différent matériaux géologiques de la région, que nous avons identifiés comme potentielles sources de matières premières. Nous avons défini, en une approximation statistique, les différent groups du matériaux lithiques présents a l´industrie de ce gisement et les possibles source aire pour ces. Après l´étude de la technologie lithique de l´industrie en relation avec les procès du travail et la lithologie, nous pouvons comprendre le procès de captation des ressources lithiques et le caractère autochtone ou allochtone des matières premières. Ce gisement est très intéressant pour étudier les derniers groupes de chasseurs - cueilleurs et la transition pour l´accès à l´économie de production dans le Sud de la Péninsule Ibérique. Abstract: Palmones River terraces site (Algeciras, Cádiz, Spain) represents a good example of a prehistoric settlement in a fluvial-bay area of South Europe. We made a mineralogical and petrological study of the shaped lithic industry, associated to the last communities of hunter-gatherers in the Bay of Algeciras. This petrological characterization was carried out by macroscopic examination, optical microscopy and X-Ray diffraction, on the different kinds of archaeological objects (scrapers, burins, arrow points, etc) of the lithic industry and on the different geological raw materials of this geographic area, identified as potential sources of these materials. We define, in a statistical approximation, the different groups of lithic materials present in the industry of this archaeological settlement and their possible source areas. After the study of the lithic technology of the industry in relation with the work processes and the lithological type, we can understand the lithic raw materials catchment process and the autochthonous or allochtonous character of these raw materials. This open-air settlement is especially interesting for the study of the last groups of hunters-gatherers and the transition to new production modes in the south of the Iberian Peninsula. Key words: Prehistory, hunter-gatherers, raw materials, flint, sandstones, South Spain.

INTRODUCTION

etc.), the different types of siliceous resources, subvolcanic basic and metamorphic rocks, related with the lithic industry and work processes, as well as other exotic lithic products linked with ideological aspects of the diverse societies in study. These types are contrasted with those obtained in the archaeological register, by prospection or excavation. All this allows us to obtain significant approaches to the reception and origin of the resources.

We work from a theoretical position focused in Social Archaeology. Our perspective before the Archaeometry seeks to link the mineralogical and petrological techniques for the resolution of historical problems. We intend with this work line, along with other studies (technological, archaeobotanic, faunistics...) to study in deep the production way and the work processes (Bate, 1998; Pie and Vila, 1992; Ramos, 1999; Terradas, 1998, Vila, 1987).

We develop the typological and technological study of the products as an approach to the technique and the work processes. Here we make a contrast among the diverse lithologies and the archaeological objects types, that informs us about the preferences linked with the use and the work. We seek in short to integrate functional studies, as approach to the work processes. Finally, we link all the above mentioned, with the space contexts of location of products.

This methodological framework aims to integrate the geologic resources study with the archaeological data. The knowledge of the geological basis help us to understand the lithic resources potentials. We study, by means of the mineralogical and petrological techniques (macroscopic and microscopic characterization, X-rays diffraction, SEM and EDX analysis, 47

Archéométrie / Archaeometry

The idea is to associate products with structures, to aspire to the definition of activity areas (Ruiz et al., 1986) that, in the end, are consequence of social relationships. GEOGRAPHICAL AND GEOLOGICAL SETTING

(sands) and of accumulation of urban detritus. It was located in 1994 by L. Pérez and M. I. Arroquia, that located 3 areas of concentration of products, in a space of about 50 m2. We have published an initial monograph (Ramos et al. ,1995) and an advance of geologic, petrologic and technological data (Domínguez-Bella et al., 1995).

Cadiz province is placed at the occidental extreme of the Betic Cordillera and the South of Spain. In general, this area of the Southern extreme of the Iberian Peninsula is geologically constituted by siliceous lithologies of Tertiary age (Aljibe Unit sandstones and clays) and by carbonated lithologies, with mudstones and dolomies of Jurassic to Cretaceous age (Subbetic Units), placed just twenty kilometres at North.

We have developed an urgency excavation in April of 2000, with the authorization of the Andalucía Government and the collaboration of the Municipal Museum of Algeciras. The excavation was subsidized by the construction company SATO-bridge-UTE, awardees of the works for the realization of a new street and bridge in the Project of Connection of the Menacha. We have given a preliminary advance of these excavation works (Ramos et al., 2001).

The prehistoric settlement was located in the final course of the river Palmones, in the North-west area of the Bay of Algeciras (Figure 1 A). It is located in the Campo de Gibraltar, a geographical zone that supposes the conjunction of the Atlantic Ocean and of the Mediterranean Sea, in front of Gibraltar and the North of Africa, in the most Southern place in Europe.

This site is placed in a fluvial terrace level of the Palmones River, the level of terrace T 3, of + 12-15 m., which is part of the fluvial deposit. Geologically, this area is located in a wide coastal plain, to which sedimentary contributions of the rivers Guadarranque, Guadacorte and Palmones, arrive. Palmones river develops, in the surroundings, four levels of terraces graded in steps, whose relative heights with regard to the river are at least: T 1: +1-18 meters, T 2: +2.2-3.5 meters, T 3:+1215 meters and T 4: +17-25 meters (Domínguez-Bella, Gracia and Morata, 1995).

The environment of the Palmones archaeological site is a characteristic space of urban periphery, located in a terrace of the river Palmones, adjacent to the municipal purifying water plant and next to the national highway 340, immediate to the bridge on this river. It is an area that has evolved quickly in the last years, from agricultural uses to industrial, becoming this space in an extraction area of agglomerates

In 1994, we documented three zones of lithic products concentration. In 1995 we studied these materials (a total of 3061 lithic products) and in the excavation of April of 2000, as an urgency intervention due to the construction of the new bridge, we excavated six sections in the same area documented (Figure 1 B). METHODOLOGY So, on the methodology, results of the mineralogical and petrological studies (macroscopic characterization, optical microscopy (stereomicroscopy and thin-section) and X-Ray diffraction of these materials (Figure 5), are compared to the mineralogical and petrological characteristics of a selection of geological similar materials samples from the geological units of this region. The final objective is to determinate the possible source areas of the raw materials (in this case, fundamentally flint, sandstones and radiolarites) and the autochthonous or alloctonous character of these. We established in the archaeological sites, mineralogical, lithological and textural characteristics of each rock type, and the abundance ranges of each lithic material and its relation with the possible functionality of the tool. These last studies permit us to obtain a technological approximation to the features of the different kinds of stone tools, which are present in each site and society. After the typological analysis, based on a macroscopic and microscopic characterization, we can classify the instruments in function of their association with different productive activities. Trace wear studies of these materials are also in course, as well as, a statistic comparison between lithology

Figure 1.- A: Geographical situation of the Palmones archaeological site, in Cádiz province, at the South Europe (Scale bar = 10 Km). B: General plant of the year 2000 excavation, with six (1-6) sections in the Terrace T 3. (Scale 1:400). 48

S. Domínguez-Bella et al.: Lithic Products Analysis, Raw Materials and Technology in the Prehistoric Settlement...

and functional kinds of tools, in order to establish their possible relationships. Finally, all this permits us to obtain a technological balance of the archaeological site and its historic significance.

the abandon and deterioration of parts of the settlement. In the stratigraphy of the square 2, which defines this archaeological site, we can see (Figure 2): - Stratum I. Edafized soil, (7.5YR 5/6) (Munsell, 1975), with a maximum thickness of 14 cms.

The study of raw materials and its source areas, in which our work will permit to obtain an important information about the mobility of the hunters-gatherers communities and the economic processes of production, distribution and consumption of these lithic products. The pollen studies, the faunistic register contributions and the study in depth of the functional valuation of the settlements permit to provide ideas about the mobility and frequentation of the sites.

- Stratum II. Occupation level, in brown sands (7.5Y 5/6), medium-coarse grain. Yellowish-brown colour, with reddish patches. With a thickness of less than 20 cms. They present a level with angular and fractured pebbles, of diverse lithologies, in general thermoaltered, on which appear the human occupation level. This level has a thickness of less of 20 cm. - Stratum III. Lower level to the occupation, with yellow or multicolour sands (10 YR 7/4), without archaeological products, excavated just to 40 cms.

THE ARCHAEOLOGICAL EXCAVATION PROCESS, SECTIONS AND STRATIGRAPHY

Square 2 is the one that better results has proportioned. The excavation unit was always 1 square meter. A 43 square meter grid was excavated, defined by a coordinates edge system (A to E and - A to – D, from XIX to XXVI) (Figure 3). This excavated square 2 was placed on a plateau zone of the terrace, in a not disturbed area by the present illegal sand extractions. Nevertheless, in this profile appeared small pits for this sand extraction.

In April 2000, we excavated the site in an attempt to document the social, domestic and productive activities, as a human action consequence. We are convinced that it is possible to analyse the archaeological register in the search of inferences of social activities, whether they are domestic or productive, to indicate evidence of some human action. For those, we have used the alternate excavation system, by means of complex that were organised in a square grid and stratigraphic sections. The special finds of the lithic objects, as well as, the scarce biological products documented, have been located in microspatial perspective, placing in three dimensions all the products.

In this space, we find a coincidence along the biggest concentration of thermoaltered pebbles, shaped lithic products, and fauna and malacofauna presence. We can underline that the occupation level was located in a space of 36 m2, where we can find hearths, characterised by the presence of burning pebbles and charcoal fragments, with a register of 649 shaped lithic products, besides fauna and malacofauna.

We have excavated six sections (Figure 1 B), which give us information of the different steps of the human occupation,

Figure 2.- Typical profile of the site and stratigraphy of the square number 2, that shows three stratigraphic levels. 49

Archéométrie / Archaeometry

Thermoaltered pebbles distribution in the occupational area of the Palmones river settlement

Figure 3.- Horizontal distribution of thermoaltered pebbles in section 2 grid, of the 2000 excavation. (0 – 300 = number of stones or pebbles per square meter in the grid)

The excavation cut was projected towards the East, in the squares (-A to -D, from XIX to XXVI), from –AXIX to AXXVI, from -BXIX to -BXXVI, from -CXIX to -CXXVI, where the occupational level is documented a little more irregularly, and appears well contrasted in -AXXII, -AXXIII, -AXXIV, -BXXII, -BXXIII, -BXXIV squares.

We have studied the association between lithic products and space, characterising the burning pebbles areas. In this way, we have documented fireplaces which have been dispersed in a 13 m2 area. We have excavated a testing area in the AXXII, BXXII, CXXII, DXXII, EXXII, A XXIII, BXXIII, CXXIII, DXXIII and E XXIII squares. The occupation level appears among 9,48 and 9,27 m. height above sea level. It was documented a significative concentration of thermoaltered pebbles, with a certain regular distribution (Figure 3) in the mentioned squares. The mineralogical and petrological study of these materials show a predominance of sandstones (more that 90 %) and minor quantities of thermoaltered flint, quartzites and phyllites, etc. All these raw materials have a local origin, related with the terrace levels of the Palmones river and their fluvial basin, towards the North and West of the Algeciras Bay. Among them, we documented lithic shaped industry, charcoal stains, fauna and malacofauna remains. In these concentrations it seems that can be an evidence of the existence of fireplaces that have been dismantled. The occupational level is documented also in the AXXIV, AXXV and AXXVI squares, where the presence of thermoaltered pebbles continue, associated to the chipped lithic industry. We also excavated the occupational level in a cleaning of a profile of a sand extraction pit, as stratigraphic testing, in BXXV, CXXV, DXXV and EXXV.

Figure 4.- Photomicrograph of a reddish thermoaltered pebble of sandstone, with the quartz grains totally fragmented. Crossed polars. (Screen width = 4.5 mm) 50

S. Domínguez-Bella et al.: Lithic Products Analysis, Raw Materials and Technology in the Prehistoric Settlement...

Spatial valuation of the site occupation We work in a methodological line in which we pretend an approximation to the life modes (Ramos y Lazarich, eds. in press), and the questions related to the production, reproduction and their social relationships (Bate, 1998). So, it is necessary to attempt contextualise the archaeological products in the space, that will be, at the end, a consequence or result of social activities developed in them (Vila y Wünsch, 1990). Starting from the contextual analysis of the product (Ruiz et al., 1986), we try to associate these products with possible structures, for later on infer the activity areas. The general balance of the shaped lithic product distribution, confirms that the products concentration areas coincide with the thermoaltered pebbles, which defines the occupation zones with evidences of fires. These fireplaces have been probably altered and dispersed by the geological agents, finding only in floor plan this distribution of fired-burned stones. In the squares AXXII, BXXII, CXXII and AXXIII, BXXIII, CXXIII are remarkable the concentration of burned pebbles, that are projected specially to -AXXIII and -AXXIV. This space coincides with the squares of the grid with a bigger presence of shaped lithic products. The relation and distribution of cores, flakes and other rest of chipping, show that in Palmones, into the square 2 area, were produced a chipped and debitage process in situ, that are confirmed specially in the zone CXXII and CXXIII. A great quantity of retouched products also appears in the BXXII grid, with a great qualitative diversity, nearby to the chipping zone of CXXII, which confirms an ulterior domestic activities development in this area. ARCHAEOMETRICAL DETERMINATIONS. Raw materials and provenance We have studied 649 products of the excavation of the year 2000; 3061 from the 1995 study; in total 3710 lithic chipped objects. The lithic chipped industry, with cores, flakes, and other debitage products and artefacts, (flakes, notches, etc.) are concentrated in the mentioned area of the section 2, where a chipping and reduction process have been produced in situ.

