Archeologen hebben veel geleerd over onze voorouders door hun afvalhopen te doorzoeken, die bewijzen bevatten van hun dieet en bevolkingsniveau, aangezien de lokale flora en fauna in de loop van de tijd veranderden.

Een veelvoorkomend keukenafval in Afrika - schelpen van struisvogeleieren - helpt nu het mysterie te ontrafelen van wanneer deze veranderingen plaatsvonden, het verstrekken van een tijdlijn voor enkele van de vroegste Homo sapiens die zich vestigden om mariene voedselbronnen langs de Zuid-Afrikaanse kust te gebruiken, meer dan 100, 000 jaar geleden.

Geochronologen aan de Universiteit van Californië, Berkeley, en het Berkeley Geochronology Center (BGC) hebben een techniek ontwikkeld die deze alomtegenwoordige teruggooi gebruikt om de vuilnisbelten - beleefd genoemd middens - die te oud zijn om te dateren met radiokoolstof- of koolstof-14-technieken, nauwkeurig te dateren, de norm voor materialen zoals been en hout die jonger zijn dan ongeveer 50, 000 jaar.

In een artikel dat deze maand in het tijdschrift is gepubliceerd Proceedings van de National Academy of Sciences, voormalig UC Berkeley-promovendus Elizabeth Niespolo en geochronoloog en BGC en associate director Warren Sharp meldden dat ze uranium-thorium-datering van struisvogeleierschalen gebruikten om vast te stellen dat een midden buiten Kaapstad, Zuid-Afrika, werd gedeponeerd tussen 119, 900 en 113, 100 jaar geleden.

Dat maakt de site genaamd Ysterfontein 1, de oudst bekende zeeschelpenkuil ter wereld, en impliceert dat de vroege mensen rond 120 volledig waren aangepast aan het leven aan de kust, 000 jaar geleden. Dit stelt ook vast dat drie mensachtige tanden die op de site zijn gevonden, behoren tot de oudste Homo sapiens-fossielen die in zuidelijk Afrika zijn teruggevonden.

De techniek is nauwkeurig genoeg voor de onderzoekers om overtuigend te stellen dat de 12,5 meter diepe stapel van voornamelijk mariene schelpen - mosselen, weekdieren en limpets - vermengd met dierlijke botten en eierschalen kunnen zijn afgezet over een periode van slechts 2, 300 jaar.

De nieuwe tijdperken herzien al enkele van de veronderstellingen die archeologen hadden gemaakt over de vroege Homo sapiens die hun afval op de site deponeerden, inclusief hoe hun populatie en foerageerstrategieën veranderden met veranderend klimaat en zeeniveau.

"De reden waarom dit opwindend is, is dat deze site niet dateerbaar zou zijn geweest met radiokoolstof omdat hij te oud is, " zei Niespolo, opmerkend dat er veel meer van dergelijke sites in Afrika zijn, met name de kustgebieden van Zuid-Afrika.

"Bijna al dit soort sites hebben eierschalen van struisvogels, dus nu we deze techniek hebben, er is dit potentieel om deze sites opnieuw te bezoeken en deze benadering te gebruiken om ze nauwkeuriger en nauwkeuriger te dateren, en nog belangrijker, zoek uit of ze even oud zijn als Ysterfontein of ouder of jonger, en wat dat ons vertelt over foerageren en menselijk gedrag in het verleden, " voegde ze eraan toe.

Omdat eierschalen van struisvogels alomtegenwoordig zijn in Afrikaanse middens - de eieren zijn een rijke bron van eiwitten, gelijk aan ongeveer 20 kippeneieren - ze zijn een aantrekkelijk doelwit geweest voor geochronologen. Maar het toepassen van uranium-thorium-datering - ook wel uraniumreeks genoemd - op struisvogelschelpen is omgeven door veel onzekerheden.

"Het vorige werk tot nu toe eierschalen met uranium-serie is echt wisselvallig geweest, en meestal missen, ' zei Niespolo.

