Les sédiments d'Homo Antecessor de Gran Dolina, (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne). Interprétation micromorphologique des processus de formation et enregistrement paléoenvironnemental des sédiments

L'Anthropologie 105 (2001) 45-69 © 2001 l~ditionsscientifiques et m6dicales Elsevier SAS. Tous droits r6serv6s

Les s diments d'Homo Antecessor de Gran Dolina, (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne). Interpretation micromorphologique des processus de formation et enregistrement pal oenvironnemental des s diments Josep Vallverdfi *a, Marie-Agn~s Courty b, Eudald Carbonell a, A n t o n i Canals a, Francesc Burjachs a

R6sum6 - L'~tude des s6diments, /t l'aide de lames minces de grand format, est la continuation d'une approche contextuelle int6gr6e aux testes d'Homo antecessor de TD6 ~ Gran Dolina. L'approche contextuelle a d~but6 avec l'6tude arch6ostratigraphique des testes humains. L'6tude arch6ostratigraphique confront6e h l'analyse s6dimentaire exptique les difficult6s de s6parer les testes humains des autres occupations anthropiques d'une pattie de TD6, Aurora Stratum arch6ostratigraphique (ASa). En ce sens, ASa se trouve dans un contexte s6dimentaire microstratifi6, indiquant une possible synchronie s6dimentaire des testes humains, de la couche Aurora Stratum (AS). L'analyse microscopique des s6diments non perturb6s d'ASa montre que la s6dimentation est hydrique, ~ basse 6nergie et d'enfouissement rapide. L'interpr6tation pal6oenvironnementale est bas6e sur l'enregistrement des processus pedos6dimentaires de Gran Dotina. Les rapides changements environnementaux enregistr6s dans les s6diments aident proposer une interpr&ation chronoclimatique. Les occupations anthropiques d'ASa et AS de TD6 ~t Grail Dolina ont eu lieu pendant une p6riode glaciaire du P16istoc~ne inf6rieur final. © 2001 l~ditions scientifiques et m6dicales Elsevier SAS

s~diment / micromorphologie / grotte / pal~oenvironnement / Pleistocene inf~rieur / Atapuerca Abstract - Homo antecessor Sediments of Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Spain). Micromorphological Interpretation of the Formation Process and Paleoenvironmental Record of the Sediments. Sedimentary studies using large format thin-section is an integrated approach for a contextual background of Homo antecessor remains at TD6 in Gran Dolina. This integrated contextual approach begins with an archaeostratigraphical study of human remains. The archaeostratigraphical results confronted sedimentary analyses show the difficulties for separating the human remains ofdiachronical occupations in TD6 level, named Aurora Stratum archaeostratigraphical (ASa). Evidence of diachronic occupation is confirmed by sedimentary analyses. The sedimentary analyses of ASa show a microstrafied sedimentary context suggesting a possible sedimentary synchrony of the human remains, named Aurora Stratum (AS). Microscopic analyses of non-disturbed ASa sediments show that the sedimentation was hydric, low energy and buried rapidely. Palaeoenvironmental interpretation is based on pedosedimentary evidences recorded at Gran Dolina. The rapide environmental changements recorded in the microstratified sequence of ASa allow us to propose a chronoclimatic interpretation. Human occupations in ASa and AS of TD6 are of glacial period during the Later Lower Pleistocene. © 2001 Editions scientifiques et m~dicales Elsevier SAS sediment / micromorphology / cave ! paleoenvironment / E a r l y Pleistocene / Atapuerca

La Sierra d ' A t a p u e r c a est u n c o m p l e x e de sites arch~opal6ontologiques. Les s6quences stratigraphiques des ces sites sont des remplissages de grottes. Les remplissages s6dimentaires de la Sierra de A t a p u e r c a ont une chronologie qui enregistre le dernier m i l l i o n d ' a n n 6 e s

au sud de l'Europe. Parmi les remplissages de la Sierra d'Atapuerca, le site de G r a n D o l i n a a u n e s6quence stratigraphique de la partie finale du Pl6istoc6ne inf6rieur au tiers m o y e n du Pldistoc6ne m o y e n . Les occupations h u m a i n e s de G r a n D o l i n a sont encore mal connues. Les r6sultats

* Correspondance et tir6s h part. [email protected] Area de Prehistoria, Unitat associada al CSIC, Departarnent d'Histbria i Geografia, Universitat Rovira i Virgili, Pga, Imperial T~rraco, 1, 43005 Tarragona, Espagne, b CNRS, Dep. AGER-DMOS, BP 01, INA P-G, 78850 Thiverval-Grignon, France.