Figure 5.- Example of archaeometric determinations in Palmones lithic materials. A: Lithic industry made in massive and porous flint. B: Photomicrography of a radiolarite from Palmones industry under cross polars (screen width = 2,5 mm.), and C: X-ray typical diagram of a massive flint.

Lithic technology of a hunter-gather society can give data about their economic structure. We work in the idea of considering chipping lithic products as work instruments.

A regional study of the geological materials reveals a local origin for practically all lithic materials. The main raw materials source area is the terrace levels of the Palmones River for the different flint types, radiolarites, sandstones and the Palaeozoic age materials from the Maláguides Units, placed at Northeast of the Algeciras Bay, as the source area for quartzites, and phyllites. A banded-flint outcrop was localised at 20 kilometres to the west, in Tarifa area.

After the archaeometric study of these lithic materials (Figure 5), we can resume the lithological percentages of these (Figure 6). Massive, porous flint and red radiolarites. are the dominant lithologies. Other lithologies are compact sandstones, the typical Aljibe yellow or red sandstones, chalcedonic and oolitic flints, etc., all these with a provenance of Triassic to Tertiary age materials. And other minority lithologies as quartzites, phyllites, shales and mudstones that proceed from the Maláguides Units (Palaeozoic age).

Among the retouched products (lithic industry), we can observe a dominance of the massive flint as the most abundant 51

Archéométrie / Archaeometry

LITHOLOGY OF THE TOTAL OF ARCHAEOLOGICAL PRODUCTS FROM PALMONES RIVER SITE

Massive Flint Porous Flint Banded Flint Chalcedonic/Streaked Grey with holes Brechoid Flint Red/Pink Radiolarite Radiolarite with holes Grey Radiolarite Compacted Sandstones Sandstones Quartzites Phyllites, Shales, Mudstones

Figure 6.- Lithological types and percentage distribution of these in the total of the lithic materials (lithic artefacts and cores, flakes & blades and debris) from Palmones archaeological site.

lithology; other important lithologies are the porous flint and red, pink or grey colour radiolarites, with banded flint, sandstones and compacted sandstones in less percentage. This general tendency is also the same in the lithological features of blades, for example.

a relation with the cores presence and with the in situ chipping process. We have made a complete documentation of the chipped different products, their typology and lithology. In the retouched objects appear: scrapers, burins, perforators, notchs, denticulates, microburins, and microliths (triangulars and trapezoidal).

The lithology of other chipped lithic materials as the cores (initial, levallois, prismatic, core for blades, polyhedral cores) present the same tendency that above mentioned, with a prevalence of the massive flint as the most abundant lithology, to follow of porous flint, grey radiolarite and sandstones and quartzites.

The presence of a faunal register of Equus caballus, Cervus elaphus, Canis lupus was confirmed. This suggests the transformation and consumption of food. The petrology and technology of the studied materials, and faunistic register correspond with a characteristic huntersgatherers community, named usually Epipaleolithic (Sanchidrián et al., 1996) at the Iberian Peninsula. We work in the Atlantic Band of Cadiz province and in this case with the transition of human groups of hunters-gatherers, to new types of production economy. We can confirm as technological forms of the hunters-gatherers groups subsist in the emergent producer societies.

A similar tendency is observed for the flakes and backed bladelets, with a 100 % of massive flint, the same that in the microliths and in the scrapers (80 % of massive flint and 20 % of porous flint). TECHNOLOGY The technological study of a total 3710 products; reveals different information about the technology of this society. The Palmones site study offers information about the technology of hunter-gatherer societies. In the section 2, from the 2000 excavation, there is a predominance of chipped debris on retouched objects. We have documented 89 % of chipping debris, in these: ( 6 % of cores, 57 % of flakes and 26 % of others), and 11% of retouched objects.

This archaeological site has a clear historic context, in relation with Nerja Cave (Aura et al., 1998) and Hoyo de la Mina (Such, 1920; Fortea, 1973), in the Mediterranean coast from Málaga, and with other sites nearby as Gibraltar (Finlayson et al., 1999) and Borondo (Gutierrez et al., 2000), in the Algeciras Bay. It is previous to El Retamar, in the Bay of Cadiz (6370 BP and 5025 calibrated) (Ramos et al., 1997, 2000; Ramos y Lazarich, 2002) (that is nowadays a fisherman’s community with cattle-raising signs).

In the cores, we documented initials, levallois, prismatics, poliedric and cores for blades. The flakes and blades present 52

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Figure 7.- A: Percentual distribution of lithologies in the different lithic tools.

Figure 7 - B: Percentual distribution of lithologies in the different lithic object (cores) of the Palmones lithic materials.

The technological similitude implies much more than a technical syntony. Due to the information granted by the tools as instruments of work and the production modes conformation (Bate, 1998), we consider significative this fact on the population continuity framework and the autochthonous process, to the establishment of a new production mode of the communitarian tribal societies (Sanoja y Vargas, 1995; Arteaga y Hoffmann, 1999). For this reason, Palmones site reflects an autochthonous process previous to the consolidation of the new mode of production in the Neolithic societies.

division of a little group that was separated from the main group, for the development of specific activities, here well documented. Unfortunately, the first carbon dating determinations that we made was contaminated, and in this moment we work in new samples preparation for dating. Socio-economic data after the spatial study In this archaeological site we can deduce the presence of an area of thermoaltered pebbles that delimits the concentration zone of chipped lithic products. We have suggested the possibility that this area corresponds with fireplaces, dismantled and dispersed by the geological agents, in coincidence with the squares AXXII to CXXII and AXXIII to CXXIII of the grid.

After a morphological-functional approximation at the lithic industry, we can raise work processes related with the manufacture of projectiles (microburin technique, microliths, truncations blades) in relation with hunting and fishing, and other domestic work processes, related with fires and other specific activities in the settlement (scrapers, burins, notchs, denticulates, perforators, flakes and backed bladelets, retouched blades). All the lithic technology is proper to hunters-gatherers. No technological or biological register has been documented, related with the beginning of the production economy (agriculture and cattle-raising).

The scarce evidence of fauna remains in the square number 2 space, impels to associate them with the food preparation processes. The relation of the products associated with these possible dismantled structures inform us about the elaboration processes of manufacture and the technology for making tools. These lithic tools manufacture processes take place in the fireplaces surroundings, as confirm the association and spatial concentration of thermoaltered pebbles and chipped lithic products. The clear presence of working tools, the raw materials and products in elaboration process and elaborated as tools, confirm these manufacture processes.

All this points out the idea that Palmones is a limited settlement, of little dimensions, in which only one occupational level was documented, in this case of a huntergather community, that made there tool manufacture works, for a domestic use and for the elaboration of microlithic projectiles for hunting and fishing. The very fragmented fauna debris inferred a consume process.

All this confirms that this is a limited settlement of seasonal character or with an eventual occupation, not corresponding to a place of basic or permanent residence.

In this site, we can not document any product that shows a social differentiation in the work. This reflects a equalitarian community of hunters-gatherers, that in a characteristic stop did productive works related with the hunting, fishing and shell-fishing, in a place different to their usual residence. Therefore, Palmones reflects the characteristic nomadism of these societies, their diversification of works and the social

Products elaboration processes have been developed in relation with the possible fireplaces, specially blades and flakes, to conform domestic implements (scrapers, burins, perforators), as well as projectiles for the hunting and fishing (microburins, geometric microliths, truncations), and others 53

Archéométrie / Archaeometry

Bibliography

tools with at the moment, an imprecise function (backed bladelets, blades and flakes with use retouches, blades with notches and denticulate blades). All this permits to consider a part of the mentioned space in the section number 2 of the excavation as an activity area related with the production and manufacture elaboration.

ARTEAGA, O. y HOFFMANN, G., 1999, Dialéctica del proceso natural y sociohistórico en las costas mediterráneas de Andalucía. Revista Atlántica-Mediterránea de Prehistoria y Arqueología Social 2, p. 103-121. Cádiz. AURA, J.E., JORDÁ, J.F., GONZÁLEZ-TABLAS, J., BÉCARES, J. y SANCHIDRIÁN, J.L., 1998, Secuencia arqueológica de la Cueva de Nerja (La Sala de la Mina). In Las culturas del Pleistoceno Superior en Andalucía, edited by Sanchidrián, J.L. y Simón, M.D. Patronato de la Cueva de Nerja. Málaga. p. 217236.

We have not located food production or consumption areas. In the area prospected in 1995 we documented Equus caballus, Cervus elaphus, Canis lupus. From these organic products we can obtain information about the life modes of the community that inhabited Palmones site, and deduce the existence of transformation and consumption of food.

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All this indicates that Palmones is a limited settlement, of reduced dimensions, that has had only one occupation of a hunter-gatherer community, that carried out in it works of manufacture of tools for domestic use, as well as for preparation of tools for microliths projectiles for hunting and fishing. The very fragmented fauna remains documented permit to deduce some working processes and fauna consumption, in other settlement areas.

DOMÍNGUEZ-BELLA, S., RAMOS, J., et al., 1995, Estudio geológico, análisis petrológico y aproximación tecnológica del asentamiento del Paleolítico Superior Final del río Palmones (Algeciras, Cádiz). In Reconstrucción de paleoambientes y cambios climáticos durante el Cuaternario, edited by Aleixandre, T. y Pérez, A. IX Reunión Nacional sobre Cuaternario, p. 423436. Madrid.

About with the social relations, we have not documented any product that implies social differentiation in the work, therefore, this would be a characteristic example of a equalitarian community of hunters-gatherers that realize productive tasks related with hunting, fishing and shellfishing, in a different place of their habitual residence.

FINLAYSON, C., GILES, F., GUTIÉRREZ, J.M., SANTIAGO, A., MATA, E., ALLUE, E. y GARCÍA, N., 1999, Recientes excavaciones en el nivel mesolítico de la Cueva de Gorham (Gibraltar. Extremo Sur de Europa). II Congreso del Neolítico en la Península Ibérica. SAGUNTUM-PLVA, Extra 2, p. 213-221. Valencia.

This settlement reflects the characteristic nomadism of these societies, its diversification of tasks and the social division of the group, with the separation of a part of their members for the development of specific and well documented activities.

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Acknowledgements

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Authors are grateful to Municipal Museum of Algeciras for their facilities in the work. Our gratitude to Ms. Ana Durante for her editorial assistance. This work is partially financed by the PB96/1520 DGES Project, of the Spanish Government and the partial financial support of the Group HUM-440 of the P.A.I., Junta de Andalucía Government.

LAPLACE, G., 1986, Tipología Analítica. Universidad del País Vasco. Vitoria. MUNSELL, A.H., 1975. Soil Color Chart. PIE, J y VILA, A., 1992, Relaciones entre objetivos y métodos en el estudio de la industria lítica. In Tecnología y cadenas operativas líticas, edited by Mora, R., Martínez, J. y Terradas, X. Universitat Autonoma de Barcelona. p. 271-278.

Authors’ addresses Salvador DOMÍNGUEZ-BELLA Área de Cristalografía y Mineralogía. Facultad de Ciencias Universidad de Cádiz. Apdo. 40. Puerto Real, Cádiz. 11510. SPAIN. E-mail: [email protected]

RAMOS, J., 1999, Europa prehistórica. Cazadores y recolectores. Editorial Sílex. Madrid. RAMOS, J., CASTAÑEDA, V., PÉREZ, M., LAZARICH, M., MONTAÑÉS, M., ARROQUIA, M.I., BLANES, C., MARTÍNEZ, C, DOMÍNGUEZ-BELLA, S., GRACIA, J., MORATA, D., PÉREZ, L., GÓMEZ, M.I., HERRERO, N., REINA, A., CANTALEJO, P., BRITO, M., GUZMÁN, J.C., CALDERÓN, D., LOZANO, J.M. y SORIANO, M., 1995, El Paleolítico Superior Final del río Palmones (Algeciras, Cádiz). Un ejemplo de la tecnología de las comunidades especializadas de cazadores-recolectores. Instituto de Estudios Campogibraltareños. Algeciras. 251 p.

José RAMOS, Vicente CASTAÑEDA, María Eugenia GARCÍA, María SÁNCHEZ, Gemma JURADO, Francisco MONCAYO Área de Prehistoria. Facultad de Filosofía y Letras C/ Bartolomé Llompart s/n.. Universidad de Cádiz 11001 Cádiz. SPAIN E-mail: [email protected] 54

S. Domínguez-Bella et al.: Lithic Products Analysis, Raw Materials and Technology in the Prehistoric Settlement... RAMOS, J., GARCÍA, M.E., CASTAÑEDA, V., JURADO, G., SÁNCHEZ, M., DOMÍNGUEZ-BELLA, S., GRACIA, J. y MONCAYO, F., 2001, Primeros resultados de la campaña de excavaciones desarrollada en el asentamiento de cazadoresrecolectores del embarcadero del río Palmones (Algeciras, Cádiz). Almoraima 25, p. 81-90. Algeciras.