Precisiedatering teruggedrongen tot 500, 000 jaar geleden

Andere methoden die van toepassing zijn op sites ouder dan 50, 000 jaar, zoals luminescentiedatering, zijn minder nauwkeurig - vaak met een factor 3 of meer - en kunnen niet worden uitgevoerd op archiefmateriaal dat beschikbaar is in musea, zei Scherp.

De onderzoekers geloven dat uranium-thorium-datering leeftijden kan opleveren voor struisvogeleierschalen zo oud als 500, 000 jaar, het uitbreiden van precieze datering van middens en andere archeologische vindplaatsen ongeveer 10 keer verder in het verleden.

"Dit is de eerste gepubliceerde hoeveelheid gegevens die aantoont dat we echt coherente resultaten kunnen krijgen voor dingen die ver buiten het bereik van radiokoolstof liggen, rond de 120, 000 jaar geleden in dit geval, " zei Scherp, die gespecialiseerd is in het gebruik van uranium-thorium-datering om problemen op te lossen in paleoklimaat en tektoniek, evenals in archeologie. "Het laat zien dat deze eierschalen hun intacte uranium-serie systemen behouden en betrouwbare leeftijden verder terug in de tijd geven dan eerder was aangetoond."

"De nieuwe datums op struisvogel-eierschalen en de uitstekende bewaring van de fauna maken Ysterfontein 1 de tot nu toe best gedateerde multi-gelaagde middensteentijd-schelp aan de Zuid-Afrikaanse westkust, " zei co-auteur Graham Avery, een archeozoöloog en gepensioneerd onderzoeker bij het Iziko South African Museum. "Verdere toepassing van de nieuwe dateringsmethode, waar struisvogeleierschaalfragmenten beschikbaar zijn, zal de chronologische controle op nabijgelegen plaatsen in het Midden-Steentijdperk versterken, zoals Hoedjiespunt en Sea Harvest, die vergelijkbare fauna- en lithische assemblages hebben, en anderen aan de zuidkust van de Kaap."

De eerste menselijke nederzettingen?

Ysterfontein 1 is een van de ongeveer twaalf schelpen die verspreid liggen langs de west- en oostkust van de provincie West-Kaap, nabij Kaapstad. Opgegraven in de vroege jaren 2000, het wordt beschouwd als een site uit het Midden-Stenen Tijdperk die werd opgericht rond de tijd dat Homo sapiens complexe gedragingen ontwikkelde, zoals territorialiteit en competitie tussen groepen, evenals samenwerking tussen niet-verwante groepen. Deze veranderingen kunnen te wijten zijn aan het feit dat deze groepen overgingen van jager-verzamelaars naar gevestigde populaties, dankzij stabiele bronnen van hoogwaardige eiwitten - schaaldieren en zeezoogdieren - uit de zee.

Tot nu, de leeftijden van vindplaatsen in het Midden-Stenen Tijdperk zoals Ysterfontein 1 zijn met ongeveer 10% onzeker, waardoor vergelijking tussen vindplaatsen uit het midden van de steentijd en met vindplaatsen uit de latere steentijd moeilijk is. De nieuwe data, met een nauwkeurigheid van ongeveer 2% tot 3%, plaats de site in de context van goed gedocumenteerde veranderingen in het mondiale klimaat:het werd onmiddellijk na de laatste interglaciale periode bezet, toen de zeespiegel hoog was, misschien 8 meter (26 voet) hoger dan vandaag. De zeespiegel daalde snel tijdens de bezetting van de locatie - de kustlijn trok zich in deze periode tot 2 mijl terug - maar de opeenhoping van schelpen ging gestaag door, wat inhoudt dat de bewoners manieren hebben gevonden om de veranderende distributie van mariene voedselbronnen te accommoderen om hun favoriete dieet te behouden.

