Comment les humains sont-ils devenus humains? Comprendre quand, où et dans quelles conditions environnementales nos premiers ancêtres vivaient est central pour résoudre le puzzle de l'évolution humaine.
Malheureusement, épingler une chronologie de l'évolution humaine précoce a longtemps été difficile, mais les anciennes éruptions volcaniques en Afrique de l'Est peuvent détenir la clé.
Notre nouvelle étude, publiée dans Actes de l'Académie nationale des sciencesaffine ce que nous savons des couches de cendres volcaniques dans le bassin de Turkana, Kenya. Cet endroit a donné de nombreux premiers fossiles humains.
Nous avons fourni des estimations d'âge de haute précision, se rapprochant d'un petit pas de l'établissement d'un délai plus raffiné de l'évolution humaine.
Des millions d'années d'éruptions volcaniques
La grande vallée de Rift en Afrique de l'Est abrite plusieurs sites fossiles de renommée mondiale. Parmi ceux-ci, le bassin de Turkana est sans doute la région la plus importante pour la recherche sur les premières origines humaines.
Cette région se situe également dans une frontière de plaque tectonique active – un rift continental – qui a déclenché des éruptions volcaniques sur des millions d'années.
Alors que les premiers humains et leurs ancêtres hominin ont parcouru ces paysages de la vallée du rift, les éruptions volcaniques ont fréquemment recouvert la terre dans les particules de cendres, enterrant leurs restes.
Au fil du temps, de nombreuses couches fossiles se sont prises en sandwich entre les couches de cendres volcaniques. Pour les archéologues aujourd'hui, ces couches sont inestimables en tant que horodatage géologiques, parfois dans de vastes régions.
Excellents chronoméateurs
Les éruptions volcaniques sont d'excellents chronométreurs car ils se produisent très rapidement, géologiquement parlant. Alors que le magma chaud éclate, il refroidisse et se solidifie en particules de cendres volcaniques et en roches de prélèvement.
La ponce contient souvent des cristaux (minéraux appelés feldspaths) qui agissent comme des «chronométrets» naturels. Ces cristaux peuvent être directement datés en utilisant une datation radiométrique.
En datant des couches de cendres qui se trouvent directement au-dessus et en dessous des découvertes fossiles, nous pouvons établir l'âge des fossiles eux-mêmes.
Même lorsque de tels minéraux sont absents, les couches de cendres volcaniques peuvent toujours aider à dater les sites archéologiques. En effet, les particules de cendres de différentes éruptions ont des signatures chimiques uniques.
Cette « empreinte digitale » géochimique distincte signifie que nous pouvons retracer une éruption particulière sur de grandes distances. Nous pouvons ensuite attribuer un âge à la couche de cendres même sans cristaux datables.
Par exemple, une couche de cendres trouvée en Éthiopie, ou même au fond de l'océan, peut être associée à une au Kenya. Tant que leurs compositions chimiques correspondent, nous savons qu'ils provenaient de la même éruption au même point géologique. Cette approche est appliquée dans la région depuis de nombreuses décennies.
Des études historiques antérieures ont déjà établi la géologie du bassin de Turkana.
Cependant, les éruptions fréquentes de la région sont souvent séparées par quelques milliers d'années seulement. Cela rend de nombreuses couches de cendres essentiellement indiscernables dans le temps. De plus, certaines couches de cendres ont des «empreintes digitales» très similaires, ce qui rend difficile de les distinguer en toute confiance.
Ces défis ont rendu difficile à ce jour les tufs Nariokotome, trois couches de cendres volcaniques dans le bassin de Turkana. Bien qu'il soit clair à partir de l'enregistrement rocheux, ce sont trois couches de cendres distinctes, leurs estimations d'âge et leurs signatures chimiques sont très similaires. Nous avons décidé de les réduire.
Qu'avons-nous trouvé?
Par rapport aux méthodes précédentes, les outils de datation modernes peuvent réaliser une amélioration de l'ordre de grandeur de la précision.
En d'autres termes, nous pouvons maintenant distinguer les couches de cendres volcaniques qui ont éclaté à seulement 1 000 à 2 000 ans les uns des autres. En appliquant cette méthode de haute précision aux tufs Nariokotome, nous les avons résolus comme trois événements volcaniques distincts, chacun avec une date d'éruption précise.
Cependant, la détermination des âges ne suffit pas pour distinguer complètement ces couches volcaniques. Parce que les couches de cendres ont atterri si près les unes des autres – et potentiellement à partir de volcans très similaires – ils ont également des « empreintes digitales » géochimiques majeur remarquablement similaires. Les éléments majeurs sont les éléments les plus abondants des rochers, mais ils ne peuvent pas toujours nous dire beaucoup sur l'âge et la source du matériau de la roche.
C'est là que les oligo-éléments s'avèrent particulièrement utiles. Ce sont des éléments qui se produisent en très petites quantités dans les roches mais fournissent des signatures chimiques beaucoup plus distinctes.
En utilisant la spectrométrie de masse à base de laser, nous avons analysé la composition de l'élément trace des deux particules de cendres et de leurs Pumices associés. Cela nous a fourni des empreintes digitales à éléments trace pour chaque couche – toujours similaires, mais distinctes.
Retracer l'histoire humaine
Une fois que nous avons eu à la fois des estimations précises de l'âge et des profils géochimiques distincts, nous avons tracé ces couches de cendres dans des sites archéologiques clés.
Par exemple, le site de Nadung'a dans l'ouest de Turkana, considéré comme un site de boucherie préhistorique, a produit quelque 7 000 outils en pierre. Nos estimations d'âge mise à jour font désormais ce site d'environ 30 000 ans de plus qu'auparavant.
Plus important encore, nous avons montré que ces méthodes raffinées peuvent être appliquées au-delà du Kenya. Nous avons tracé les couches de cendres des âges équivalents du Kenya à la formation de Konso en Éthiopie, indiquant qu'ils provenaient de trois éruptions individuelles, dans lesquelles le matériau était réparti sur de grandes distances.
Les tufs Nariokotome sont une étude de cas importante qui montre la combinaison puissante de datation de haute précision avec des empreintes digitales géochimiques détaillées. Alors que nous appliquons ces techniques à plus de couches de cendres, à la fois dans le bassin de Turkana et potentiellement au-delà du Kenya, nous aurons une meilleure compréhension des questions clés dans l'évolution humaine.
Les nouvelles technologies et espèces d'outils ont-elles émergé progressivement ou soudainement? Plus d'une espèce d'hominine existe-t-elle simultanément? Comment les environnements changeants, le climat et le volcanisme fréquent ont-ils affecté l'évolution humaine précoce?
Maintenant que nous avons des délais géologiques précis pour les endroits où ces artefacts ont été trouvés, nous sommes un peu plus près de répondre à ces questions de longue date sur l'humanité précoce.
