Preliminary results of dating for  the Lower Paleolitic sites of Ukraine  (Medzhibozh 1 and Medzhibozh A, Khmelnitskii region)  by electron spin resonance method

J. K. Qi; B. A. B. Blackwell; I. K. Singh; V. N. Stepanchuk; J. I. B. Blickstein; J. A. Florentin; A. R. Skinner

doi:10.24028/gzh.0203-3100.v40i4.2018.140614

Автор(и)

J. K. Qi RFK Science Research Institute, США
B. A. B. Blackwell Коледж Вільямса, США
I. K. Singh RFK Science Research Institute, США
V. N. Stepanchuk Інститут археології НАН України, Україна
J. I. B. Blickstein RFK Science Research Institute, США
J. A. Florentin Коледж Вільямса, США
A. R. Skinner Коледж Вільямса, США

DOI:

https://doi.org/10.24028/gzh.0203-3100.v40i4.2018.140614

Ключові слова:

ESR dating, Lower Paleolithic, Medzhibozh, Ukraine, ESR isochron analyses, Middle Pleistocene, Marine Isotope Stage (MIS) 11

Анотація

Біля смт Меджибіж у Хмельницькій області України (49°35′ пн.ш., 27°42′ сх.д., 270 м н.р.м.) виявлено два багатошарові нижньопалеолітичні місцезнаходження під відкритим небом. Шар 16а, пов’язаний з нижнім алювіальним циклом місцезнаходження Меджибіж 1 містить кам’яні артефакти, переважно чопри, чопінги, сколи й знаряддя на них, вірогідні залишки вогнища, а також кістки з нарізками, зарубками і ознаками дроблення, залишені тут ранніми гомінідами, які мешкали на береговій лінії давньої водойми. Рештки ведмедя Денінгера (Ursus deningeri), носорога (Stephanorhinus kirchbergensis) та інших вимерлих ссавців епохи середнього плейстоцену дають змогу припускати, що шари 13—16 мають бути давнішими за 200 тис. років, що підтверджено наявною одиничною ТЛ-датою, а також даними щодо мікротеріофауни, палеоґрунтів, спорово-пилкового аналізу. Приблизно у 500 м від Меджибожу 1, на місцезнаходженні Меджибіж А, виявлено шість археологічних шарів, розділених стерильними прошарками, що містять подібні кам’яні вироби, рештки фауни, залишки вогнищ. Для датування матеріалів Меджибожу застосовано метод електронного спінового резонансу (ЕСР), можливості якого щодо датування за емаллю зубів ссавців сягають 2—4 млн років, а точність становить 2—5 %. Продатовано стандартним і ізохронним методами ЕСР оленячі зуби — три з шару 16а Меджибожу I, один — з шару 1 Меджибожу А. Зразки вмісних відкладів проаналізовано відповідно до методики нейтронного активаційного аналізу для вимірювання рівня усередненої за кількістю та обсягом дози у седиментах. Усереднені у часі показники потужності космічних доз визначено відповідно до моделі змін, з використанням геологічних критеріїв. Зразок AT29 з Меджибожу A зі стандартним LU віком 379±27 тис. років — найкращий з точки зору датування шару, що ґрунтується на аналізі фауни, але ізохрона показала дифузійне вторинне поглинання урану, що припускає більш давній вік. Усі зуби з Меджибожу 1 містили >100 ppm U у дентині, в емалі його вміст ва ріював від 2,8 до 11,8 ppm. Згідно із ізохроною зразка AT41, що не демонструє ознак вторинного поглинання урану, можна припускати, що його поглинання на рівні р~4 найбільший показник поглинання. За такого рівня р вік становить 373±17 тис. років, що корелює з пізньої фазою морської ізотопной стадії 11 (MIS). Імовірний вік зразка AT44 — 399±11 тис. років при р=4, а зразка AT45 — 396±13 тис. років при р=6; обидві дати корелюють із серединою стадії MIS 11. Їх ізохрони свідчать про вплив вторинного дифузійного поглинання урану на обидва зуби. Аналіз ізохрон допускає, що на всю стоянку міг вплинути один епізод вторинного поглинання, можливо, пов’язаний із зануренням у воду з високим вмістом урану. Згідно з датуванням, вогнища Меджибожу А — найдавніші в Україні, проте для підтвердження віку і оцінювання значення р необхідні датування за допомогою методу ЕСР і перевірка суміщеними ЕСР-230Th/234U датами більшої кількості зразків із різних шарів пам’ятки.