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55

Archéométrie / Archaeometry

56

K.T. Biró et al.: Towards an Atlas of Prehistoric (Non-Metallic) Raw Material in the Carpathian Basin

TOWARDS AN ATLAS OF PREHISTORIC (NON-METALLIC) RAW MATERIALS IN THE CARPATHIAN BASIN Katalin T. BIRÓ, Péter SCHAREK & György SZAKMÁNY

Résumé : Avec le support de la Fondation Scientifique National de la Hongrie (OTKA T 025086 project), un projet de quatre ans était destiné à évaluer les sources potentielles des matières premières préhistoriques (non métalliques) à l’intérieur du Bassin carpathiques, particulièrement en Hongrie et à en faire une carte scientifique. Ce travail avait plusieurs antécédents: p. ex.: un projet d’enquête pour ces matières premières sous l’organisation de l’Institut Géologique Hongrois aux années 1980, la construction du Lithotheca pour le Musée National Hongrois et des études spéciales en archéométrie interprétées à la section de pétrographie de l’Université ELTE. Ces derniers sont également affiliés à des projets internationaux comme le IGCP-442. Actuellement on est dans la quatrième année de ce projet dont à la fin on espère de fournir des renseignements basés sur GIS, en rapport des sources de matières premières préhistoriques et de l’état actuel de leur usage aux sites préhistoriques en Hongrie. Notre compétence inclut les matières premières lithiques et les ressources pour faire poterie et bijouterie. On a l’intention d’organiser les renseignements en une base de données interactive comme les informations relevantes sont en croissance continue. Une partie de ces informations est déjà accessible à l’Internet, et on espère de publier les renseignements publics sous forme d’une série de cartes en fin de ce projet. Abstract: With the support of the Hungarian National Science Foundation (OTKA T 025086 project), a four-year long project has been dedicated to the mapping and evaluation of potential prehistoric (non-metallic) raw material sources in the interior parts of the Carpathian Basin, primarily Hungary. This work had several antecedents, e.g. the raw material research project of the Hungarian Geological Institute in the 1980-ies, the construction of the Lithotheca of the Hungarian National Museum and special archaeometrical studies performed at the Department of Petrology, ELTE University. It is also affiliated to international projects like IGCP-442. We are in the fourth year of the project now by the end of which we hope to supply GIS-based data on prehistoric raw material sources and actual stage of their use on Hungarian prehistoric sites. Our scope includes lithic raw materials, resources for making pottery and jewellery. We intend to organise data into an interactive database as the relevant data are constantly increasing. Part of the information is already available on the Internet: we hope to publish public data in the form of a series of maps by the end of the project.

INTRODUCTION

SCOPE

Provenance studies are an important and growing field within archaeometry. The determination of the origin, geological source of objects in archaeological context allow as to trace the movement of people, trade routes and supply areas which are all good markers of historical events in the past. The range of materials which can be meaningfully studied by various methods for this purpose is constantly growing and the actual analyses performed accumulate at a considerable pace. The extension of the field and the evidence at the same time made the problem far too complex for individual studies and some sort of – in our opinion, visual – summary is needed.

Theoretically, it would be very good to dispose of a raw material atlas of all materials in all (pre)historical periods. On certain level, such an effort would be certainly possible today, by collaboration of dedicated research teams. The personal experience as well as interest of our team determined and delimited our scope within the limits of which we hope to be meaningfully representative. The most important limitation is that of space, i.e., geographical scope. The focus of our efforts is naturally enough, Hungary, where we are able to control information, perform fieldwork if necessary and hopefully collect all available evidence from literature as well as personal research. We have to extend the geographical scope at least the Carpathian Basin, and even further for tracing long-distance raw materials.

In the past years, digital mapping as well as Internet availability developed at a fast speed, comparable to the development of archaeometric evidence. The interactive features as well as the relatively easy availability of Internet resources implied that probably the best way of constructing our Atlas will be, much on a trial-and error basis, on a series of digital maps presented on a dedicated webpage to the project.

The second choice we had to make was temporal. This more or less arbitrary preference of prehistory can be understandable not only on the basis of our previous expertise but also on the basis of the nature of archaeological evidence and historical sources. Provenance studies have a much larger 57

Archéométrie / Archaeometry

role in the study of prehistoric period than in more recent periods when trade network is much widespread and also documented by written sources. At the same time, quite a range of the raw materials studied for the sake of their prehistoric distribution were in fact used in historical periods as well (e.g., marble).

results on them, geological (background) information and data on quarries/mines, modern and prehistoric ones. Quite often, we have information on workshop rather than the one-time quarries. REALISATION

The next restriction we made was selecting non-metallic raw materials as the subject of our research. The study of metals and metallic ores is definitely more complex, and recirculation of the constituents complicates the picture. Also, our basically geological / petrographical approach is better suited to the study of lithic and mineral resources.

Currently, information is stored mainly in different databases on variable platform. It seems clear that we cannot unify all these into one large set of information but should create an index with a minimal structure presented on Table 1. The compulsory information content is marked in bold. Probably the index database will be stored in Excel tables for simple update though we are considering RDMS as a possible alternative. For mapping software Mapinfo was selected, which is adequate for the purpose, communicates with the index database and other, more sophisticated mapping systems. For the trial versions, we are using the public domain software MapPad as well (Fig.2.)

SOURCES OF INFORMATION This work is made possible on the basis of a large amount of work, done by generations in the field of archaeology, mapping geology and prospecting as well as much more recent activities in the field of archaeometry (notably, provenance studies). One of our most comprehensive source of information is the systematical description of stone quarries operating at the turn of the 19/20th century compiled by F. Schafarzik (1904). Systematical collection of petroarchaeological evidence for chipped stone raw materials was performed since the mid-eighties: results are stored in public collection, published in catalogue(s) and partly available on the Internet as well (www.ace.hu/litot/, Biró-Dobosi 1991, Biró et al. 2000). The collection of information on polished stone raw materials is currently being completed, in the frame of UNESCO IGCP-442 project dedicated to the subject: a state-of art report was given recently by Biró and Szakmány (Biró-Szakmány 2000). The systematical collection of archeometrical data on other large categories (Other stone tools, Pottery, Others) is in progress. Information on some special materials have been also systematically collected like amber (Horváth 1999) or Spondylus shells (Kalicz-Szénászky 2001), but a lot of work is needed yet. The geological background data are provided for us by the Hungarian Geological Survey digital mapping database, in a non-commercial special version.

Table 1. Contents for the Index database Locality

Kisújbánya

Exact locality

Szamárhegy

Character of locality

Prehistoric quarry

Coordinates (for locality, if no details)

46°14’ N and 18° 22’ E

Exact coordinates

46°14’ N and 18° 22’ E

Category (1)

Stone tools

Category (2)

Polished stone tools

Raw material name

phonolite

Analyses

Petrographical thin section

Quantitative data

-

Reference

Biró, K.T.- Szakmány, Gy.Schléder, Zs., Neolithic Phonolite mine and workshop complex in Hungary

OUTPUTS STRUCTURE AND LEVELS OF INFORMATION The printed output of the project will be a series of maps, with symbol keys for all raw material categories in four version (potential source; quarry + workshop; archaeological distribution (macroscopic); analytical data. The scale of the final product is planned to be 1:3000000, suitable for printing in A4 size. Prehistoric quarry areas will be presented in more detail if available.

Even the above described restricted set of information is far too intricate for being represented in one level. We had to make decision how to structure information, what are the data that are absolutely necessary for the production of the series of maps we intend to make and how to order them. The solution we are suggesting is primarily empirical (Fig.1.). The wide division is made according to categories of objects – separated into Lithics, Pottery and Others. The sub-division of these categories is presented in the next layer. The actual raw material categories appear under this intermediate level. This list again is empirical and based on what was actually found (reported) as occurring on the archaeological sites. Consequently, another layer of information is needed: we have to separate clear archaeological information, analytical

The primary result of the project is planned to be on electronic media, possibly Internet and/or CD-ROM. We would like to operate the data on an interactive basis, following the accumulation of new categories, results and data in a flexible way. The final version will be available on the web-page of the Archaeocomp association, www.ace.hu, where the trial version is already available 58

K.T. Biró et al.: Towards an Atlas of Prehistoric (Non-Metallic) Raw Material in the Carpathian Basin

Fig.1. Scheme of the information structure for the Atlas.

Fig.2. An actual example: phonolite – quarry, workshop, distribution.

György SZAKMÁNY Dept. of Petrology and Geochemistry Eötvös Lorand University H-1117 Budapest, Pázmany Péter sétány 1/C HUNGARY e-mail: [email protected]

Authors’ addresses Katalin T. BIRÓ Hungarian National Museum Dept. of Archaeology H-1088 Budapest, Múzeum krt. 14-16 HUNGARY email: [email protected] Péter SCHAREK Geological Institute of Hungary H-1143 Budapest, Stefánia 14 HUNGARY e-mail: [email protected]

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Archéométrie / Archaeometry BIRÓ K., DOBOSI T., & SCHLÉDER Zs., 2000, LITOTHECA II. - Comparative Raw Material Collection of the Hungarian National Museum Budapest Magyar Nemzeti Múzeum /1991/ 1320.

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SCHAFARZIK Z., 1904, A magyar szent korona országainak területén létezõ kõbányák Budapest

60

J. Coroado et al.: Compositional and Textural Characterisation of a Group of Pottery Sherds from the Late Bronze Age...

COMPOSITIONAL AND TEXTURAL CHARACTERISATION OF A GROUP OF POTTERY SHERDS FROM THE LATE BRONZE AGE SETTLEMENT OF QUINTA DA PEDREIRA (ABRANTES, PORTUGAL) João COROADO, Ricardo TRIÃES, Paulo FÉLIX, Fernando ROCHA & Celso GOMES

Résumé : Supposant que l’étude analytique de la poterie domestique est une voie privilégiée d’approcher la recherche des sociétés du passé, les auteurs présentent ici les premières perspectives générales du programme analytique en développement depuis 1999, concernant le répertoire céramique rassemblé au site du Bronze Final de Quinta da Pedreira (Abrantes, Portugal Central). L’étude a essentiellement couvert la caractérisation minéralogique (DRX), chimique (FRX) et pétrologique (microscopie optique). Les résultats ont été analysés sous des méthodes statistiques multivariables – analyse cluster (AC) et analyse en composantes principales (ACP) –, en étant le but essentiel l’étude de la variabilité de composition et de texture et l’évaluation des différences et des similitudes entre ce groupe d’échantillons et un group antérieurement déterminé. Abstract: Assuming that the analytical study of domestic pottery is a privileged way to approach the research of past societies, the authors present the first general outlook of the analytical programme under development since 1999, regarding the domestic pottery repertoire collected at the Late Bronze Age site of Quinta da Pedreira (Abrantes, Central Portugal). The study has essentially covered the mineralogical (XRD), chemical (XRF) and petrologic (optical microscopy) characterisation. The results were analysed under multivariate statistical methods – cluster analysis (CA) and principal component analysis (PCA) –, being the essential aim the study of compositional and textural variability and the evaluation of differences and similarities between this group of samples and a previously defined one.

INTRODUCTION

smectites and 10-14 Å interstratified clay minerals, as already discussed in Triães et al. (2000).

Quinta da Pedreira (Abrantes, Central Portugal) is a Late Bronze Age settlement, which we have been excavating since 1994 under a research project whose main objective is the construction of an explanation model for the regional evolution during the transition between the Late Bronze Age and the Early Iron Age (c. 1200-500 BC). It is localised near the river Tagus, on its right bank (Figs. 1-2), and the archaeological excavations have already allowed the identification of two partially superimposed habitation structures (FÉLIX, 1997; 2000; FÉLIX et al., 2002). One of the main research lines of the project is the analytical study of domestic pottery fragments collected in the several settlements under systematic study, because we assume this class of information is significant for an appropriate reconstruction of past societies. The first analytical results from Quinta da Pedreira were already published (COROADO et al., 2001), and those results allowed the identification of two main groups, being one of them divided into two subgroups, based on textural differences.

METHODS The samples come from the domestic pottery collection obtained during the excavations carried out at Quinta da Pedreira until 2000 (for an account of the investigation on this site, see FÉLIX et al., 2002), covering different kinds of fabrics. The mineral composition was determined by X-ray Diffraction (XRD). X-ray Fluorescence (XRF) was used to assess the chemical composition. Textural analysis was accomplished by Optical Microscopy with polarised light. The semi-quantification of XRD data was achieved in accordance to the methodologies proposed by Schultz (1964), Thorez (1976) and Rocha (1998). The data was handled through multivariate analysis algorithms: Principal Component Analysis (PCA) with varimax normalised rotation and Cluster Analysis (CA) with the UPGMA (unweighted pair-group method using arithmetic averages) method. The similarity matrix was obtained using the Pearson Correlation Coefficient with the previous standardisation of the data (COROADO & CABRAL, 1995; COROADO et al., 2001).

