Cross-Dating of Carbonate Veils in Decorated Caves Using Uranium-Thorium and Radiocarbon (¹⁴C) Methods: A Case Study from Spain
Datations croisées par les méthodes uranium-thorium et 14C des voiles carbonatés en grotte ornée. Cas d’étude en Espagne
Résumé
The dating of paintings and engravings in decorated caves is a key element in archaeology, as it allows for the chronological placement and sequencing of representations, their comparison between different caves, and their correlation with other archaeological data. Direct dating of representations using the radiocarbon (¹⁴C) method is possible when the artwork was created with charcoal-based pigments. However, this method is not applicable to numerous representations made with metallic oxides (such as iron for red color and manganese for black) or to engravings. When these representations are covered by or have covered fine layers of calcium carbonate deposited over time, it becomes possible to apply both uranium-thorium (U/Th) and ¹⁴C dating to these carbonate veils. This dual approach provides termini post and ante quem, helping to establish chronological constraints for the considered representations. The cross-dating methodology, applied to several decorated sites, has been preceded by a thorough mineralogical and petrographic characterization of the carbonate deposits, which is essential given the complexity of their formation processes. The ages obtained by both dating methods must be corrected for detrital thorium content in the case of U/Th and for “dead carbon” content in the case of ¹⁴C. The combination of these methods allows, in some cases, for the validation of dates, thus providing a secure chronological framework for the paintings and engravings. However, in other cases, the two methods yield significantly different ages, indicating that at least one (if not both) methods may provide biased results. This presentation will discuss cases of divergent ages obtained from calcite veils in the Nerja Cave, as well as validated cross-dated results, and their archaeological and climatic contexts. Among the possible mechanisms leading to erroneous ages, the aragonite-to-calcite transformation has been identified in a stalagmite sampled near decorated areas with inconsistent dating results. This mineralogical transformation causes uranium loss, resulting in an apparent aging effect in uranium-thorium dating. Other alteration mechanisms may also occur, further emphasizing the importance of combining dating methods to validate the obtained ages.
La datation de peintures ou gravures des grottes ornées est un élément clé en archéologie car il permet de replacer et d’ordonner dans le temps les représentations, de les comparer d’une grotte à l’autre et de les mettre en relation avec d’autres données archéologiques. La datation directe des représentations par la méthode du 14C appliquée à des prélèvements de pigments est possible lorsqu’elles ont été réalisées au charbon de bois. Cependant, cette méthode n’est pas applicable aux nombreuses représentations faites avec des oxydes métalliques (fer pour la couleur rouge et manganèse pour la couleur noire), ou aux gravures. En revanche, lorsque ces représentations recouvrent ou sont recouvertes de fines couches de carbonates de calcium déposées au cours du temps, on peut envisager d’appliquer simultanément les datations uranium-thorium (U/Th) et 14C à ces voiles carbonatés de façon à obtenir des « termini post et ante quem » pour les représentations considérées. Ces datations croisées utilisées dans l’étude chronologique de plusieurs sites ornés ont été accompagnées de la caractérisation minéralogique et pétrographique préalable de la nature des dépôts carbonatés étudiés, laquelle s’avère indispensable compte-tenu de la complexité de leur formation. Les âges obtenus par les deux méthodes de datation doivent être corrigés des teneurs en thorium détritique dans un cas (U/Th) et de carbone mort dans l’autre cas (14C). Le couplage de ces méthodes permet, dans certains cas, de valider les datations et ainsi d’encadrer de manière sûre l’âge des peintures ou gravures. Dans d’autres cas, des âges très différents sont donnés par les deux méthodes, soulignant qu’au moins l’une d’entre elles (si ce n’est les deux) donnent des âges biaisés. Dans cette communication, nous présenterons des cas d’âges divergents obtenus sur des voiles de calcite de la grotte de Nerja, mais aussi des datations croisées validées, et leur mise en contexte archéologique et climatique. Parmi les mécanismes possibles conduisant à des âges erronés, la transformation aragonite calcite a pu être montrée dans le cas d’une stalagmite prélevée à proximité des zones ornées présentant des âges divergents. Dans ce cas, la transformation minéralogique entraine une perte d’uranium et un vieillissement apparent de l’âge uranium-thorium. D’autres mécanismes d’altération sont toutefois possibles, et le croisement des méthodes de datation apparaît indispensable pour valider les âges obtenus.