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J. Vallverdli et al

du sondage a Gran Dolina a TD6 offrent seulement une vue initiale de la potentialite du remplissage. La decouverte de restes attribues a Homo antecessor dans la couche Aurora Stratum de TD6 datee dans la periode paltomagnetique Matuyama (Pares et Gonzalez, 1995), a permis de placer le remplissage de Gran Dolina parrni les rares sequences stratigraphiques qui enregistrent les premiers habitants de I’Europe. Les restes humains d’Aurora Stratum sont places dans un contexte de vestiges archeopaleontologiques de haute densite horizontale et vertitale, ou Aurora Stratum archeostratigraphique (ASa) (Canals et al., sous presse). Ces restes archeopaleontologiques ont un contexte sedimentaire tin. Ce contexte sedimentaire fin n’est pas tres commun parmi les sites archeopaleontologiques du Pleistocene inferieur et moyen (Roebroeks, 1994). Le contexte sedimentaire d’Aurora Stratum archeostratigraphique a CtC Cchantillonne pour caracteriser les processus de formation et enregistrement paleoenvironnementaux.

1. Cadre nature1 de la Sierra de Atapuerca La Sierra de Atapuerca se trouve dans la depression du fleuve Duero. Le bassin du Duero configure une grande partie de la Meseta nord. La partie nord-orientale du bassin est traversee par le fleuve Arlanzon. La depression du Duero est un grand plateau d’une altitude moyenne de 700 a 800 m. La Sierra d’Atapuerca occupe la Porte sud du couloir physiographique de la Bureba. Le couloir de la Bureba fait communiquer la depression du Duero et la depression de l’Ebre, tres pres de la facade atlantique de la mer Cantabrique (jgure 1). Ce point de confluence des biomes et de la geographic configure le contexte systemique de l’enregistrement sedimentaire quatemaire de la Sierra (Carbonell, 1998a ; Carbonell, 1998b ; Garcia, 1992). La Sierra d’Atapuerca est une petite formation mesozo’ique occupant la partie droite de la vallee du fleuve Arlanzon. Sept terrasses fluviatiles de I’Arlanzon peuvent Ctre identifiees dans le transec d’Ibeas de Juarros a la Sierra de Atapuerca (Pares et Perez-Gonzalez, 1999). La Trinchera de1 Ferrocarril qui contient les remplissages de Gran Dolina, Galeria et Elefante est sit&e autour des 1 000 m (Pares et PerezGonzalez, 1999) (figure I).

Les formations superficielles les plus anciennes de la region sont les depots de Raiia et les surfaces des Paramos. Les Rafia et les surfaces des Paramos ont une limite Plio-Pleistocene. Les differentes surfaces d’erosion des Paramos ont des ages differents. Sur ces surfaces on rencontre des depots a sables bruns et/au rouges, de sols rouges et rendzines (Molina et PCrezGonzalez, 1989). A la surface du Paramo inferieur et sur les terrasses des fleuves, les crotites calcaires sont plus developpees en raison de leur age ancien. Ces accumulations de carbonates sont enterrees parfois par des terrasses fluviatiles avec des sols rouges. Les sols anciens a terra rossa sont toujours presents dans le domaine calcaire. Le sol rouge fersialitique montre l’influence du climat mediterraneen. 11 se trouve souvent sur toutes les surfaces du Quaternaire, a I’exception des regions humides du Nord. I1 est admis que dans la sequence de terrasses fluviatiles ce type de sol apparait a partir de 30 et 40 m (Gallardo et Martin, 1989). Sur les pentes de la Sierra d’Atapuerca a ete identifie un sol ancien (Perez-Gonzalez et al., 1995). En se basant sur la Soil Taxonomy il est class? comme un Petrocalcic Palexeralf. Ce sol est forme par les horizons A, Bt, Bk et Ckm. Le sol actuel dominant autour des sites est un Typic Xerorthent, un sol peu Cvolue a forte teneur en matiere organique et a horizons A, BA et R. Dans le bassin du Duero, le climat est modifie. Le climat est de type mediterraneen par son aridite et de type continental par ses temperatures. Ainsi, dans la region de notre etude, le climat est qualifit de tempere a influence mediterraneenne (Rubio Recio, 1989) ou climat mediterra&en tempere (INIA, 1973). Ces distinctions montrent le cat-act&e limitrophe de la region d’Atapuerca. La Sierra d’Atapuerca est dans le continuum entre la zone de climat tempere et le mediterraneen humide. Les temperatures moyennes annuelles sont de 10 “C a Burgos et sont done peu differentes de celles des villes &i&es local&es a la meme latitude. En revanche, la difference est representee par I’oscillation thermique intra-annuelle qui atteint 21 “C a Burgos. La moyenne des jours de gelee est de 68, dont 18 jours durant le mois de janvier ; en notant que les mois de juin, juillet et aotit ne comportent aucun jour de gelees. Les precipitations annuelles sont de 400-600 mm. A Burgos, le climat &ant plus humide, elles atteignent 60s

Les sddiments d'Homo Antecessor de Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne)

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gdographique

G GD //

. . . .