In this study the authors present the analytical characterisation of a second set of domestic pottery samples, which, together with the first set of results, will contribute to the construction of a regional reference group database supported on the chemical, mineralogical and textural composition of the diverse samples. This database might allow the establishment of the local ceramic variability and the possible identification of local and imported ceramic occurrences. This analytical methodology also allows the identification of mineral alteration through the presence, in some fragments, of

RESULTS The mineralogy of first and second phases of pottery analysis is mainly composed of quartz, with the presence of 61

Archéométrie / Archaeometry

Figure 1. Location of Northern Ribatejo in Portugal. Quinta da Pedreira corresponds to nº 51.

Figure 2. Simplified geological setting of Quinta da Pedreira. 62

J. Coroado et al.: Compositional and Textural Characterisation of a Group of Pottery Sherds from the Late Bronze Age...

phyllosilicates, K-feldspar and plagioclase, and traces of opal C/CT. In some samples, the presence of calcite, dolomite and/ or amphibole group minerals was identified. The clay fraction is mostly constituted of illite and smectite, with interstratified 10-14 Å.

The chemical composition (Tabs. 3-4) of both phases is similar. The results show the highest values of Fe2O3 in samples which have the lowest values in SiO2 and the highest in Al2O3, MgO and CaO. Those samples also present the highest values in the ignition loss. These results agree with the mineralogical data corresponding to those samples presenting minor content in quartz and major content in phyllosilicates.

Pyrophyllite clay minerals in samples from both phases were also identified (Tabs. 1-2).

Table 1. XRD analysis: semi-quantitative results for the first group of samples (tr-traces; nd-not determined). Total

< 2µm K.Feld

Plag

Opal c/ct

5

tr

40

30

10

9

Phylos.

Dolom

Amphib.

Illite

Int 10/14

Pyroph.

15

0

10

nd

nd

nd

5

tr

tr

nd

nd

nd

tr

80

20

0

tr

90

5

5

Sample

Quartz

Zeol.

Calcit

L30

20

L96

37

10

0

tr

0

Q22

75

12

8

tr

0

0

0

3

Q12

60

10

12

10

4

tr

0

4

R12

58

13

9

8

5

tr

tr

4

tr

90

5

5

R22

37

9

15

16

9

tr

0

7

6

100

0

tr

R26

58

8

11

8

6

3

tr

tr

tr

80

5

15

R30

40

6

8

30

8

tr

0

0

8

90

5

5

R48

60

10

8

11

4

0

tr

tr

5

75

25

tr

R75

48

19

10

11

5

0

tr

3

3

90

10

0

R104

41

8

15

12

9

tr

0

7

7

100

0

tr

R118

63

14

10

6

tr

tr

0

tr

tr

90

10

0

R130

64

8

tr

14

9

0

0

tr

3

85

15

tr

R149

38

12

24

9

4

tr

tr

6

4

80

10

10

R182

45

20

17

9

4

tr

0

3

2

85

10

5

R186

56

14

11

8

tr

tr

tr

3

4

80

15

5

Table 2. XRD analysis: semi-quantitative results for the second group of samples (tr-traces). Total

< 2µm Opal c/ct

Zeol

Calcit

Dolom

Illite

Sm/inter 10/14

Pyroph.

Sample

Quartz

Phylos.

K.Feld

Plag

M36

60

11

12

10

3

tr

tr

tr

65

35

tr

V21

72

9

13

3

tr

tr

tr

0

67

33

tr

M87

26

7

14

28

7

tr

9

0

55

30

15

M77

57

9

13

14

3

tr

tr

tr

85

15

tr

P70

60

8

8

12

2

0

4

tr

60

35

5

M41

56

6

15

13

4

tr

3

0

75

10

15

Q64

22

13

20

21

7

tr

8

0

50

30

20

Q10

58

6

14

13

2.5

tr

4

tr

75

25

tr

L96

59

9

14

12

2.5

tr

tr

tr

70

25

5

W39

54

7

5

18

6

tr

6

tr

65

17

18

W31

70

9

14

6

0

0

tr

0

80

10

10

L199

50

7

12

18

6

tr

3

tr

65

15

20

Q102

62

8

14

10

4

tr

0

tr

75

15

10

M106

60

8

12

12

5

tr

0

tr

90

10

tr

Qve

58

8

10

18

2

0

tr

tr

65

15

20

P295

60

7

15

12

1.5

tr

tr

tr

85

15

0

W53

27

9

20

22

7

2

8

tr

55

20

25

Q96

30

8

18

20

8

2

9

1

10

60

30

63

Archéométrie / Archaeometry Table 3. XRF analysis: results for the first group of samples (in %). Sample

Fe2O3

MnO

TiO

CaO

K2O

P2O3

SiO2

Al2O3

MgO

NaO

IL

L30

11.5

0.11

1.37

3.8

0.23

2.07

42.94

18.82

3.92

0.58

11.78

L96

6.73

0.05

1.16

0.81

2.38

0.75

63.05

14.29

1.77

0.24

6.94

Q12

2.93

0.03

0.42

0.45

3.69

0.71

64.88

18.65

1.05

1.59

5.03

Q22

4.01

0.03

0.9

0.14

2.24

0.67

71.85

13.12

1.07

0.39

5.04

R12

2.72

0.03

0.4

0.38

3.69

0.86

66.56

17.24

1.09

1.57

4.92

R22

6.16

0.04

0.85

1.6

3.95

1.86

57.73

19.7

1.4

2

4.15

R26

3.57

0.02

0.58

0.37

3.32

1.12

63.51

18.23

0.69

1.08

6.95

R30

10.03

0.11

1.6

3.87

0.45

1.19

47.64

20.95

4.12

2.7

6.45

R75

2.7

0.03

0.36

0.49

4.61

0.62

64.8

18.66

1.53

0.41

5.22

R104

6.32

0.04

0.88

1.59

3.78

2.11

55.45

20.28

1.62

2.72

4.67

R118

3.69

0.02

0.74

0.27

2.95

0.89

70.32

13.71

1.01

1.19

4.68

R130

4.18

0.01

0.49

0.71

2.04

1.12

62.91

17.97

1.1

2.91

6.67

R149

2.62

0.03

0.42

0.31

3.75

0.81

66.58

17.13

1.41

1.14

5.22

R182

3.83

0.03

0.51

0.62

3

0.5

64.36

17.72

1.67

1.27

5.87

R186

3.2

0.02

0.44

0.59

3.33

0.67

65.32

17.74

1.52

1.2

5.42

Table 4. XRF analysis: results for the second group of samples (in %). Sample

Fe2O3

MnO

TiO

CaO

K2O

P2O3

SiO2

Al2O3

MgO

NaO

IL

M36

67.84

16.54

0.81

1.45

5.26

2.82

0.03

0.41

0.38

3.39

0.62

V21

4.36

0.02

0.89

0.07

2.11

1.46

70.47

13.53

0.15

0.37

6.03

M87

11.01

0.1

1.38

3.17

0.18

1

46.38

22.44

3.95

1.73

7.82

M77

4.52

0.04

0.59

1.07

2.62

0.91

60.22

18.39

1.4

1.49

8.31

P70

7.48

0.06

1.11

1.49

1.27

0.58

61.82

16.25

2.06

1.25

6.04

M41

4.61

0.04

0.62

1.45

2.7

0.83

61.33

19.09

1.21

1.77

5.9

Q64

11.35

0.11

1.42

3.37

0.26

1.24

43.96

22.89

3.85

1.65

9.26

Q10

5.06

0.05

0.69

1.38

2.48

0.66

62.29

17.85

1.42

1.31

6.37

L96

3.27

0.03

0.39

0.32

3.35

0.71

65.25

18.25

0.69

1.46

5.85

W39

8.76

0.1

1.89

2.03

1.05

0.96

56.36

17

2.46

1.74

7.24

W31

4.26

0.02

0.88

0.11

2.12

1.89

72.43

12.99

0.3

0.28

4.83

L199

7.58

0.08

0.98

2.82

1.52

1.1

53.13

19.83

2.37

2.35

7.42

Q102

3.02

0.03

0.32

0.3

2.93

0.45

68.2

16.93

1.06

0.15

5.52

M106

2.42

0.02

0.28

0.63

4.4

0.98

64.67

16.23

0.71

2.19

6.61

Qve

7.83

0.08

1.09

1.05

1.39

1.57

58.81

16.11

2.37

0.97

8.79

P295

3.22

0.02

0.46

0.4

3.24

0.68

67.43

16.82

0.44

1.16

6.25

W53

11

0.09

1.31

3.05

0.33

1.36

45.74

22.52

3.42

1.59

9.65

Q96

11.06

0.1

1.37

3.37

0.31

0.98

47.45

21.18

3.4

1.71

9.11

The petrologic analysis through optical microscopy shows particles that have not suffered much erosion, indicating raw materials proceeding from nearby deposits. Regarding the manufacture process, the textural analysis points towards manual modelling without use of the potter’s wheel, either from the orientation of the bigger particles (parallel to the walls) or the pore morphology (enlarged parallel to the surface).

of fine equigranular sub-rounded grains, as shown on the study of the first group of samples (COROADO et al., 2001). DISCUSSION The PCA from the mineralogical data of the first phase revealed the clear separation of two samples (L30 and R30) from a core group, interpreted as a probable distinct provenance of raw materials (Fig. 3). The CA shows nearly the same sample association (Fig. 4).

This preliminary study allows the differentiation of at least two groups of samples: the first is composed of coarse and sub-rounded non-plastic grains and the second is constituted 64

J. Coroado et al.: Compositional and Textural Characterisation of a Group of Pottery Sherds from the Late Bronze Age...

Figure 3. Principal component analysis with varimax normalised rotation of XRD data for the first group of samples, after standardisation. The variance of the first two factors is 77.7%.

Figure 4. Cluster analysis of XRD data for the first group of samples, using the UPGMA method, after standardisation.

The second phase statistical study can be observed in Figures 5 and 6. These figures display two groups of samples: one composed by K64, M87, W53 and Q96, related with poor quartz fine texture, and the other is divided into two subgroups, the core group and the remaining with three samples, V21, P70 and M36.

The chemical results treated by PCA and CA (Figs. 7-8) also present the same two groups identified in the previous figures. The samples K64, K96, M67 and W53 constitute the group characterised by the lower contents in SiO2 and higher contents in Al2O3 and Fe2O3.

65

Archéométrie / Archaeometry

Figure 5. Principal component analysis with varimax normalised rotation of XRD data for the second group of samples, after standardisation. The variance of the first two factors is 88,5%.

Figure 6. Cluster analysis of XRD data for the second group of samples, using the UPGMA method, after standardisation.

Considering all mineralogical and chemical data (Figs. 910), the PCA and CA projections show a distribution that suggests one consistent core group comprising the majority

of the samples and two satellite groups, one, including samples K64, K96, M67 and W53, related with low quartz content and high content in Al2O3 and Fe2O3 (these values 66

J. Coroado et al.: Compositional and Textural Characterisation of a Group of Pottery Sherds from the Late Bronze Age...

Figure 7. Principal component analysis with varimax normalised rotation of XRF data for the second group of samples, after standardisation. The variance of the first two factors is 95,6%.

Figure 8. Cluster analysis of XRF data for the second group samples, using the UPGMA method, after standardisation.

CONCLUDING REMARKS

are related with an amorphous thermal phase resulting from the transformation of richer clayey fabric), the other, including samples M36, P70, R22, R30, R104 and V21, displays an intermediate composition and fabric.

The PCA and CA projections point out towards a group of samples reflecting the chemical and mineralogical 67

Archéométrie / Archaeometry

Figure 9. Principal component analysis with varimax normalised rotation of mineralogical and chemical data for both groups of samples, after standardisation. The variance of the first two factors is 89.7%

Figure 10. Cluster analysis of chemical and mineralogical data for both groups of samples, using the UPGMA method, after standardisation.

composition of locally made pottery. The differences presented by some of the samples, especially those belonging to the satellite groups, may represent a selection from raw materials exhibiting similar composition, in conformity with data of the optical microscopy analysis.

The mineralogical and the chemical composition are not so different, probably because the site’s geology is relatively homogeneous and rich in clay, silt and sand sedimentary units, like “Argilas de Tomar” and “Conglomerados de Serra de Almeirim” (BARBOSA, 1995), or even the alluvium 68

J. Coroado et al.: Compositional and Textural Characterisation of a Group of Pottery Sherds from the Late Bronze Age...

Bibliography

deposits. We still can find on these deposits loci with recent clay quarrying for a small scale production. The ceramic properties studied in open pits belonging to the “Argilas de Tomar” unit, not too far from the site, are consistent with the production of very good red ceramic materials (COROADO, 2001).

