introduction
La datation au radiocarbone (RD) d'un échantillon se réduit à mesurer la teneur en 14C et 13C qu'il contient, en introduisant une correction de la teneur en 14C pour le fractionnement des isotopes du carbone (calculé à partir de la teneur en 13C) et en calculant l'âge du radiocarbone. Sur la base de la courbe d'étalonnage, l'âge au radiocarbone de l'échantillon est recalculé sur le calendrier. Ainsi, la fiabilité de la datation au radiocarbone est déterminée par la fiabilité du calcul de l'âge au radiocarbone des échantillons et la fiabilité de la courbe d'étalonnage. Ce dernier paramètre est déterminé par la fiabilité des âges radiocarbone et calendaire des échantillons, qui ont été utilisés pour construire la courbe d'étalonnage et le degré de sa correspondance avec les variations 14C de l'atmosphère de CO2 de la région dans laquelle les échantillons datés ont été formés.
Par fiabilité des résultats RD, nous entendons le degré et la nature de la correspondance entre l'âge estimé et l'âge réel des échantillons datés. Une évaluation expérimentale directe de la fiabilité des résultats de RD est fondamentalement impossible. C'est une caractéristique fondamentale de la méthode. Ainsi, l'évaluation de la fiabilité des résultats du DR ne peut être réalisée que par des méthodes «indirectes». Mais les fonds disponibles pour une telle évaluation sont considérablement limités. Nous ne pouvons citer qu'un seul travail dans lequel l'une des méthodes classiques «indirectes» d'évaluation de la fiabilité de RD est relativement correctement mise en œuvre - les facteurs affectant la fiabilité de la datation sont identifiés, les erreurs qu'ils introduisent sont estimées et la contribution totale des facteurs à l'âge calendaire des échantillons datés est trouvée. Il existe un autre groupe de méthodes "indirectes" classiques,basé sur l'analyse de la «convergence» des résultats de la recherche. L'une des méthodes de ce groupe, en relation avec la RD, nous l'avons trouvée.
Description de la méthode
La courbe d'étalonnage du RD a été calculée à partir d'échantillons de bois avec un âge connu et reflète la dépendance de l'âge radiocarbone sur le calendrier. Il a des maxima et des minima locaux, des marches et des sections relativement raides. Il en découle qu'avec une distribution uniforme des échantillons datés le long de l'échelle d'âge calendaire, leur distribution le long de l'échelle d'âge radiocarbone sera inégale. L'âge civil des échantillons, sur la base duquel la courbe d'étalonnage a été calculée, est uniformément réparti - après 10 ans. Par conséquent, à partir de la courbe d'étalonnage, nous pouvons calculer la norme pour les fréquences de l'âge radiocarbone des échantillons. La courbe d'étalonnage pour le RD et la norme pour les fréquences d'âge radiocarbone des échantillons sont illustrées à la figure 1.
Figure: 1. Courbe d'étalonnage de la datation au radiocarbone et étalon des fréquences de l'âge au radiocarbone des échantillons.
La norme pour les fréquences d'âge radiocarbone des échantillons est calculée pour des intervalles de 100 années radiocarbone. La courbe résultante est très différenciée. Les fréquences vont de 2 à 29. Il existe des hauts et des bas distincts. Nous pouvons comparer la norme avec les fréquences de l'âge du radiocarbone d'échantillons d'échantillons spécifiques pour des régions, des types de matériaux datés ou des laboratoires obtenus à partir de bases de données RD. L'idée derrière cette comparaison est simple. Si la fiabilité de l'estimation de l'âge du radiocarbone de l'échantillon et de la courbe d'étalonnage est proche, il faut s'attendre à ce que les fréquences réelle et de référence coïncident. Dans ce cas, le degré de coïncidence sera déterminé par le degré de conformité de la distribution effective de l'âge civil des échantillons d'échantillons sur l'échelle des années civiles à leur distribution uniforme. S'il y a des écarts de fréquence importants,alors cela signifiera que la fiabilité de la courbe d'étalonnage et l'âge au radiocarbone des échantillons d'un échantillon particulier sont différents. De plus, pour certains cas de divergences, il est possible de justifier des hypothèses sur leurs causes.
Vidéo promotionelle:
L'efficacité de la méthode est montrée sur l'exemple de l'analyse de trois échantillons de données de la RD, que nous avons nommés «USA-Canada», «Europe» et «Chine du Nord» Les échantillons comprennent des dates comprises entre 0 et 5 999 ans BP. Toutes les fréquences de l'âge au radiocarbone des échantillons ont été calculées dans une fenêtre de 100 ans VR.
Échantillon "USA-Canada"
L'échantillon USA-Canada a été compilé à partir de la base de données sur le site Web. Il y a 22227 dates dans l'échantillon: 15452 dates aux États-Unis, 6561 dates au Canada et 214 dates en Russie. Comprenant: 1438 dates d'échantillons de bois, 12675 - charbon de bois, 2922 - os, 2655 - os de calagen.
Figure: 2. Exemple "USA-Canada". Comparaison des fréquences d'âge de tous les échantillons de l'échantillon avec la référence.
