La datation au Carbone 14 à Hawaii // Radiocarbon dating in Hawaii

Afin d’étudier et d’essayer de prévoir le comportement d’un volcan, les géologues analysent en général les dépôts laissés par les éruptions du passé et déterminent l’âge de ces dépôts. Cette datation se fait par le carbone14 (14C), ou radiocarbone.
Les âges déterminés par la datation au carbone 14 sont exprimés en «années BP» (avant le présent). Le présent est l’année 1950 car après cette date, les essais nucléaires ont contaminé l’atmosphère avec un excès de carbone 14 (voir courbes ci-desssous).
La datation au carbone 14 a été initiée à Hawaï par Meyer Rubin, décédé en mai 2020, victime du COVID-19. Rubin a étudié à l’Université de Chicago en compagnie du prix Nobel Willard Libbey.
Meyer Rubin a commencé à travailler pour l’US Geological Survey (USGS) à Washington, D.C. où il a collaboré avec Hans Suess pour affiner la datation au carbone 14. Il a contribué à introduire cette technique à Hawaï et à la rendre accessible aux géologues.
Les premiers échantillons de carbone 14 utilisés pour dater les coulées de lave à Hawaï ont été collectés en 1955 et datés de 1958. Ils ont été découverts accidentellement à Hilo, quand un bulldozer a dégagé de la terre révélant des matières végétales carbonisées. Le premier échantillon provenait d’un ohi’a , une espèce d’arbre endémique à Hawaii et souvent associée à la déesse Pélé. L’échantillon avait un âge de 2 000 ± 250 ans BP. Le deuxième échantillon était un hapu’u, une espèce de fougère répandue à Hawaii. La datation a révélé un âge de 2070 ± 250 BP. Ces datations étaient cohérentes et proposaient un âge fiable des coulées de lave.
Un autre échantillon a été recueilli en 1959, à Wai’ohinu, dans la partie sud-est de l’île d’Hawaï. Il a été prélevé dans un cimetière, au cours du creusement d’une tombe. Un ouvrier a perforé une coulée de pahoehoe et a trouvé du charbon de bois. L’échantillon avait un âge de 3740 ± 250 ans B.P.
Ce n’est cependant qu’au début des années 1970 qu’une analyse systématique et méthodique du charbon de bois a commencé à Hawaii. Ce travail a été effectué par Jack Lockwood et Peter Lipman. Dans un article publié en 1980, les auteurs ont déclaré: «Après une vaste observation sur le terrain des contacts basaux préhistoriques et historiques des coulées de lave, nous avons effectué un travail de repérage sur le terrain pour détecter les zones de présence du charbon de bois et nous sommes maintenant en mesure de trouver du bois carbonisé sous la plupart des coulées de lave hawaïennes dans les zones de végétation.»
Avant 1974, seulement 11 coulées de lave du Mauna Loa et du Kilauea avaient été datées par la méthode du carbone 14. Très vite, avec de nouvelles connaissances sur la formation du charbon de bois, les géologues ont commencé à en prélever pour découvrir les secrets de la déesse Pélé. Jusqu’à présent, sur l’île d’Hawaï, les géologues du HVO ont recueilli plus de 1500 échantillons de charbon de bois et ont pu effectuer plus de 1000 datations au radiocarbone. Environ la moitié de ces échantillons proviennent du Mauna Loa.
Voici comment s’opère la datation au radiocarbone. La plus grande partie du carbone n’est pas radioactive, mais un isotope, le  14C, est radioactif et a une demi-vie de 5 700 ans. Le 14C est produit par décomposition radioactive de l’azote et est facilement utilisé par les plantes pour fabriquer des tissus, des fibres et du bois.
La quantité de 14C dans la plante diminue continuellement par désintégration radioactive, de sorte qu’après 5 700 ans, la quantité de 14C est de 50% de la quantité d’origine, lorsqu’elle est incorporée dans le tissu végétal. Après 5 700 autres années, la concentration chute à 25% de sa valeur initiale. Les scientifiques utilisent cette décomposition pour donner un âge au charbon de bois. Les techniques relativement nouvelles, comme le spectromètre de masse par accélérateur, peuvent théoriquement fournir des datations comprises entre 80 et 100 000 ans.
En réalité, la datation au carbone 14 est fiable jusqu’à environ 50 000 ans BP. Le carbone 14 a permis d’évaluer l’histoire géologique de l’île d’Hawaï. Grâce au regretté Meyer Rubin, à Jack Lockwood et à Peter Lipman, l’utilisation de la datation au carbone 14 a révolutionné la capacité des géologues à déterminer avec précision la date et fréquence des éruptions, et donc à découvrir la périodicité des dangers et évaluer les risques.
En permettant la datation des coulées de lave, le carbone 14 a été une véritable pierre de Rosette* pour comprendre l’histoire des volcans d’Hawaï!
Source: HVO / USGS.