BARBOSA, B., 1995, Alostratigrafia e litostratigrafia das unidades continentais da Bacia Terciéria do Baixo Tejo - Relações com o Eustatismo e a tectónica. Universidade de Lisboa [PhD thesis]. COROADO, J.F., 2000, Propriedades cerâmicas das argilas das unidades litoestratigráficas “Argilas de Aveiro” e “Argilas de Tomar”. Universidade de Aveiro [PhD thesis].

With this kind of studies we intend to characterise the structural composition of the ceramic materials produced in Northern Ribatejo, and not only for those chronologically ascribed to the Late Bronze Age. We assume that, starting from a relevant set of chemical and mineralogical data and correlating it with the pottery morphological and functional information derived from archaeological classification, it is feasible the construction of models for the provenance of raw materials, at least in regions which show wide petrologic variations, as is the case of Northern Ribatejo.

COROADO, J. & CABRAL, J.M.P., 1995, Caracterização química de cerâmicas calcolíticas da Anta 1 de Val da Lage e do povoado do Maxial (Alto Ribatejo). Trabalhos de Antropologia e Etnologia 35 (3), p. 531-538. COROADO, J., FÉLIX, P., ROCHA, F. & GOMES, C., 2001, Caracterización química y mineralógica de cerámicas del Bronce Final en el Ribatejo Norte (centro de Portugal): primeros resultados de Quinta da Pedreira (Abrantes). In III Congreso Nacional de Arqueometría. Sevilla: Universidad de Sevilla, p. 293-300. FÉLIX, P., 1997, O final da Idade do Bronze no médio Tejo. Quinta da Pedreira (Abrantes): notícia de duas campanhas de escavações arqueológicas. Al-madan (II) 6, p. 33-37.

Research carried out under the project “O Bronze Final e a Transição para a Idade do Ferro no Ribatejo Norte” (19982001), with funding provided by the Instituto Português de Arqueologia.

FÉLIX, P., 2000, O final da Idade do Bronze no centro-oeste peninsular: a contribuição do Ribatejo Norte. In Congresso de Proto-História Europeia. Guimarães: Sociedade Martins Sarmento, Vol. II, p. 715-740.

Authors’ addresses

FÉLIX, P., TRIÃES, R., LENGUAZCO, R. & COROADO, J.F., 2002, Quinta da Pedreira (Abrantes, Portugal): a Late Bronze Age “farm” in the lower Tagus valley. This volume.

João COROADO, Paulo FÉLIX Instituto Politécnico de Tomar – Quinta do Contador, Estrada da Serra, 2300-313 TOMAR (PORTUGAL); [email protected]; [email protected]

ROCHA, F.T., 1998, Statistical analysis of mineralogical and geochemical parameters used as lithostatigraphic and environmental markers. In Proceedings of the 2nd Mediterranean Clay Meeting. Aveiro: Universidade de Aveiro, Vol. I, p. 128152.

Ricardo TRIÃES Master student at the Universidade de Aveiro, Departamento de Geociências – Campus de Santiago, 3810-193 AVEIRO (PORTUGAL)

SCHULTZ, L.G., 1964, Quantitative interpretation of mineralogical composition from X-Ray and chemical data for Pierre Shale. U.S. Geol. Surv. Prof. Paper, 391-C, p. 1-31. THOREZ, J., 1976, Practical Identification of Clay Minerals. Brussels.

Fernando ROCHA, Celso GOMES Universidade de Aveiro, Departamento de Geociências – Campus de Santiago, 3810-193 AVEIRO (PORTUGAL); [email protected]; [email protected]

TRIÃES, R., FÉLIX, P. & COROADO, J.F. (2000). Estudo da conservação de duas cerâmicas da estação do Bronze Final da Quinta da Pedreira (Rio de Moinhos, Abrantes). In A Investigação no Ensino Superior Politécnico. Santarém: Conselho Coordenador dos Institutos Superiores Politécnicos, Vol. I, p. 117-122.

69

Archéométrie / Archaeometry

70

G.F. Guidi et alii.: Corrélation par spectrométrie XRF des obsidiennes en provenance des sites archéologiques...

CORRÉLATION PAR SPECTROMÉTRIE XRF DES OBSIDIENNES EN PROVENANCE DES SITES ARCHEOLOGIQUES DE QUADRATO DI TORRE SPACCATA ET DE LA ZONE DE MACCARESE (ROMA) AVEC LES OBSIDIENNES DU BASSIN DE LA MÉDITERRANÉE G.F. GUIDI, P. MOIOLI, G. TROJSI, A.P. ANZIDEI & G. CARBONI

Résumé : En époque préhistorique et particulièrement pendant le Néolithique, l’obsidienne a été utilisée comme matière première pour la réalisation de différentes typologies d’objets. Par conséquent l’identification et la différentiation sur échelle chimique-phisique des divers bassins d’origine des obsidiennes contribue à fournir des informations sur les anciennes routes commerciales et sur les rapports économiques, sociaux et culturaux entre les différentes zones géographiques. La plupart des techniques diagnostiques, aujourd’hui utilisables, peuvent être employées pour déterminer la composition qualitative et/ou quantitative des éléments chimiques (majeurs, mineurs, en trace ou en ultra trace) présents dans chaque obsidienne. Quelques-une d’entre ces techniques, dont la plus utilisée est l’Activation Neutronique, sont des méthodologies analytiques complètement destructives. Dans le présent travail on va proposer l’utilisation du système de fluorescence X pas destructive et on va décrire les résultats des analyses effectuées sur des pièces archéologiques, qui proviennent des fouilles néo-énéolithiques de Quadrato di Torre Spaccata et de la zone de Maccarese (Roma) et sur les obsidiennes qu’ils sont présentes dans le bassin de la Méditerranée en se référant à l’Italie. En particulier on a analysé des échantillons de Pantelleria, Palmarola, Lipari, M.te Arci Sardegna, et on a soumis les données analytiques obtenues, à une analyse discriminante qui a permis de définir les différents champs de composition chimique des objets analysés, les mettant en étroite relation avec les gisements d’obsidienne. Abstract: In prehistoric time and especially during the Neolithic, the obsidian has been used like raw material for the different typologies of objects realization. Therefore identification and differentiation on chemico-physical scale of the various basins of origin of the obsidians contributes to provide us with some information on the former trade routes and on the economic, social and cultural reports between the different geographical areas. Most diagnostic techniques, today available, can be used to determine the chemical elemental composition (major, minor, in trace or ultratrace) present in every obsidian. These most frequently used techniques, including the Neutron Activation, are completely destructive methodologies. In the present work we propose the use of the non-destructive system of X-ray fluorescence, and we describe the analytical results, obtained on archaeological pieces coming from the Neo-Énéolithic excavations of Quadrato di Torre Spaccata and of the Maccarese area (Roma) and the italian obsidians of the Mediterranean Basin. In particular we analyze samples from Pantelleria, Palmarola, Lipari, and M.te Arci Sardinia, and we transforme the analytical results by means a software for the discriminative analysis. In this way, the different fields of the analyzed objects, based on their chemical composition, were defined and put in close relationship with the obsidian layers.

INTRODUCTION

qui peuvent se rapporter à des aspects occidentaux du type Chassey avec une faible incidence d’éléments de la facies Ripoli et Diana. La matière première utilisée pour la production d’instruments lithiques (environ 600 objets) est constituée pour 63% environ de silex avec une très faible incidence d’autres matières premières et pour 37% d’obsidienne. Les datations radiométriques AMS obtenues pour le site sont de 5270+70 e 5280+80 BP (Anzidei, Carboni 1995; Anzidei et alii, sous presse).

En accord avec ce qui se passe dans le reste de la péninsule italienne, on documente la diffusion de l’obsidienne dans le Latium à partir des premières phase du Néolithique. En particulier dans le territoire de Rome (Fig. 1), ou l’on atteste les phases les plus anciennes, on trouve de sites nombreux, attribuables à un moment récent et final du Néolithique, pendant lequel on documente d’échanges consistantes de matières premières utilisables tant pour la production d’instruments lithiques que pour d’objets ornementaux.

Dans la zone côtière au nord de Rome, relative à la Bonifica di Maccarese (site D), on a identifié un autre site qui peut se rapporter à la même bande chronologique qui a rendu des céramiques pour la plupart attribuables à un aspect de type occidental (Chassey). Dans l’emplacement du site on a identifié une sépulture féminine en fosse de terre avec trousseau.

A Quadrato di Torre Spaccata, site aux pentes des Colli Albani, le long d’un des affluents du fleuve Aniene, on a exploré une vaste portion de la paléosurface du Néolithique final sur laquelle on à identifié quelques structures fonctionnelles (foyers, fosses, pains d’argile etc.). Les céramiques présentent une nette prépondérance de formes

L’industrie lithique est constituée pour la plupart d’objets en silex (97%), tandis que l’obsidienne est représentée par peu 71

Archéométrie / Archaeometry

Fig. 1 - Carte de le territoire de Rome (Lazio)

RÉSULTATS

d’exemplaires (3% environ). Dans le deux sites on documente la présence, même si en peu d’exemplaires, de noyaux d’obsidienne. L’absence, dans le débitage, d’éclats corticaux, ferait hypothiser la circulation de petits blocs demitravaillés.

Dans le présent travail on a analysé 5 échantillons provenant du site D de la zone de Maccarese et 19 échantillons du site de Quadrato di Torre Spaccata. On a élaboré les résultats analytiques (tableau 1) par un programme de traitement statistique qui a permis de déterminer les corrélations entre les éléments analysés et de mettre en évidence les ressemblances et/ou les différences de composition entre les divers échantillons.

MÉTHODOLOGIES ANALYTIQUES La technique d’analyse utilisée est la fluorescence aux rayons X portative qui permet de déterminer de façon totalement pas destructive, la composition d’un objet par l’irradiation avec un faisceau de rayons X et la mesure de l’énergie et de la intensité de la radiation émise par l’objet.

Sur la base de ces résultats il est possible d’observer que les obsidiennes des gisements italiens (Pantelleria, Palmarola, Lipari, M.te Arci Sardegna) montrent des caractéristiques telles qu’elles permettent un leur différenciation.

Cette technique, même si elle offre des prestations inférieures tant à l’activation neutronique qu’à la fluorescence aux rayons X de type minéralogique– pétrographique (puisqu’elles ont besoin toute les deux d’échantillons moulus), permet, si l’on travaille par de tensions convenables et par des courants d’alimentation du générateur de rayons X, d’observer de façon rapide et absolument pas destructive les éléments en trace qui caractérisent les échantillons examinés (Moioli, Seccaroni 2000).

Maccarese De l’analyse statistique des données de fluorescence X de tous les éléments analysés dans les obsidiennes du site D de Maccarese, il est possible de remarquer que les échantillons D1,D2,D3 sont en corrélation avec le gisement de Lipari. Il semble que l’on peut attribuer l’échantillon D4 au gisement de Palmarola, tandis que le D5 devrait provenir du gisement 72

G.F. Guidi et alii.: Corrélation par spectrométrie XRF des obsidiennes en provenance des sites archéologiques...

Fig. 2 - Maccarese site D - Diagramme binarie Zr/Fe

Fig. 3 - Quadrato di Torre Spaccata - Diagramme binarie Zr/Fe

de M.te Arci. Dans l’illustration 2 on a reporté le diagramme binaire Zr/Fe qu’il est les plus significatif.

grandes incertitudes pour une limitée différenciation des éléments.

Quadrato di Torre Spaccata

Au premier groupe , en corrélation avec le gisement de Lipari , appartiennent 13 échantillons, au second en corrélation avec Palmarola, on peut attribuer 3 échantillons et à celui de M.te Arci 3 échantillons, comme on peut bien observer dans l’illustration 3 où l’on a reporté le diagramme binaire Zr/Fe.

Pour les objets provenant du site de Quadrato di Torre Spaccata, on peut, paraît-il , les attribuer raisonnablement a 3 groupes bien différents, même s’ils présentent de plus 73

Archéométrie / Archaeometry

CONCLUSIONS

ANZIDEI A. P. Soprintendenza Archeologica di Roma, P.le delle Finanze 1 - 00185 Roma ITALIE

Ces données sont préliminaires et constituent la base de départ d’un plus vaste travail qui prévoit les analyses de toute une série d’échantillons provenant d’autres sites archéologiques de la zone située autour du territoire de Rome, qui pourront confirmer ou moins les résultats jusqu’ici obtenus.

CARBONI G. Dip. Scienze Storiche, Archeologiche e Antropologiche dell’Antichità Università degli Studi di Roma La Sapienza, P.le Aldo Moro 5 - 00185 Roma ITALIE

Le but de la recherche est celui de mettre en évidence d’éventuels contacts parmi les divers sites de la zone et d’établir les possibles routes commerciales entre ces dernières et les gisements de provenance.

Bibliographie ANZIDEI, A.P., CARBONI, G., 1995, L’insediamento preistorico di Quadrato di Torre Spaccata (Roma) e osservazioni su alcuni aspetti tardo neolitici ed eneolitici dell’Italia centrale, Origini XIX, p. 55-325.