De studie toont ook aan dat het midden van de Ysterfontein 1 schelp zich snel ophoopte - misschien ongeveer 1 meter (3 voet) per 1, 000 jaar — wat inhoudt dat mensen uit het Midden-Stenen Tijdperk langs de Zuid-Afrikaanse kust uitgebreid gebruik maakten van mariene hulpbronnen, net zoals mensen deden tijdens de latere steentijd, en suggereert dat effectieve foerageerstrategieën op zee zich vroeg ontwikkelden.

voor daten, eierschalen zijn beter

Aan sommige archeologische vindplaatsen ouder dan 50 jaar kunnen leeftijden worden verbonden, 000 jaar door argon-argon (40Ar/39Ar) datering van vulkanische as. Maar as is niet altijd aanwezig. In Afrika, echter - en vóór het Holoceen, in het Midden-Oosten en Azië - eierschalen van struisvogels komen veel voor. Sommige sites bevatten zelfs ornamenten van struisvogel-eierschalen gemaakt door de vroege Homo sapiens.

In de afgelopen vier jaar, Sharp en Niespolo deden een grondige studie van struisvogeleierschalen, inclusief analyse van moderne eierschalen verkregen van een struisvogelboerderij in Solvang, Californië, en ontwikkelde een systematische manier om de onzekerheden van eerdere analyses te vermijden. Een belangrijke observatie was dat dieren, inclusief struisvogels, geen uranium opnemen en opslaan, ook al is het gebruikelijk in delen per miljard niveaus in de meeste wateren. Ze toonden aan dat pas gelegde struisvogelschelpen geen uranium bevatten, maar dat het wordt geabsorbeerd na het begraven in de grond.

Hetzelfde geldt voor schelpen, maar hun calciumcarbonaatstructuur - een mineraal dat aragoniet wordt genoemd - is niet zo stabiel als het in de grond wordt begraven als de calcietvorm van calciumcarbonaat die in de eierschaal wordt aangetroffen. Daarom, eierschalen houden het uranium beter vast dat gedurende de eerste honderd jaar of zo is opgenomen dat ze worden begraven. Bot, voornamelijk bestaande uit calciumfosfaat, heeft een minerale structuur die ook niet stabiel blijft in de meeste bodemomgevingen en evenmin betrouwbaar geabsorbeerd uranium vasthoudt.

Uranium is ideaal om te dateren omdat het in de loop van de tijd met een constante snelheid vervalt tot een isotoop van thorium die in kleine hoeveelheden kan worden gemeten met massaspectrometrie. De verhouding van deze thoriumisotoop tot het nog aanwezige uranium vertelt geochronologen hoe lang het uranium in de eierschaal heeft gezeten.

Uranium-serie dating is gebaseerd op uranium-238, de dominante uraniumisotoop in de natuur, die vervalt tot thorium-230. In het protocol ontwikkeld door Sharp en Niespolo, ze gebruikten een laser om kleine plekken langs een dwarsdoorsnede van de schaal te verstuiven, en liet de aerosol door een massaspectrometer lopen om de samenstelling te bepalen. Ze zochten naar plekken met een hoog uraniumgehalte en niet besmet met een tweede isotoop van thorium, thorium-232, die ook de eierschalen binnendringt na de begrafenis, hoewel niet zo diep. Ze verzamelden meer materiaal uit die gebieden, opgelost in zuur, en analyseerde het vervolgens nauwkeuriger voor uranium-238 en thorium-230 met "oplossing" massaspectrometrie.

Deze procedures vermijden enkele van de eerdere beperkingen van de techniek, geeft ongeveer dezelfde precisie als koolstof-14, maar over een tijdsbestek dat 10 keer groter is.

"De sleutel tot deze dateringstechniek die we hebben ontwikkeld en die verschilt van eerdere pogingen tot datering van struisvogeleierschalen, is het feit dat we expliciet rekening houden met het feit dat struisvogeleierschalen geen primair uranium bevatten, dus het uranium dat we tot nu toe in de eierschalen gebruiken, komt eigenlijk uit het bodemporiënwater en het uranium wordt door de eierschalen opgenomen bij afzetting, ' zei Niespolo.