Gran Do|ina t~ G, (a!ena F. I~lefante TF, Trincheradel Ferrocarril S1L Simade los ltuesos ~

Figure 1. Emplacement g6ographique et g6ologie structurale de la Sierra de Atapuerca. A 1'6chelle moyenne, d6tail de la Cuenca del Daero et relation du syst6me ib~rique avec la Sierra de Atapuerca (ITGE 1997). Ddtail de la situation des sites archdopaldontologiques pl6istoc6nes dans la Trinchera del Ferrocarril et le syst~me karstique de la Sierra. 1. Ndog~ne et Quaternaire, 2. Paldog~ne. 3. M6sozoi'que. 4. Roches m6tam0rphiques et plutoniques. 5. Paldozo~que et Pr6cambrien. Figure 1. Multiscale location of geographical and geological structure in the Sierra de Atapuerca region. Duero Bassin and Iberic ranges in mid scale Sierra de Atapuerca relations. Detailed situation of the Pleistocene achaeopalaeontological sites in the Trinchera del Ferrocarril and the karts system of the Sierra de Atapuerca. 1. Neogene and Quaternary. 2. Palaeocene. 3. Mesozoic. 4. Metamorphic and plutonic rocks. 5. Palaeozoic and Precambrian.

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J. Vallverdu et al.

650 mm par an. Ces precipitations sont concentrees sur de petites p&odes de I’annte avec, parfois plusieurs anntes de secheresse. Les periodes neigeuses se concentrent pendant les mois de janvier, fevrier et rarement en mars. La vegetation est peu conditionnee par la secheresse, mais en altitude elle est limitee par les basses temperatures (Tarazona, 1984). La pente de la Sierra de Atapuerca est peuplee par la garrigue a chCne kern&, indice de la degradation anthropique mais aussi de la troncature periodique des sols rouges sur la terra rossa de la Sierra. La vegetation actuelle est represent&e par une foret mtditerraneenne monospecitique a chene vert (Quercus rotundifolia) surtout sur les versants sud, et Quercus fuginea, sur les versants orient& au nord) (Garcia et Sainz, 1991). LavCgCtation arbustive, polyspecifique, est caracterisee par la garriga g Cpineux: Rhamus alaternus, Rosa spp., Rubus spp., Curates monogyna, Prunus spinosa. Dans le substrat acide des terrasses, il y a Quercus pyrenaica. Sur les bords des rivieres apparaissent une forCt de Populus sp. et alba, Ulmus sp., Fraxinus sp., Alnus sp. et Salix sp. (formation Aestilignosa). Un peu plus loin, dans la Sierra de Demanda ou les montagnes de Oca, la foret de Fagus sylvatica melangee a la forh de feuillus qui possede une grande richesse floristique forment un ensemble qui, avec l’apparition d’elements atlantiques type Lonicera perriclymenum, Helleborus viridis, Erica vagans, etc. con&me le caractbre biogeographique de frontiere de la region de 1’Arlanzon.

2. FVoblCmatique L’analyse micromorphologique et sedimentaire est effect&e dans le cadre du developpement des connaissances relatives au projet d’Atapuerca, notamment la stratigraphie, l’archeologie, la taphonomie et l’archeostratigraphie d’Aurora Stratum (AS) de Gran Dolina (Canals et al., sous presse ; Diez et al., 1999 ; Fernandez-Jalvo et al., 1996 ; Femandez-Jalvo et al., 1999 ; Pares et Perez-GonzBlez, 1995). Le niveau appelt Aurora Stratum a Ctt delimite pendant les observations de terrain pour reperer le(s) contexte(s) sCdimentaire(s) d’ou proviennent les restes d’Homo antecessor. Aurora Stratum occupe le tiers superieur de l’ensemble stratigraphique 6 de Gran Dolina