Посилання

Dykan, N. I. (2014). First data on fossil ostracods (class Crustacea, subclass Ostracoda) from alluvial sediments of Deer excavation area of archaeological locality Medzhybizh 1. In V. N. Stepanchuk (Ed.), Medzhybizh locality and the problems of Lower Paleolithic studies on the East European Plain (pp. 83—88). Ternopil: OOO “Terno-graph” (in Ukrainian).

Matviyishina, Zh. M., & Karmazinenko, S. P. (2014). Results of paleopedological studying of Quaternary deposits of Medzhibozh Paleolithic locality. In V. N. Stepanchuk (Ed.), Medzhybizh locality and the problems of Lower Paleolithic studies on the East European Plain (pp. 49—69). Ternopil: OOO “Terno-graph” (in Ukrainian).

Piasetsky, V. K. (2001). The Middle-Acheldom location Medzhibozh. Vita Antiqua, (3-4), 125—134 (in Russian).

Rekovets, L. I. (2001). Medzhibozh — the teriofauna location and the multilayered Paleolithic site of a man in Ukraine. Vestnik zoologii, 35(6), 39—44 (in Russian).

Rekovets, L. I., Socha, P., Stepanchuk, V. N., Kovalchuk, A. N., & Demeshkant, V. I. (2014). Reconstruction of existence conditions of theriofauna and ancient man during the Likhvin epoch at the Medzhybizh locality in Ukraine. In V. N. Stepanchuk (Ed.), Medzhybizh locality and the problems of Lower Paleolithic studies on the East European Plain (pp. 70—78). Ternopil: OOO “Terno-graph” (in Ukrainian).

Stepanchuk, V. N., Ryzhov, S. N., Matviyishina, Zh. N., Karmazinenko, S. P., & Moigne, A. M. (2014). First results of investigation of Medzhibozh Lower Paleolithic localities. In V. N. Stepanchuk (Ed.), Medzhybizh locality and the problems of Lower Paleolithic studies on the East European Plain (pp. 22—48). Ternopil: OOO “Terno-graph” (in Russian).

Barabas, M., Walther, R., Wieser, A., Radtke, U., & Grün, R. (1993). Second interlaboratory-comparison project on ESR dating. Applied Radiation and Isotopes, 44, 119—129. https://doi.org/10.1016/0969-8043(93)90206-P.

Blackwell, B. A. B. (2006). Electron spin resonance (ESR) dating in karst environments. Acta Carsologica, 35, 123—153. doi: https://doi.org/10.3986/ac.v35i2-3.236.

Blackwell, B. A. B. (2001). Electron spin resonance (ESR) dating in lacustrine environments. In W. M. Last, J. P. Smol (Eds.), Tracking environmental change using lake sediments (pp. 283—369). Springer Netherlands.

Blackwell, B. A. (1989). Laboratory Procedures for ESR Dating of Tooth Enamel. McMaster University Department of Geology Technical Memo.

Blackwell, B. A. (1994). Problems associated with reworked teeth in electron spin resonance (ESR) dating. Quaternary Geochronology (Quaternary Science Reviews), 13, 651—660.

Blackwell, B. A. B., & Blickstein, J. I. B. (2000). Considering sedimentary U uptake in external dose rate determinations for ESR and luminescent dating. Quaternary International, 68(1), 329—343. doi: 10.1016/S1040-6182(00)00056-2.

Blackwell, B. A., & Schwarcz, H. P. (1993). ESR isochron dating for teeth: A brief demonstration in solving the external dose calculation problem. Applied Radiation & Isotopes, 44(1-2), 243—252. https://doi.org/10.1016/0969-8043(93)90227-2.

Blackwell, B. A. B., Skinner, A. R., & Blickstein, J. I. B. (2001). ESR isochron exercises: how accurately do modern dose rate measurements reflect paleodose rates? Quaternary Science Reviews, 20(5-9), 1031—1039. doi: 10.1016/S0277-3791(00)00081-0.