Figure: 3. Exemple "USA-Canada". Comparaison de la composante haute fréquence des fréquences d'âge de tous les échantillons de l'échantillon avec la référence.
Les figures 2 et 3 montrent une comparaison des fréquences d'âge et de leur composante haute fréquence de tous les échantillons de l'échantillon avec la référence. Trois intervalles sont distingués selon le degré de coïncidence qualitative des courbes. Dans l'intervalle A (250-1400 BP ans) l'accord est bon, dans l'intervalle B (4200-5950 BP ans) il est satisfaisant. Dans l'intervalle B (1400-4200 ans BP), aucune coïncidence n'est observée.
La figure 4 montre un exemple de modélisation de la précision de la datation au radiocarbone aux fréquences d'âge de tous les échantillons de l'échantillon États-Unis-Canada pour l'intervalle 250 à 1350 ans BP. La courbe de fréquence du modèle est la somme de la composante basse fréquence normalisée des fréquences d'âge de tous les échantillons de l'échantillon et des fréquences de référence normalisées. Une concordance satisfaisante entre le modèle et les données réelles a été obtenue à condition que 9,2% des dates aient une précision approximativement égale à la précision de la courbe d'étalonnage. La composante basse fréquence du modèle a été calculée en faisant la moyenne des fréquences d'âge de l'échantillon sur 5 points (fenêtre de 500 ans). Sur cette base, on peut supposer grossièrement que la précision des 90,8% restants des datations de l'échantillon ne dépasse pas plus / moins les premières centaines d'années. Puisque nous n'avons pas de critère pour distinguer de l'ensemble des dates de cesqui ont une précision approximativement égale à la précision de la courbe d'étalonnage, cette dernière valeur peut être prise comme la précision réelle de la RD d'un échantillon particulier dans un intervalle de temps particulier.
Figure: 4. Exemple "USA-Canada". Un exemple de modélisation de la précision de la datation au radiocarbone sur la base des fréquences d'âge de tous les échantillons dans la plage de 250 à 1350 BP.
Les fréquences de datation du charbon coïncident qualitativement avec les fréquences de référence pratiquement sur tout l'intervalle d'analyse (figure 5). Les dates de l'arbre comprises entre 50 et 3050 ans BP sont décalées de 100 ans BP dans le sens de la diminution de l'âge du radiocarbone.
Figure: 5. Exemple "USA-Canada". Comparaison des fréquences d'âge des échantillons de bois et de charbon de bois avec la norme.
Figure: 6. Exemple "USA-Canada". Comparaison des fréquences d'âge des échantillons d'os et de calagène avec la référence.
Les fréquences de datation osseuse correspondent entièrement aux fréquences de datation calagène (figure 6), cependant, elles sont décalées par rapport aux fréquences de référence à différents intervalles de temps de 0 à 300 ans BP dans le sens de l'augmentation de l'âge du radiocarbone.
La figure 7 montre une comparaison des fréquences totales réelles de datation du bois, du charbon de bois, des os et du calagène et des fréquences corrigées des décalages par rapport à la norme. Les fréquences corrigées correspondent mieux aux fréquences de référence.
Figure: 7. Échantillon "USA-Canada". Comparaison des fréquences totales réelles de l'âge des échantillons de bois, charbon de bois, os, calagen et fréquences corrigées des décalages par rapport à la norme.
Échantillon "Europe"
L'échantillon Europa a été compilé à partir de données de datation au radiocarbone publiées dans la revue Archaeometry. L'échantillon comprend uniquement les dates pour lesquelles le contenu de l'échantillon 13C est affiché. L'échantillon caractérise toute l'Europe. Le "centre de gravité" de l'échantillon se trouve au Royaume-Uni. Il n'y a que 1168 dates dans l'échantillon. Y compris: 83 dates d'échantillons de bois, 267 - charbon de bois, 216 - os d'animaux, 398 - os humains, 26 - os non identifiés, 133 - graines, 45 - restes de plantes.
Figure: 8. Exemple "Europe". Comparaison des fréquences d'âge de tous les échantillons de l'échantillon avec la référence.
La figure 8 montre une comparaison des fréquences de datation de tous les échantillons de l'échantillon avec la référence. Selon le degré de coïncidence qualitative des courbes, on distingue 5 intervalles. Dans les intervalles A (50-700 VR ans), B (1600-2800 VR ans) et D (5300-5950 VR ans), l'accord est satisfaisant. Dans les intervalles B (700-1600 VR ans) et D (2800-5300 VR ans), les formes des courbes ne coïncident pas. Il est à noter que ces intervalles sont caractérisés par des fréquences de datation élevées. Les variations de fréquence de l'âge des échantillons de bois et de charbon de bois les uns par rapport aux autres et la norme de plus / moins 100 ans BP sont observées (figure 9). Les fréquences d'âge des échantillons d'os d'animaux (figure 10) ne coïncident avec la norme que dans l'intervalle A (50-1100 ans BP).
Figure: 9. Exemple "Europe". Comparaison des fréquences d'âge des échantillons de bois et de charbon de bois avec la norme.
