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.

Datation de l’éruption de Santorin (Grèce) // Dating the Santorini eruption (Greece)

Il y a plus de 3400 ans, une éruption majeure a eu lieu sur l’île grecque de Santorin. Ce fut l’un des plus grands événements volcaniques de l’histoire de la Terre. L’éruption a creusé une vaste caldeira et enfoui la colonie d’Akrotiri sous une couche de cendre d’une quarantaine de mètres d’épaisseur. Les séismes et les tsunamis qui ont suivi ont dévasté les îles voisines et ont eu des impacts en Méditerranée jusqu’en Egypte et en Turquie. De nombreux historiens pensent que l’éruption de Santorin a contribué au déclin, voire à la disparition, de la civilisation minoenne.
Les chercheurs ont longtemps montré des désaccords sur la date de l’éruption car leurs méthodes de datation archéologique et par le radiocarbone – ou Carbon 14 – montraient des résultats différents. Aujourd’hui, une étude basée sur l’observation des cernes des troncs d’arbres et publiée dans la revue Science Advances apporte un éclairage nouveau.
La datation précise de l’éruption de Santorin pourrait également permettre de dater avec plus de précision l’histoire de la région. Cette précision dans la datation de l’éruption est très importante pour l’archéologie méditerranéenne. Si l’on peut dater l’éruption avec précision, cela signifie que chaque fois que l’on trouve des preuves de cet événement sur un site archéologique, on obtient immédiatement un point de repère très précis. C’est essentiel pour analyser les interactions humaines et environnementales au cours de cette période.
Des preuves de l’éruption à partir d’artefacts humains tels que des documents écrits et des poteries récupérées lors de fouilles avaient laissé supposer que l’éruption avait eu lieu entre 1570 et 1500 avant notre ère. Cependant, la datation au radiocarbone de morceaux d’arbres, de graines et de légumineuses découverts sous la couche de cendre volcanique à Santorin indique que l’éruption a eu lieu vers 1600 avant J.C. Au cours de la dernière étude, les chercheurs ont utilisé les dernières techniques de datation sur des arbres aux États-Unis et en Irlande qui existaient avant, pendant et après l’éruption de Thera (de 1500 à 1700 av. J.-C.). Ces arbres ajoutent un cerne – ou anneau de croissance – chaque année. Chaque cerne contient des traces d’isotopes de carbone radioactif qui se désintègrent à un rythme constant et peuvent être détectés par des techniques de datation. Cela signifie que ces anneaux d’arbres agissent comme une sorte de capsule temporelle de l’histoire environnementale qui remonte à des milliers d’années.
Les éruptions majeures comme celle de Santorin envoient tellement de matériaux dans l’atmosphère qu’elles peuvent refroidir la Terre. Au cours des années exceptionnellement froides, les arbres testés par l’équipe scientifique – les chênes irlandais et les pins de Bristlecone (pins à cônes épineux) – ont ajouté des cernes de croissance plus étroits que d’habitude. En analysant des échantillons de ces anneaux plus étroits susceptibles d’indiquer une éruption majeure, les scientifiques ont daté celle de Santorin entre 1600 et 1525 avant J.C.
Les chercheurs de l’Université d’Arizona espèrent que les recherches futures pourront déterminer avec encore plus de précision l’année de l’éruption.
Source: Université d’Arizona.

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More than 3,400 years ago, a major eruption took place on the Greek island of Santorini. It was one of the largest volcanic events in Earth’s recorded history. The eruption blew a huge caldera and buried the settlement at Akrotiri in a layer of ash 40 metres deep. Related earthquakes and tsunamis devastated nearby islands and there were impacts in the Mediterranean, as far as Egypt and Turkey. Many historians believe that the event contributed to the decline and even the end of the Minoan civilization.
Researchers have long argued over when the eruption took place, with archaeological and radiocarbon dating methods differing in their results. But now, a study of tree rings, published in the journal Science Advances, has cast new light on the debate.
The accurate dating of the Santorini eruption could have important implications for tying together the history of the region. In fact, narrowing down when it happened is critical to Mediterranean archaeology. If one can date precisely when the eruption occurred, then whenever you find evidence of that moment at any archeological site, you suddenly have a very precise marker point in time. This is really important for examining human/environmental interactions around that time period.
Evidence from human artifacts such as written records and pottery retrieved from digs had suggested the eruption occurred somewhere between 1570 and 1500 B.C. However, the radiocarbon dating of pieces of trees, grains and legumes found just below the layer of volcanic ash on Santorini indicated that the eruption took place around 1600 B.C. For the latest study, the researchers used the most sophisticated radiocarbon techniques on trees in the United States and Ireland that were alive before, during and after the time that Thera was thought to have erupted (the period 1500 to 1700 B.C.). These trees add a growth ring every year, each of which contains traces of radioactive carbon isotopes which decay at a steady rate and can be detected by dating technologies. This means these tree rings act as a kind of time capsule of environmental history stretching back thousands of years.
Massive eruptions like the one at Santorini eject so much material into the atmosphere that they can cool the Earth. In exceptionally cold years, the type of trees that the team tested – Irish oaks and bristlecones – produce growth rings that are narrower than usual. By analyzing instances of these narrower rings, which could indicate a huge eruption, the researchers dated the Santorini event to someplace between 1600 B.C. and 1525 B.C.
Unversity of Arizona researchers hope that future research will be able to more accurately pin down a particular year for the eruption.
Source: University of Arizona.