Blackwell, B. A. B., Skinner, A. R., Brassard, P., & Blickstein, J. I. B. (2002). U Uptake in tooth enamel: Lessons from isochron analyses and laboratory simulation experiments. Proceedings of the International Symposium on New Prospects in ESR Dosimetry and Dating. Society of ESR Applied Metrology, Osaka. Advances in ESR Applications, 18, 97—118.

Blackwell, B. A. B., Liang, S., Golovanova, L. V., Doronichev, V. B., Skinner, A. R., & Blickstein, J. I. (2005). ESR at Treugol’naya Cave, northern Caucasus Mt., Russia: Dating Russia’s oldest archaeological site and paleoclimatic change in Oxygen Isotope Stage 11. Applied Radiation & Isotopes, 62(2), 237—245. doi:10.1016/j.apradiso.2004.08.005.

Blackwell, B. A. B., Skinner, A. R., Blickstein, J. I. B., Montoya, A. C., Florentin, J. A., Baboumian, S. M., Ahmed, I. J., & Deely, A. E. (2016a). ESR in the 21st century: From buried valleys and deserts to the deep ocean and tectonic uplift. Earth Science Reviews, 158, 125—159. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2016.01.001.

Blackwell, B. A. B., Kim, D. M. K., Curry, B. B., Grimley, D. A., Blickstein, J. I. B., & Skinner, A. R. (2016b). Shell we date? ESR dating Sangamon Interglacial Episode deposits at Hopwood Farm, IL. Radiation Protection Dosimetry, 172(1-3), 283—295. https://doi.org/10.1093/rpd/ncw213.

Blackwell, B. A. B., Sakhrani, N., Gopalkrishna, K. K., Singh, I., Harvati, K., Tourloukis, V., … Skinner, A. R. (2018). ESR dating ungulate teeth and molluscs from Marathousa 1, Greece. Quaternary International.

Brennan, B. J., Rink, W. J., McGuirl, E. L., & Schwarcz, H. P. (1997). Beta doses in tooth enamel by «one group» theory and the Rosy dating software. Radiation Measurements, 27, 307—314.

Deely, A. E., Blackwell, B. A. B., Mylroie, J. E., Carew, J. L., Blickstein, J. I. B., Skinner, A. R. (2011). Testing cosmic dose rate models for ESR: dating corals and molluscs on San Salvador, Bahamas. Radiation Measurements, 46(9), 853—859. https://doi.org/10.1016/j.radmeas.2011.02.008.

Dibble, H. L., Aldaeias, V., Alvarez-Fernández, E., Hallett-Desguez, E., Jacobs, Z., Olszewski, D. I., … El-Hajraoui, M. (2012). New Excavations at the Site of Contrebandiers Cave, Morocco. Paleoanthropology, 2012, 145—201. doi:10.4207/PA.2012.ART74.

Dibble, H. L., Aldaeias, V., Jacobs, Z., Olszewski, D. I., Rezek, Z., Lin, S. C., … El-Hajraoui, M. (2013). On the industrial attributions of the Aterian and Mousterian of the Maghreb. Journal of Human Evolution 64, 194—210. http://dx.doi.org/10.1016/j.jhevol.2012.10.010.

Dimitrijević, V., Mrdjić, N., Korać, M., Chu, S., Kostić, D., Jovičić, M., & Blackwell, B. A. B. (2015). The latest steppe mammoths (Mammuthus trogontherii (Pohlig)) and associated fauna on the Late Middle Pleistocene steppe at Nosak, Kostolac Basin, Northeastern Serbia. Quaternary International, 379, 14—27. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.06.025.

Dmytruk, Y., & Stepanchuk, V. (2017). Pedo-geochemical assessment of a Holsteinian occupation site. In D. Dent & Y. Dmytruk (Eds.), Soil science working for a living: Applications of soil science to present-day problems. Springer Nature.

Doronichev, V. (2016). The Pre-Mousterian industrial complex in Europe between 400 and 300 ka: Interpreting its origin and spatiotemporal variability. Quaternary International, 409, 222—240. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.05.063.