* La pierre de Rosette est un fragment de stèle sur laquelle sont gravées trois écritures différentes d’un même texte et dans deux langues. Ce texte connut plusieurs tentatives de traduction avant que Champollion ne parvienne à déchiffrer les hiéroglyphes et à traduire intégralement les inscriptions.

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In order to study and try to forecast how a volcano will behave, geologists usyally analyse the deposits from past eruptions and determine the ages of those deposits. Radiocarbon dating is the principal tool of use.

Radiocarbon ages are expressed in “years BP” (Before Present). The present is the year 1950 because after that date nuclear weapons testing has contaminated the atmosphere with excess Carbon-14 ( 14C) [see graphs below]..

Radiocarbon dating was initiated in Hawaii by Meyer Rubin who died in May 2020, a victim of COVID-19. Rubin worked as a student at the University of Chicago with Nobel Prize winner Willard Libbey.

Meyer Rubin began his work with the US Geological Survey (USGS) in Washington, D.C., working with Hans Suess to refine radiocarbon dating. Meyer Rubin was instrumental in bringing radiocarbon dating to Hawaii and making this technique accessible to geologists.

The first radiocarbon samples used to date flows in Hawaii were collected in 1955 and dated in 1958. The samples were accidental finds, from Hilo, after a bulldozer cleared some land revealing carbonized plant materials. The first sample was from an ohi’a tree and yielded an age of 2,000 ± 250 years BP. A second sample, from hapu’u, gave an age of 2,070 ± 250 BP. These ages were internally consistent and yielded a reliable age of the flow.

Another sample was collected in 1959, in Wai’ohinu, on the southeast portion of the Island of Hawaii. The sample was collected in a churchyard, during the course of digging a grave, a worker broke through a pahoehoe flow and found charcoal. The sample provided an age of 3,740 ± 250 y B.P.

It was not until the early 1970s, however, that a systematic and methodical approach to charcoal recovery in Hawaii commenced. This effort was spearheaded by Jack Lockwood and Peter Lipman. In a paper published in 1980, the authors stated, “After extensive field observation of prehistoric and historic lava-flow basal contacts, we gradually developed field guidelines to predict areas of charcoal preservation and can now find carbonized wood under most Hawaiian lava flows that extend into vegetated areas.”

Prior to 1974, only 11 lava flows from Mauna Loa and Kilauea had been dated by the radiocarbon method. Soon, with new understandings of how charcoal is formed, geologists began to collect charcoal in earnest to uncover the secrets of Pele. So far, on the Island of Hawaii, HVO geologists have gathered over 1,500 charcoal samples and obtained more than 1,000 radiocarbon ages. About half of the dated material is from Mauna Loa.

Here is how radiocarbon dating works. Most carbon is not radioactive, but one isotope, 14C, is radioactive and has a half-life of 5,700 years. 14C  is produced by radioactive decay of nitrogen and is readily utilized by plants to build tissue, fiber, and wood.

The quantity of 14C  in the plant continuously diminishes through radioactive decay, so that after 5,700 years the amount of 14C is 50% of the amount when incorporated into plant tissue. After another 5,700 years, the concentration is down to 25% of its initial amount. Scientists use this decay to get an age from charcoal. The relatively new accelerator mass spectrometer techniques can theoretically provide ages between 80 and 100,000 years.

Realistically, radiocarbon dating is good to about 50,000 years BP. It has allowed to evaluate the geologic history of the Island of Hawaii. Thanks to the late Meyer Rubin, Jack Lockwood, and Peter Lipman, the use of radiocarbon dating has revolutionized grologists’ ability to firmly establish eruption frequency, unearth the periodicity of hazards, and assess risk.

One can say that for dating young lava flows, radiocarbon dating has proven to be a Rosetta Stone* for understanding the histories of Hawaii’s volcanoes!

Source : HVO / USGS.

*The Rosetta Stone is a fragment of a stele on which are engraved three different writings of the same text and in two languages. This text saw several attempts at translation before Champollion succeeded in deciphering the hieroglyphs and translating the inscriptions in full.

Influence des essais nucléaires atmosphériques (1950-1970 pour l’essentiel) sur la concentration atmosphérique en 14C.

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