Crédit photo: NASA

L’Eruption du Millénaire du Mont Paektu (Corée du Nord) // Mount Paektu’s Millenium Eruption (North Korea)

drapeau-francaisJ’ai expliqué dans plusieurs notes de ce blog que la Corée du Nord avait des inquiétudes concernant Mont Paektu (aussi écrit Baekdu), un volcan considéré comme sacré près de la frontière avec la Chine. Il est entré en éruption pour la dernière fois en 1903. Les autorités coréennes ont même fait appel à des scientifiques occidentaux pour une meilleure évaluation des risques éruptifs.
Une équipe internationale de chercheurs a réussi à dater la soi-disant «Eruption du Millénaire» du Mont Paektu, l’une des plus importantes de l’histoire. Ils ont également montré que cette éruption n’avait pas pu entraîner la chute d’un important royaume du 10ème siècle, comme on le pensait jusqu’à présent.
L’équipe scientifique explique dans la revue Quaternary Science Reviews comment l’analyse des restes partiellement fossilisés d’un arbre abattu par l’éruption et des carottes de glace prélevées au Groenland ont abouti à la conclusion que l’éruption s’est produite au cours des derniers mois de 946 après JC. Les chercheurs ont procédé à une nouvelle datation par le carbone 14 sur un tronc de mélèze fossilisé récupéré du côté chinois du volcan. L’arbre était âgé de 264 ans quand il a été renversé par l’éruption et recouvert par une coulée de lave.
Les scientifiques ont estimé que l’arbre était encore debout en 775, année où la Terre a été abondamment bombardée par des rayons cosmiques. La preuve de cet événement, sous forme de radiocarbone, a été détectée dans l’un des cernes de l’arbre, et en comptant jusqu’à l’anneau de croissance externe, l’équipe a pu déterminer quand l’arbre avait péri. Une analyse plus approfondie a montré qu’il avait arrêté sa croissance saisonnière et que sa mort avait probablement eu lieu à l’automne ou à l’hiver.
En effectuant une comparaison avec les dépôts de cendre dans des carottes de glace forées dans le nord du Groenland, l’équipe scientifique a pu affiner ses calculs jusqu’aux 2 ou 3 derniers mois de 946 après JC.
Source: Université de Cambridge.

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drapeau-anglaisIn several posts, I explained that North Korea was worrying about Mount Paektu (également écrit Baekdu), a volcano considered  sacred, that stands close to the border with China and which last erupted in 1903. The Korean authorities called Western experts for help in order to get a better idea of the eruptive risks.

An international team of researchers has managed to pinpoint, to within three months, the so-called “Millennium Eruption” of Mt Paektu, one of the largest in history. They have also shown that this eruption cannot have brought about the downfall of an important 10th century kingdom, as was previously thought.

Writing in the journal Quaternary Science Reviews the team describes how new analysis of the partly fossilised remains of a tree killed by the eruption, and ice cores drilled in Greenland, lead them to conclude the eruption occurred in the final months of 946 AD. They established an accurate date for the event by making new radiocarbon measurements on a fossilised larch trunk recovered from the Chinese side of the volcano. The tree was 264 years old when it was killed and buried by a flow of lava.

The scientists reckoned the tree would have been standing in 775, a year that was marked by a burst of cosmic rays reaching the Earth. Evidence of this event, in the shape of radiocarbon, was found in one of the tree’s rings and by counting to the outer ring, the team was able to work out when the tree must have perished. Further analysis indicates it had stopped its seasonal growth suggesting Autumn or Winter as the likely time of its demise.

By cross-referencing with ash deposits found in ice cores drilled in northern Greenland, the team could narrow down the calculation to the last 2 or 3 months of 946 AD.

Source: University of Cambridge.

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Caldeira sommitale du Mt Paektu (Crédit photo: Wikipedia)