Kahlke, R. D., & Kaiser, T. M. (2011). Generalism as a subsistence strategy: advantages and limitations of the highly flexible feeding traits of Pleistocene Stephanorhinus hundsheimensis (Rhinocerotidae, Mammalia). Quaternary Science Reviews, 30, 2250—2261. doi:10.1016/j.quascirev.2009.12.012.

Lee, H. K., Rink, W. J., & Schwarcz, H. P. (1997). Comparison of ESR signal dose-responses in modern and fossil tooth enamels. Radiation Measurements, 27(2), 405—411. https://doi.org/10.1016/S1350-4487(96)00112-6.

Mishra, S., White, M. J., Beaumont, P., Antoine, P., Bridgland, D. R., Limondin-Lozouet, N., … White, T. S. (2007). Fluvial deposits as an archive of early human activity. Quaternary Science Reviews, 26(22-24), 2996—3016. http://dx.doi.org/10.1016/j.quascirev.2007.06.035.

Moigne, A. M., Stepanchuk, V. N., & Rizhov, S. (2014). MIS 11-9 locality of Medzhibozh, Ukraine: Archeological and paleozoological evidence. Abstracts of the XVII World UISPP Congress 2014 in Burgos.

Rekovets, L., Chepalyga, A., & Povodyrenko, V. (2007). Geology and mammalian fauna of the Middle Pleistocene site, Medzhybozh, Ukraine. Quaternary International, 160(1), 70—80. doi: 10.1016/j.quaint.2006.09.014.

Roebroeks, W., & Villa, P. (2011). On the earliest evidence for habitual use of fire in Europe. Proceedings of the National Academy of Sciences.

Shimelmitz, R., Kuhn, S. L., Jelinek, A. J., Ronen, A., Clark, A. E., & Weinstein-Evron, M. (2014). ‘Fire at will’: The emergence of habitual fire use 350,000 years ago. Journal of Human Evolution, 77, 196—203. doi: 10.1016/j.jhevol.2014.07.005.

Skinner, A. R., Blackwell, B. A. B., Chasteen, D. E., Shao, J. M., & Min, S. S. (2000). Improvements in dating tooth enamel by ESR. Applied Radiation and Isotopes, 52(5), 1337—1344. https://doi.org/10.1016/S0969-8043(00)00092-0.

Skinner, A. R., Blackwell, B. A. B., Chasteen, D. E., & Shao, J. M. (2001a). Q band ESR studies of

fossil tooth enamel. Quaternary Science Reviews, 20(5-9), 1027—1030. https://doi.org/10.1016/ S0277-3791(00)00066-4.

Skinner, A. R., Blackwell, B. A. B., & Lothian V. (2001b). Calibrating ESR ages in the 2-Ma range at Olduvai Gorge, Tanzania. Paleoanthropology Society, Kansas City, MO. Journal of Human Evolution, 40(3), A22.

Stepanchuk, V. N. (2009). Medzhibozh, Ukraine. Early Middle Pleistocene evidence of human dispersal in the east European plain. In A. P. Derevianko, M. V. Shunkov (Eds.), The earliest human migrations in Eurasia. Makhachkala: Institute of Archaeology and Ethnography Press.

Stepanchuk, V. N. (2013). Studies of Lower Palaeolithic sites in Medzhibozh. In M. Ya-

mada (Ed.) Archaeological and Geological Researches in Ukraine (pp. 27—38). Cen-

ter for Obsidian and Lithic Studies, Nagano.

Stepanchuk, V. N., & Moigne, A. M. (2016). MIS 11-locality of Medzhibozh, Ukraine: Archaeological and paleozoological evidence. Quaternary International, 409, 241—254. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2015.09.050.

Stepanchuk, V. N., Ryzhov, S., Rekovets, L., & Matviishina, Z. N. (2010). The Lower Paleolithic of Ukraine: Current evidence. Quaternary International, 223—224, 131—142. https://doi.org/10.1016/j.quaint.2009.12.006.

Wieser, A., Debuyst, R., Fattibene, P., Meghifene, A., Onori, S., Bayankin, S. N., Blackwell, B. A. B., … Trompier, F. (2005). The 3rd international intercomparison on EPR tooth dosimetry: Part 1, general analysis. Applied Radiation and Isotopes, 62(2), 163—171. https://doi.org/10.1016/j.apradiso.2004.08.027.