La caractérisation chimique-phisique de l’obsidienne sarde, pontine et éolienne, encadrée dans une activité florissante d’échanges qui touche et se développe le long de toute la côte tyrrhénienne dans la phase finale du Néolithique, jusqu’à la partie méridionale de la France, ainsi que témoignent les nombreuses fouilles et analyses sur les objets archéologiques effectuées dans les années dernières, permettra d’individuer les corrélations nécessaires à ce but.

ANZIDEI, A.P., CARBONI, G., CELANT, A., (sous presse), Il popolamento del territorio di Roma nel tardo Neolitico e nell’Eneolitico iniziale: aspetti culturali ed ambientali, in Atti del Convegno Il declino del mondo neolitico. Ricerche in Italia centro-settentrionale fra aspetti peninsulari, occidentali e nordalpini, (Pordenone, 5-7 aprile 2001).

Adresses des auteurs

CARBONI, G., SALVADEI, O., 1993, Indagini archeologiche nella piana della Bonifica di Maccarese (Fiumicino-Roma).Il neolitico e l’eneolitico, in Origini XVII, p. 255-286.

GUIDI G. F., MOIOLI P., TROJSI G. ENEA,C.R. Casaccia, V. Anguillarese, 301 00060 S. Maria di Galeria, Roma ITALIE

MOIOLI, P., SECCARONI, C., 2000, Analysis of art object using a portable X-Ray fluorescence spectrometer, in X-Ray Spectrometry 29, p. 48-52.

74

M. Sozzi et al.: Geochemical Characterization of the Siliceous Raw Materials from the Acheulean Site of Cimitero Di Atella

GEOCHEMICAL CHARACTERIZATION OF THE SILICEOUS RAW MATERIALS FROM THE ACHEULEAN SITE OF CIMITERO DI ATELLA (POTENZA, SOUTHERN ITALY) Massimo SOZZI, Francesco BERNA, & Sergio VANNUCCIg

Résumé : Depuis quelques années le Dipartimento di Scienze della Terra et les Laboratori di Antropologia de l’Université de Florence sont en train de conduire des recherches sur les matières premières siliceuses utilisées pour la préparation des objects lithiques préhistoriques dans le but d’en effectuer une caractérisation géochimique-pétrographique. Les raisons de cette caractérisation sont, essentiellement, de déterminer des paramètres qui puissent permettre de distinguer les populations de la matière première siliceuse provenant de sites différents et, sur la base de ces paramètres, de localiser les gîtes géologiques d’origine des échantillons étudiés afin de contribuer à l’étude des déplacements éventuels et, donc, du comportément de l’homme préhistorique. Jusqu’à présent ces recherches ont intéressé les objets en silex provenant des gisements paléolithiques d’Isernia La Pineta (Sozzi et al. 1994), Ca’ Belvedere di Monte Poggiolo (Corazza et al. 1998) et Bilancino (Aranguren et al., dans ces Actes). Dans cette étude nous avons conduit des analyses chimiques comparatives détaillées des matières premières siliceuses des artifacts de l’industrie lithique de l’Acheuléen inférieur du Cimitero di Atella (Basilicata, Italie méridionale) avec les échantillons géologiques siliceux repérés dans la région. Cette étude chimique (XRF, AAS, calcination) s’est rendu nécessaire afin de clarifier et confirmer l’identité des groupes précédemment étudiés soit pétrographiquement (étude de lames minces) soit minéralogiquement (XRD) (Sozzi et al. 2001). La composition chimique des matières premières étudiées confirme l’identité des groupes précédemment déterminés et la grande hétérogénéité des matières premières siliceuses du gisement du Cimitero di Atella par rapport à celles des industries lithiques d’Isernia La Pineta et Ca’ Belvedere di Monte Poggiolo précédemment étudiées. Tout ça donne valeur à l’hypothèse d’une provenance géologique différente parmi les matières premières du Cimitero di Atella. Abstract: Since the early nineties, researchers of Dipartimento di Scienze della Terra and Laboratori di Antropologia of the Florence University have performed petrographic and geochemical characterizations of the siliceous raw materials from the Italian Lower Palaeolithic (LP) sites of Isernia la Pineta (Sozzi et al., 1994), Ca’ Belvedere di Monte Poggiolo (Corazza et al., 1998) and Bilancino (Aranguren et al., in these acts). The goals of these studies are to determine to what extent the LP men selected the raw material for the preparation of their tools and to locate the areas of collection of these raw materials. In the present work the results of the geochemical characterization of the siliceous raw materials excavated at the Acheulean site of Cimitero di Atella are reported. This geochemical study (XRF, AAS, calcination) was necessary in order to define and confirm better the siliceous rock groups previously identified by petrographical and mineralogical methodologies (thin section analyses, XRD; Sozzi et al., 2001): three main different siliceous lithological types have been identified among the raw materials found at Cimitero di Atella. The first one, an exceptionally porous type, was used for the making of most of the bifaces. This rock, defined as “porous radiolarite”, was never described before as raw material in any other Italian LP site. The second one is a very heterogeneous chert exploited by the LP men mainly for the flake industry characterised by denticulates and small abruptly retouched lithic objects. The third raw material, quartzite, is a minor component of the assemblage and is employed both for bifaces and smaller artifacts. These findings show that at Atella the Acheulean men selected a very specific raw material (porous radiolarite) for the preparation of light bifaces, probably used for a particular elephant hunting technology (Borzatti von Löwenstern & Sozzi, 1996). The chemical composition of the studied raw materials proves the real existence of the three siliceous lithological types previously studied (Sozzi et al., 2001) and the high heterogeneity of siliceous raw materials of the Cimitero di Atella site compared to the lithic industry ones of Isernia la Pineta and Ca’ Belvedere di Monte Poggiolo. This confirms the hypothesis of the different geological source among the Cimitero di Atella siliceous raw materials.

INTRODUCTION

Laboratori di Antropologia of the University of Florence. The main objectives of this research are: firstly, to locate the areas of collection of the chert by identifying petrographic and geochemical parameters recognizable both in the artifacts and in the geological sources; and secondly, to examine to what extent the Lower Palaeolithic (LP) humans selected raw material for their tools.

The geological origin and the petrographic and geochemical characteristics of the siliceous raw materials from the Acheulean Site of Cimitero di Atella, Potenza (Southern Italy) (Borzatti von Löwenstern & Sozzi, 1996; Borzatti von Löwenstern et al., 1997; 1998) have been thoroughly investigated.

Two previous studies focused on the raw materials found in the LP sites of Isernia la Pineta, in Southern Italy (Sozzi et al., 1994) and Ca’ Belvedere di Monte Poggiolo, in Northern Italy (Corazza et al., 1998). At Atella, Sozzi et al. (2001) have analyzed the mineralogical and petrographic characteristics of the siliceous raw materials. They distinguished three main siliceous lithological types: chert sensu strictu (s.s.), quartzite and a particular kind of siliceous

This investigation belongs to an Archaeometry research project that, since the early nineties, has been carried out jointly by Dipartimento di Scienze della Terra 1 and 1

I would like to dedicate this work to my friend the late Prof. Sergio Vannucci, with whom I collaborated for many years in the field of Archaeometry. He prematurely died just before this research was completed - Massimo Sozzi.

75

Archéométrie / Archaeometry

samples, while with 23/24 samples r must be ≥ 0,56). On the contrary, for radiolarites and quartzites the variation of the silica are not Ca dependent (Fig. 3); this chemical “behavior” is probably also related to the proportional amount of clay minerals.

rock that they named porous radiolarite (Borzatti von Löwenstern et al., 1992). It is important to stress that Cimitero di Atella is the only Italian LP site where porous radiolarite has ever been documented as a prehistoric raw material. In the present work the results of the geochemical characterization of the three lithological types found at Atella are reported. The chemical composition of the different raw materials have been analyzed and compared with the chemical compositions of the chert from Isernia La Pineta and Ca’ Belvedere di Monte Poggiolo.

The correlation Al2O3-K2O (Fig. 4) is highly significative, but a certain degree of dispersion is surprisingly evident among the radiolarite and quartzite group. In these two lithological types aluminum and potassium should be strictly linked to a XRD detected clay mineral of the illite group (Sozzi et al., 2001). This mineral phase, in fact, is considered the cause of the relatively high Al2O3 and K2O concentrations. Therefore, the radiolarite and quartzite dispersed pattern could be explained with the presence of clay minerals (other than illite) that do not contain K, such as chlorite and vermiculite. On the other hand, only cherts s.s. show high linear correlation (r = 0,93) and in this lithological type only small amounts of illite are presumably present.

MATERIALS AND METHODS Following a vast survey of the region around Atella, raw materials samples were collected inside the excavation, in several nearby surfaces (chronologically correspondent to the excavation layers) and in rock outcrops (Sozzi et al. 2001). A total of 37 samples, both archaeological and geological, were analyzed (Tab.1)2: 26 specimens of chert s.s., 6 of porous radiolarite, 3 of quartzite, and 2 limestone portions associated with chert. The mineralogy of the samples was determined by X-Ray Diffractometry (XRD) and the petrographic characteristics were analyzed in thin section with the polarizing microscope (Sozzi et al., 2001). Chemical analyses were performed on a total of 33 samples: 24 cherts s.s., 6 porous radiolarites and 3 quartzites. Si, Al, Fe, K, Mn, P, Ca, Ti, Zr, Y, Rb, Nb, Sr, La, Ce, Cr, Ba were analyzed by X-Ray Fluorescence Spectrometry and Na and Mg by Atomic Absorption Spectrophotometry. The loss on ignition (L.O.I.) analyses was performed heating 500 mg aliquots of previously desiccated (at 105°C) samples at 950°C.

The K2O-Na2O correlation (Fig. 5), it is also statistically significative (r = 0,56), but the radiolarite and quartzite group shows high dispersion pattern, which greatly lowers the value of r. In the chert s.s. group, where a tendency towards a positive linear correlation is expected, almost all the samples show K2O values between 0 and 0,1%. Taking into account the possible analytical errors, it can be deduced that there is not correlation between the two variables. Namely, in the chert s.s. group, the variations of Na2O are completely independent from those of K2O. In the CaO-LOI chart (Fig. 6), where the excessive clustering of the values does not allow a clear distinction among the three lithological types, cherts s.s. show the expected close correlation CaO-L.O.I. On the other hand, having expanded the x-axis (Fig. 7), the radiolarites and the quartzites do not show a CaO-LOI correlation, according to the fact that there is no calcite in them.

RESULTS The chemical composition of the cherts s.s., the porous radiolarites and the quartzites sampled at Atella are reported respectively in Tables 2, 3 and 43. In Figures 1-8 two variables diagrams of the major oxide couples are plotted. In the SiO2Al2O3 chart (Fig. 1) a notably overall dispersed pattern of the values and the absence of significative statistic correlation (r = 0,16) are evident. Porous radiolarites and quartzites differ from the cherts s.s. for their higher values of alumina (≥ 1%) and form a considerably dispersed group that on the other hand shows the tendency to a negative linear correlation (y = -0.3302x + 33.126; r = 0.89), probably due to the presence of clay minerals in both these lithological types. Cherts s.s. also form a rather dispersed group.

In the MgO-K2O chart (Fig. 8), even though the linear correlation between the two variables is significative (r = 0,62), a largely dispersed pattern is evident amongst both the radiolarite and quartzite group and the chert s.s. group. Moreover the values of the latter lithological type are aligned with the x-axis. DISCUSSION The two variable diagram analyses show that the populations of the raw material samples studied at Atella is highly heterogeneous. These results are in full agreement with what was found in the mineralogical and petrographic investigation (Sozzi et al., 2001).

In the SiO2-CaO diagrams (Figs. 2 and 3) cherts s.s. show, as expected, a negative correlation (Fig. 2) (in order to have a significative linear correlation r must be ≥ 0,45 with 33 2

3

The terminology used in Table 1 for the description of the texture of the lithological types refers to Sozzi et al., 1998. The additional term P, was specifically introduced to describe a peculiar type of chert found at Atella, namely porous radiolarite; the P symbol is also used for those cherts s.s. with a porous texture, such as samples H.1 and 246.

The petrographic investigations demonstrated that the prehistoric men of Cimitero di Atella used for their tools three different siliceous raw materials: cherts s.s., porous radiolarites and quartzites (Sozzi et al., 2001). The porous radiolarites differ from the cherts s.s. for the relatively higher concentrations of Fe, Al, K, Na and Mg oxides (Tables 2 and

In Tables 2, 3, 4 and 5 the conventional magmatic rocks distinction between main elements (expressed as weight percent of their oxides) and trace elements (expressed as ppm) is used.