Figure: 10. Exemple "Europe". Comparaison des fréquences d'âge des échantillons d'os d'animaux avec la norme.
Exemple "Chine du Nord"
L'échantillon de la Chine du Nord a été compilé à partir de la base de données sur le site Web. L'échantillon comprend toutes les dates des sites archéologiques du nord-ouest (région autonome ouïgoure du Xinjiang) et du nord-est de la Chine (provinces du Heilongjiang, du Jilin, du Liaoning et de la région autonome de Mongolie intérieure) obtenues dans les laboratoires de Pékin. Un total de 601 dates. Y compris: 169 échantillons de bois, 234 - charbon de bois, 137 - résidus végétaux (graines, paille, roseaux, bois pourri, écorce). Les échantillons restants sont représentés par des os, de la peau, de la laine et des coquilles d'animaux et humains.
Figure: 11. Échantillon «Chine du Nord». La comparaison des fréquences d'âge de tous les échantillons de l'échantillon et de la plante reste avec la norme.
La figure 11 montre une comparaison des fréquences d'âge de tous les échantillons de l'échantillon de la Chine du Nord et des résidus végétaux avec la référence. Qualitativement, la coïncidence des formes des courbes n'est observée que dans l'intervalle A (1200-2000 ans BP). Les fréquences d'âge des échantillons de bois et de charbon de bois ne se correspondent que dans l'intervalle 2800-4200 ans et ne correspondent pas à la norme (figure 12). Après un décalage des fréquences d'âge du bois et du charbon de moins 100 ans BP, une concordance satisfaisante entre leur somme et la courbe de référence a été obtenue (Figure 13).
Figure: 12. Échantillon "Chine du Nord". Comparaison des fréquences d'âge des échantillons de bois et de charbon de bois avec la norme.
Figure: 13. Échantillon "Chine du Nord". Comparaison des fréquences d'âge (réduites de 100 ans) des échantillons de bois et de charbon de bois avec la norme.
Évaluation de la fiabilité de la courbe d'étalonnage
De l'écart entre les fréquences de référence et les fréquences réelles de l'âge du radiocarbone d'un échantillon particulier dans un intervalle particulier d'années radiocarbone, il s'ensuit que la fiabilité n'est pas élevée dans l'intervalle de l'âge radiocarbone de l'échantillon et / ou de la courbe d'étalonnage. En analysant un nombre d'échantillons suffisamment important, il est possible d'identifier statistiquement les intervalles «suspects» de la courbe d'étalonnage. En utilisant l'analyse de trois échantillons à titre d'exemple, un tel intervalle peut être nommé - environ 1700-1900 ans VR (Figure 3, intervalle B1; Figure 8, intervalle B1). On peut supposer que dans cet intervalle, c'est la courbe d'étalonnage qui a une faible fiabilité.
conclusions
Sur la base des résultats de l'analyse de trois échantillons de l'âge radiocarbone des échantillons par notre méthode proposée, des conclusions méthodologiques et pratiques peuvent être tirées.
Conclusions méthodologiques
La méthode d'évaluation de la fiabilité des résultats de datation radiocarbone, basée sur la comparaison de la fréquence de référence de l'âge radiocarbone avec les fréquences de l'âge radiocarbone d'échantillons issus des bases de données RD, est simple, indépendante et très efficace. Pour appliquer la méthode, il n'est pas nécessaire d'impliquer des données a priori pour le RD. Sur cette base, il est possible:
- l'attribution dans les fréquences de l'âge radiocarbone d'échantillons d'échantillons spécifiques, les intervalles de temps et leur classement en fonction du degré de conformité avec les fréquences de référence;
- évaluation de l'exactitude de la détermination de l'âge au radiocarbone des échantillons sur la base de la modélisation;
- identification des changements systémiques dans l'âge des échantillons de divers matériaux;
- identification des zones de la courbe d'étalonnage caractérisées par une fiabilité relativement faible.
Lors de l'application de la méthode, des procédures classiques de traitement statistique des tableaux de données peuvent être utilisées.
Conclusions pratiques
La datation au radiocarbone est généralement tout à fait réalisable. Deux questions restent ouvertes: la fiabilité objective de la datation et l'influence des facteurs subjectifs sur les résultats de la datation. L'erreur de détermination de l'âge au radiocarbone des échantillons de l'échantillon «USA-Canada» sur la base des résultats de la modélisation dans l'intervalle de 250 à 1350 ans BP est de plus / moins les premières centaines d'années. Dans d'autres intervalles, l'erreur de datation est plus élevée que dans l'intervalle 250-1350 BP ans. Les dates de divers matériaux sont décalées les unes par rapport aux autres jusqu'à 300 ans BP, ce qui donne également une erreur de plus / moins les premières centaines d'années. Les erreurs de détermination de l'âge au radiocarbone des échantillons des échantillons de l'Europe et de la Chine du Nord correspondent à peu près aux erreurs de l'échantillon du Canada. Dans la plage 1700-1900 ans VR, la courbe d'étalonnage peut avoir une faible confiance.