76

M. Sozzi et al.: Geochemical Characterization of the Siliceous Raw Materials from the Acheulean Site of Cimitero Di Atella Table 1. Macroscopic characters of siliceous raw materials from Atella CHERT s.s. Sample

Typology

Texture*

Colour

C

Artifact

Ah

7.5YR 5/0 gray

CP.1

Artifact

Bd (C)

5R 5/1 bluish gray-5Y 6/1 light gray

CP.2

Artifact

Bh

2.5YR 5/0 gray

CP.3

Artifact

Ad

2.5YR 6/0 gray

CP.5

Pebble

Bh (C)

Not determinable

CP.8

Artifact

Ah

10YR 7/2 light gray

CP.10

Artifact

Bh (C)

Not determinable

CP.11

Pebble

Bh

7.5YR 7/0 light gray

CP.12

Artifact

Ch

10YR 8/1 white

CS.1

Artifact

Bh (C)

10YR 7/1 light gray

CS.3

Artifact

Bh

10R 4/1 dark reddish gray

CS.4

Artifact

Bh

5YR 5/1 gray

CS.7

Artifact

Bh (C )

7.5YR 8/l white

CS.8

Artifact

Bd (C )

2.5R 6/0 gray

CS.10

Artifact

Ad (P)

5YR 5/1 gray-7.5YR 8/2 pinkish white

H.1

Pebble

Ph

7.5YR 8/0 white

H.2

Artifact

Ab

10YR 6/3 pale brown

QL.2a

Pebble

Ah

10YR 4/1 dark gray

QL.4

Pebble

Ah

5YR 3/1 very dark gray

QL.5

Pebble

Ah

2.5YR 5/0 gray

QL.7

Pebble

Ab

7.5YR 7/2 pinkish gray

QL.8

Pebble

Ab

10YR 4/1 dark gray

QL.9a

Pebble

AbBd

10YR 6/1 gray

QL.10

Pebble

Bd

10YR 5/2 light graysh brown -7.5YR 6/2 pinkish gray

GH

Artifact

Bh (Ch)

7.5YR 7/2 gray (Bh) + 7.5YR 5/0 pinkish gray (Ch)

246

Artifact

Pb

10YR 8/1 white

AC.13

Artifact

PhAh

QL.6**

Pebble

PhAb

not determinable

F.1

Pebble

Ph

2.5Y 7/2 light gray

POROUS RADIOLARITE 2.5Y 8/2 white (Ph)-10YR 5/1 gray (Ah)

SS

Pebble

Ph

10YR 8/4 very pale brown

RR.2

Pebble

Ph

10YR 8/1 white

RPS.1

Artifact

PhAh

10YR 8/2 white (Ph) + 7.5YR 4/0 dark gray (Ah)

QUARTZITE QL.3

Pebble

QL.11 CP.4 QL.2b

Pebble

Limestone

7.5YR 8/0 white

QL.9b

Pebble

Limestone

7.5YR 8/2 pinkish white

Quartzite

7.5YR 7/2 pinkish gray

Artifact

Quartzite

7.5YR 5/2 brown

Artifact

Quartzite

7.5YR 5/0 gray

LIMESTONE PORTIONS

* Secondary texture is reported in parentheses. ** QL.6 is defined as porous radiolarite (Ph portion) for its geochemical composition. The petrographic analyses showed a structure very similar to specimen H.1.

3). These concentrations are related to the impurities dispersed in the matrix that can be observed with the polarizing microscope. Thin section analyses also disclosed clay impurities in the silica cement of the quartzites and these

inclusions are at the origin of quartzites distinctive chemistry (Tab. 4). Chert samples that are macroscopically porous (e.g. samples H.1 and 246) cannot be correlated to the porous radiolarites, neither after petrographic analyses or after 77

0.02

0.04

0.07

--

0.12

1.10

Na2O

K2O

MnO

P2O5

L.O.I.

78

13

37

6

Cr

Ce

Ba

23

Sr

La

--

22

Nb

--

3

Y

Rb

19

Zr

ppm

0.12

0.12

11

344

tr

16

18

--

--

tr

115

1.10

0.02

0.05

0.01

0.01

0.01

0.03

0.04

--

0.45

6

90

--

13

10

--

--

tr

17

11

52

--

20

15

--

--

tr

90

1.96 0.98

--

0.01

0.01

0.03

--

0.08

18

46

tr

18

30

--

2

tr

37

2.14

0.01

0.01

0.06

0.06

0.02

2.68

-0.23

0.22

MgO

0.48

-0.12

0.14

0.41

-0.05

0.05

CaO

-0.15

0.12

-0.07

CP.5

0.26

CP.3

TiO2 Fe2O3

CP.2

Al2O3

CP.1

97.82 97.93 97.80 98.22 94.58

246

SiO2

%

9

21

--

14

75

--

--

tr

19

5.31

0.01

0.01

0.01

0.04

0.05

7.36

-0.06

0.08

87.07

CP.11

9

23

tr

15

11

--

--

tr

16

1.18

0.03

--

0.02

0.03

--

0.60

-0.05

0.12

97.98

CP.12

CS.3

7

33

tr

12

10

--

--

tr

17

0.98

0.01

0.01

0.02

0.07

--

0.13

-0.06

0.13

4

277

2

--

39

--

--

tr

60

2.29

0.01

0.01

0.04

0.06

--

0.98

-0.09

0.15

98.60 96.38

CS.1

11

308

tr

13

59

--

--

tr

18

4.84

0.03

0.02

0.03

0.07

0.03

6.29

-0.15

0.15

88.40

QL.2a

Table 2. Chemical composition and trace elements of cherts s.s. studied. QL.5

4

349

2

--

22

--

--

tr

38

1.88

0.01

0.01

0.02

0.14

--

0.07

-0.30

0.10

6

44

tr

17

10

--

--

tr

21

1.48

--

0.01

0.01

0.06

0.06

0.08

-0.05

0.05

97.47 98.20

QL.4

7

101

tr

13

18

--

--

tr

24

1.78

0.01

0.02

0.03

0.10

--

1.17

-0.42

0.26

96.20

QL.6a

QL.8

9

74

2

21

112

--

--

tr

24

15.2

0.02

0.15

0.03

0.05

0.09

22.35

-0.53

0.23

6

47

tr

18

10

--

--

tr

30

0.95

--

--

0.01

0.12

--

0.04

-0.08

0.07

61.36 98.72

QL.7

11

226

tr

--

24

--

--

tr

18

2.23

0.02

0.01

0.04

0.05

0.04

2.26

-0.06

0.20

95.09

QL.9a

7

387

3

11

--

--

--

tr

21

3.26

0.01

0.03

0.02

0.09

--

3.07

-0.36

0.12

93.04

QL.10

H.2

CS.4

CS.7

CS.8

13

96

tr

18

25

--

5

tr

28

1.17

0.03

0.01

0.14

0.09

0.03

0.21

0.01 0.23

0.64

7

24

tr

12

14

--

--

tr

19

0.86

0.04

0.01

0.04

0.05

--

0.12

-0.04

0.19

4

9

tr

--

35

--

--

tr

19

1.16

--

0.01

0.02

0.02

0.08

0.86

-0.33

0.11

9

89

tr

12

23

--

--

tr

20

1.12

0.01

--

0.03

0.07

--

0.52

-0.04

0.13

6

94

5

15

38

--

--

tr

42

2.61

0.01

0.02

0.04

0.03

0.15

1.95

-0.06

0.16

97.44 98.64 97.41 98.08 94.97

H.1

7

190

10

23

29

--

--

tr

42

2.12

0.08

0.01

0.08

0.10

--

0.72

-0.10

0.44

96.36

AC.13a

13

309

2

22

53

--

11

tr

23

2.82

0.01

0.03

0.13

0.17

0.12

1.55

0.01 0.34

0.93

93.88

RPS.1s

Archéométrie / Archaeometry

M. Sozzi et al.: Geochemical Characterization of the Siliceous Raw Materials from the Acheulean Site of Cimitero Di Atella Table 3. Chemical composition and trace elements of porous radiolarites studied

Table 4. Chemical composition and trace elements of quartzites studied

%

AC.13b

QL.6b

RPS.1c

SS

F.1

RR.2

%

QL.3

QL.11

CP.4

SiO2

93.34

91.85

95.02

92.31

88.64

92.50

SiO2

95.07

96.78

93.88

Al2O3

2.98

2.88

1.79

2.79

3.51

2.94

Al2O3

1.71

0.97

1.39

TiO2

0.08

0.04

0.04

0.11

0.12

0.12

TiO2

0.18

0.26

0.55

Fe2O3

0.79

2.44

0.49

1.85

3.65

1.26

Fe2O3

0.71

0.52

2.18

CaO

0.22

0.17

0.27

0.41

0.61

0.45

CaO

0.13

0.10

0.14

MgO

0.16

0.11

0.10

0.20

0.28

0.26

MgO

0.05

0.03

0.32

Na2O

0.16

0.07

0.14

0.04

0.18

0.25

Na2O

0.09

0.21

0.09

K2O

0.42

0.18

0.23

0.56

0.79

0.51

K2O

0.58

0.34

0.03

MnO

0.01

0.13

0.01

0.01

0.01

0.01

MnO

0.03

0.01

0.01

P2O5

0.03

0.02

0.01

0.13

0.15

0.12

P2O5

0.02

0.01

0.02

L.O.I.

1.82

2.12

1.90

1.58

2.06

1.58

L.O.I.

1.43

0.78

1.42

ppm

ppm Zr

44

44

32

55

55

59

Zr

251

488

965

Y

tr

tr

tr

18

9

9

Y

tr

3

12

Rb

14

15

--

35

131

29

Rb

15

8

2

Nb

--

--

--

--

5

6

Nb

--

--

6

Sr

41

26

27

54

56

70

Sr

40

26

55

Ce

22

17

21

39

38

34

Ce

26

36

49

La

8

6

2

18

14

21

La

12

6

10

Ba

137

316

279

126

184

122

Ba

290

251

121

Cr

14

37

18

20

23

Cr

11

14

26

6

—: absent or under the detection limit tr : concentrations < 1ppm

•

Figure 1. SiO2-Al2O3 (24 cherts s.s.: o; 6 radiolarites: ; 3 quartzites: x). The straight line refers only to the groups formed by radiolarites and quartzites

looking at their chemical composition since it resulted strictly comparable with the one of the cherts s.s. (Tab.2).

Poggiolo (Tab. 5). The cherts from Monte Poggiolo resulted to be on average more heterogeneous than the ones from Isernia (Sozzi et al., 1998), as it can be deduced by the s and C reported in Table 5. A group of “red cherts” was separated among the population of Monte Poggiolo and it resulted to be a rather homogenous group while the rest showed even greater heterogeneity.

The lithological types sampled at Atella clearly resulted to have their own peculiar geochemical characteristics, especially when compared with the general data of the raw materials from the sites of Isernia la Pineta and Monte 79

Archéométrie / Archaeometry

Figure 2. SiO2-CaO (24 cherts s.s.: o).

•

Figure 3. SiO2-CaO (6 radiolarites: ; 3 quartzites: x).

•

Figure 4. Al2O3-K2O (24 cherts s.s.: o; 6 radiolarites: ; 3 quartzites: x). 80

M. Sozzi et al.: Geochemical Characterization of the Siliceous Raw Materials from the Acheulean Site of Cimitero Di Atella

•

Figure 5. K2O-Na2O (24 cherts s.s.: o; 6 radiolarites: ; 3 quartzites: x).

Figure 6. CaO-L.O.I. (24 cherts s.s.: o).

•

Figure 7. CaO-L.O.I. (6 radiolarites: ; 3 quartzites: x) 81

0.010

0.012

0.010

0.023

0.009

--

0.264

0.391

0.106

0.032

0.018

0.014

0.012

1.536

TiO2

Fe2O3

CaO

MgO

Na2O

K2O

MnO

P2O5

L.O.I.

82

n.d.

n.d.

98.0

2.2

Ce

La

Ba

Cr

--

1.2

92.5

--

--

4.5

54.55

94.39

--

--

31.25

--

--

16.07

168.32

25.59

75.00

164.29

55.56

37.50

9.43

130.43

20.45

--

45.28

1.07

C

19.4

318.2

5.5

0.6

26.2

--

2.9

5.5

15.8

1.522

0.013

0.006

0.065

0.056

0.029

0.583

0.256

--

0.329

97.140

x

31.7

569.2

3.6

3.0

21.5

--

4.2

5.7

4.1

0.619

0.010

0.005

0.072

0.041

0.031

0.910

0.333

--

0.370

1.725

σ 1.78

C

163.40

178.88

65.45

500.00

82.06

--

144.83

103.64

25.95

40.67

76.92

83.33

110.77

73.21

106.90

156.09

130.08

--

112.46

Monte Poggiolo (23 samples)

— : Absent or under the detection limit. n.d. : not determined

--

14.4

Sr

--

Nb

0.9

5.6

Y

Rb

--

17.0

0.393

0.054

--

0.048

10.1

Zr

ppm

0.510

0.106

Al2O3

1.044

97.523

SiO2

σ

x

%

Isernia La Pineta (18 samples)

12.6

237.7

5.4

--

25.7

--

6.0

5.0

16.8

1.738

0.026

0.008

0.116

0.088

0.036

0.436

0.272

--

0.566

96.714

x

2.5

77.9

1.0

--

8.1

--

1.1

0.0

0.9

0.253

0.005

0.004

0.021

0.001

0.026

0.339

0.041

--

0.116

0.808

σ

19.84

32.77

18.52

--

31.52

--

18.33

0.00

5.36

14.56

19.23

50.00

18.10

1.14

72.22

77.75

15.07

--

20.49

0.84

C

M. Poggiolo red cherts (5 samples)

22.1

340.5

5.5

0.8

26.3

--

2.0

5.6

15.6

1.462

0.010

0.006

0.051

0.047

0.027

0.623

0.252

--

0.263

97.258

x

34.4

644.6

4.0

3.4

24.1

--

4.3

6.4

4.6

0.681

0.008

0.005

0.075

0.042

0.033

1.015

0.379

--

0.391

1.905

σ

155.66

189.31

72.73

425.00

91.63

--

215.00

114.29

29.49

46.58

80.00

83.33

147.06

89.36

122.22

162.92

150.40

--

148.67

1.96

C

M. Poggiolo other chert (18 samples)

11.0

154.4

4.1

18.4

33.2

0.5

8.1

1.6

83.9

2.275

0.031

0.023

0.139

0.088

0.066

1.707

0.541

0.046

0.788

94.276

x

7.4

117.6

5.9

11.3

23.4

1.7

23.7

4.2

181.4

2.533

0.041

0.037

0.205

0.055

0.088

4.072

0.832

0.109

1.067

6.670

σ C

67.27

76.17

143.90

61.41

70.48

340.00

292.59

262.50

216.21

111.34

132.26

160.87

147.48

62.50

133.33

238.55

153.79

236.96

135.41

7.07

Cimitero di Atella (33 samples)

8.1

136.3

1.6

13.6

29.3

--

0.8

0.1

32.4

2.515

0.021

0.022

0.040

0.070

0.028

2.268

0.165

0.001

0.210

94.655

3.8

125.4

3.3

7.2

24.8

--

2.4

0.6

24.4

2.940

0.027

0.036

0.035

0.037

0.039

4.675

0.142

0.003

0.200

7.709

σ

46.91

92.00

206.25

52.94

86.64

--

300.00

600.00

75.31

116.90

128.57

163.64

87.50

52.86

139.29

206.13

86.06

300.00

95.24

8.14

C

C. Atella cherts s.s. (24 samples)

x

Table 5. Average chemical compositions of siliceous raw materials from Atella and the other Italian prehistoric sites studied

19.7

194.0

11.5

28.5

45.7

1.8

37.3

6.0

48.2

1.843

0.077

0.030

0.448

0.140

0.185

0.355

1.747

0.085

2.815

92.277

x

10.3

84.0

7.4

9.6

17.5

2.9

47.5

7.3

10.1

0.231

0.063

0.049

0.225

0.076

0.075

0.165

1.170

0.038

0.562

2.103

σ

17.0

220.7

432.9 9 52.28

9.3

37.0

40.3

2.0

8.3

5.0

568.0

1.210

64.35

33.68

38.29

121.6 7 127.3 5 161.1 1

20.95

12.53

0.017

0.017 81.82

0.317 163.3 3

0.130

0.133

0.123

1.137

0.330

1.357

95.243

x

7.9

88.5

3.1

11.5

14.5

3.5

6.5

6.2

363.7

0.372

0.006

0.012

0.276

0.069

0.162

0.021

0.909

0.195

0.371

1.458

σ

46.47

40.10

33.33

31.08

35.98

175.00

78.31

124.00

64.03

30.74

35.29

70.59

87.07

53.08

121.80

17.07

79.95

59.09

27.34

1.53

C

C. Atella quartzites (3 samples)

50.22

54.29

40.54

63.53

66.97

44.71

19.96

2.28

C

C. Atella p. radiolarites (6 samples)

Archéométrie / Archaeometry

M. Sozzi et al.: Geochemical Characterization of the Siliceous Raw Materials from the Acheulean Site of Cimitero Di Atella

•

Figure 8. MgO-K2O (24 cherts s.s.: o; 6 radiolarites: ; 3 quartzites: x)

radiolarite and quarzite) already defined by petrographic investigations (Sozzi et al., 2001). In fact, the two variable diagram analyses show that the populations of the siliceous samples studied at Atella is highly heterogeneous. This heterogeneity is confirmed by comparing the chemical composition of Atella raw materials with the data of similar investigations performed at the Palaeolithic sites of Isernia la Pineta and Monte Poggiolo (Tab. 5). These results demonstrate that the raw materials from Atella belong to different geological sources.

Analyzing the general values, the raw materials found at Atella appear to be more heterogeneous then the ones from Monte Poggiolo. This comprehensive heterogeneity derives from the presence of two groups with particular geochemical characteristics, namely the porous radiolarites and the quartzites, but also from the intrinsic heterogeneity of the cherts s.s.. Specifically, at Atella, the average geochemical composition of the porous radiolarites and quartzites differs from the one of the cherts s.s. (Tab. 5) for the following reasons: - porous radiolarites and quartzites have appreciable amount of Ti;

At Atella, by performing more analyses on new samples, the following open questions have to be solved:

- porous radiolarites and quartzites have contents of Al2O3, TiO2, Fe2O3, Na2O e K2O higher than the cherts s.s. of Atella, Isernia and Monte Poggiolo; these oxides values undoubtedly depend on the clay minerals (in the mass of the porous radiolarites and in the cement of the quartzites), on the iron oxides and on other minor mineral phases not identifiable in thin section;

1. The genesis of porous radiolarite; 2. The genetic relation between the cherts s.s. defined as “porous” and porous radiolarite; 3. The geological origins of the three siliceous raw materials. Specifically, by means of further analyses and the statistical processing of the data, any relation among cherts s.s. and quartzite from the excavation and the ones sampled in the Ql1 geological formation (Sozzi et al., 2001) will be tested.

- high contents of Zr (averages: 84 ppm at Atella, 10 ppm at Isernia La Pineta and 16 ppm at Monte Poggiolo), especially in the quartzites (average: 568 ppm) in which significative trace of Zircon was identified by thin section analyses amongst the accessory mineral phases;

Authors’ addresses

- presence of Nb both in porous radiolarites and quartzites, not detected in the cherts from Atella or Isernia La Pineta and Monte Poggiolo;

Dr. Massimo SOZZI Laboratori di Antropologia del Dipartimento di Biologia Animale e Genetica, Universitá degli Studi di Firenze Via del Proconsolo 12 50122 Firenze, ITALIA

- notable high concentration of Sr (40-45ppm) in porous radiolarites and quartzites, although these two lithological types do not contain calcite (Sozzi et al., 2001).

Dr. Francesco BERNA Dipartimento di Scienza del Suolo e Nutrizione della Pianta Universitá degli Studi di Firenze Piazzale delle Cascine 16 50144 Firenze, ITALIA

CONCLUSIONS As it follows from the discussion of results, the geochemical investigations on siliceous raw material samples collected at Atella Acheulean site disclosed very peculiar geochemical characteristics of the three lithological types (chert s.s., porous

Prof. Sergio VANNUCCI Dipartimento di Scienze della Terra 83

Archéométrie / Archaeometry

Universitá degli Studi di Firenze Via La Pira 4 50121 Firenze, ITALIA

BORZATTI VON LÖWENSTERN, E., SOZZI, M., & VANNUCCI, S., 1992, I manufatti preistorici in “radiolarite porosa” del Cimitero di Atella (PZ). Studi per l’Ecologia del Quaternario, vol. 14, p. 7-13.

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84

A. Traverso et al.: The Communication on Archaeological Sites: The European Project of PAST

THE COMMUNICATION ON ARCHAEOLOGICAL SITES: THE EUROPEAN PROJECT OF PAST A. TRAVERSO, S. CAMPI, S. TINÉ, M. ANCONA, G. DODERO & V. GIANUZZI

Abstract: In the next pages we will explain the principal objectives of the PAST project, the development of a wireless computer network useful to the promotion of archaeological sites. The experimental phase aims to develop a series of palmtops for three pilot sites. This device could classify the visitors in order their characteristics and principal interests. Résumé : Dans cette brève contribution on présente les premiers résultats du projet européen PAST, qui développent des réseaux locaux à l’ordinateur pour la promotion au niveau du public, des sites archéologiques.

PRINCIPAL OBJECTIVES Under the IST 5th Framework Programme, the EU has funded PAST (exPeriencing Archaeology across Space and Time), a project aimed at exploiting wireless computer networks in archaeological fields, to improve the understanding of the general public of what is visible in an archaeological site.

In many sites, the area hosted in subsequent periods different populations, with different habits, lifestyles, etc. Unfortunately excavation is destructive, and exposing a lower layer destroys the upper ones. As a consequence, what can be seen is often the result of a selection among different layers or of decisions made by archaeologists to expose one specific layer.

Project participants include three archaeological sites, Bibracte in France, Toumba in Greece and Passo di Corvo in Italy; researchers of Computer Science and archaeology; and three technological companies.

In all such cases, how habits and culture have evolved and changed along the time in a given place, and possibly until the present times, is very difficult to understand by visitors just looking at ruins in the site.

The objective is to develop at the three sites a system which is able to adapt the suggestion of a visit path to the wishes and needs of various dynamic user profiles. Explanations on what is visible are dependent on the location of the user, which the system is able to detect in real time, as well as on user profile and history of the visit. The user may also connect to other information sources for a better understanding of the archaeological evidence, for example to a local museum where the finds have been stored, or to other sites in the PAST network to find information about related subjects (e. g. how did they cook? how did they bury the deads?).

In the same historical period different populations were living in different regions: when visiting a site visitors are forced to take a narrow, local perspective, without any chance of crossing spatial barriers to fully understand commonality and differences in the development of contemporary civilisations in various areas. Findings excavated from a site are typically stored in archaeological museums, and what visitors of a site can therefore see is, in many cases, a set of ruins (foundations, floors, walls, etc.), whose meaning and relevance may be difficult to understand without properly relating them to what was inside (pottery, working tools, etc.).

The project shall exploit available technologies like voice interaction in order to provide tourist assistance at varying level of details.

To facilitate visitors understanding, at present a map with short explanatory text is given to visitors at site entrance, and posters are shown close to important remains. Despite the heterogeneous population of visitors, explanations are necessarily synthetic and standardised, not taking into account cultural background, educational level, specific interests of individual visitors. The only alternative is to buy the services of specialised tourist guides; but this may be very expensive and only a very small percentage of visitors can afford that.

The methodology defined for PAST shall make this experience reproducible to other archaeological sites which may connect to the network when the system shall be operational (prototypes at end of 2001). WHY PAST?

People visiting an archaeological site are thus exposed to extremely fragmented and largely insufficient information, with an approach which is typically standardised, passive, one-way, authoritarian and static vs. both time and space. In this context, archaeological sites are today even more than in the past in danger of loosing “customers”, versus other technology-intensive and information-richer means to access

The acronym PAST stands for “exPeriencing Archaeology across Space and Time”; in fact the PAST project aims at improving the understanding of the general public, during a visit to an archaeological site, by helping to solve some typical problems of “space and time” which visitors may experience. 85

Archéométrie / Archaeometry

historical information, such as CD-ROMs and Internet. Exploitation of advanced ICT in archaeological sites (which are open-air, often distributed over large areas) is very poor, and definitely lagging behind museums. The consequence of that may be dramatic, especially for the smaller and less spectacular archaeological sites, which, despite their large number - at least 80% of the about 5.000 sites currently opened to public in Europe - currently attract less than 20% of the 120 million yearly visitors of archaeological sites, and whose survival is often in danger.

techniques and tools to enable distributed, remote access and effective fruition of their content by visitors of archaeological sites. To this aim, the PAST project intends to design, develop and validate in 3 pilot installations an advanced infrastructure (the PAST system) relying on innovative technologies like handheld PCs, wireless networks, voice-based humancomputer interaction, dynamic user profiling. The project is based on a strict cooperation among technological and archaeological partners, and a further result shall be a methodological framework for implementing the system at other sites. Pilot installations are being developed at three sites, Bibracte in France, Passo di Corvo in Italy and Toumba in Greece.

In the above context, the key strategic objectives of PAST are: • To revitalise archaeological sites, especially smaller ones, by making visits significantly more attractive and enjoyable, leveraging upon an approach which is information-intensive, active, interactive, personalised, reactive and dynamic.

PAST has just started October 1, 2000, and the rest of the paper shall illustrate project outcome, taking as an example a visit to Passo di Corvo, and the technological framework.

• To dramatically enhance the ability of visitors to understand the cultural heritage a site represents, by taking an enlarged perspective, beyond the boundaries of space and time.

Authors’ addresses A. TRAVERSO, S. CAMPI, S. TINÉ - DARFICLET M. ANCONA, G. DODERO, V. GIANUZZI - DISI Università di Genova, via Balbi, 4, 16124, Genova, ITALIE

• To capitalise on previous investments and efforts made in digital preservation of cultural heritage and on existing multimedia archaeological databases, by providing

86