(TD6) (Pares et Perez-Gonzalez, 1999) cfigure 2). D’apres les observation de terrain, nous avons constate qu’Aurora Stratum dans le profil ouest du sondage a plus de divisions sedimentaires que dans le profil est (‘gures 2 et 3). Les rCsultats de I’archtostratigraphie de ces profils indiquent que AS est dans un ensemble archeostratigraphique homogene (Canals et al., sous presse) (figure 3). Avec l’evidence stdimentaire de la microstratification de la section ouest du sondage et les resultats archeostratigraphiques nous avons suggCrC l’existence diachronique d’occupations humaines a TD6. Ces occupations sont attestees notamment par les restes lithiques et fauniques, au-dessus et en-dessous de la couche sedinientaire de restes humains. Cependant il existe aussi un autre reste humain plus bas, dans un autre contexte archeostratigraphique (figure 3). L’approche archeostratigraphique a mis en evidence la diffrculte de &parer les restes humains, Aurora Stratum, de la diachronic des occupations humains. En ce sens, d’une part nous proposons de formaliser l’existence d’Aurora Stratum archeostratigraphique (ASa) et d’autre part nous notons l’existence d’un contexte sedimentaire contenant la plupart des restes humains, Aurora Stratum (AS). La proposition d’une interpretation synchronique sedimentaire pour l’ensemble des restes humains recueillis dans TD6 necessite d’etre vCrif%e (figure 4). L’evidence comportementale de (( I’activite cannibale )) vient a l’appui de l’interpretation synchronique des restes humains (Femandez-Jalvo et al., 1999). L’approche d’une archeologic contextuelle, s’interessant plus aux processus de formation du site (Butzer, 1982) explique les raisons de notre recherche dans les sediments. Si Aurora Stratum archeostratigraphique (ASa) est un enregistrement diachronique d’occupations anthropiques et Aurora Stratum un contexte sedimentaire synchronique avec la plupart des restes humains (Canals, sous presse), une des sources pour la confrontation des rtsultats archeostratigraphiques et les relations des restes humains et les occupations de TD6 est la sedimentologie (Courty et al., 1989 ; Schiffer 1987 ; Schiffer, 1995).

3. M&odes et techniques Apres I’acquisition des don&es sur le contexte stdimentaire et archeostratigraphique, nous avons

Les sCdiments d’tiomo Antecessor de Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne)

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200 m.

Ng.-====+

ml

I

2

ASa

mj

TD8

KiTII4 t-TD7

1:.:5 m6 1----17

ES, 8 M,9

AS, IO ASa, II s, I2

Figure 2. Situation de Gran Dolina au sein du systeme karstique de la Sierra de Atapuerca, croquis et colonne stratigraphique synthetique (Pares, J.M., Perez-Gonzalez, A., 1999), avec la chronologie d’ilurora Sfrufum d’apres les series de I’Uranium et ESR (*) (Falgueres et al., 1999). Colonne lithostratigraphique de I’ensemble stratigraphique 6 (TD6) a la section Est du sondage de Gran Dolina. 1. Limon microlitt bnm clair (7.5YR 614). 2. Sable-argiles rouge-jaunes (5YR 5/6) a structure prismatique tine a graviers Cpars et nodules blancs en bande (coprolithes?). 3. Limon-sables fins jaune-rouges (5YR 6/8) a structure bloc subangulaire tachetee blanche. 4. Sable-argiles rouge-jaunes (5YR 5/8), prismatique moyen a grand. 5. Limon-sables tins brun-jaunes massif. 6. Blocs. 7. Graviers. 8. ES, ensemble sedimentaire. 9. M, magnetozone. 10. AS, Aumra Strufum determine pendant les observations de terrain a la section Est du sondage de Gran Dolina. 11. ASa, Aurora Stratum arch~oostrutigraphique dttermint a I’aide d’analyses (archeostratigraphie) projections. 12. S, sondage. Figure 2. Sketch, synthetical stratigraphy and chronology, in Uranium series and ESR of the Gran Dolina in the karst system of the Sierra de Atapuerca. Eastern lithostratigraphic column in TD6 level at Gran Dolina sounding. 1. Light brown microbedded silt (7.5YR 614). 2. Yellowish red clayed sand (5YR 5/6) and tine prismatic structure with fine dispersed gravels and banded white nodules (coprolithes?). 3. Reddish yellow (5YR 6/8) sandy silt in subangular bloc structure with white mottles. 4. Yellowish red clayed sand in medium to large prismatic structure. 5. Yellowish brown silty sand massive. 6. Boulders. 7. Gravels. 8. ES, stratigraphical level. 9. M, magnetozone. 10. AS, Aurora Stratum, determined during fieldwork observations. 11. ASa, archaeostratigraphical Aurora Stratum determined by analytical methods (achaeostratigraphy). 12. S, sounding.

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J. Vallverdti et al.

Ql m2 El3 El4 ASa, 5 AL, 6 -466,__ -478 -49aI_ -502

ASa

-514 -526 -538 -550 -562 -574 -586 -598 -610 -622 -634 -646

(u

3

CA

9i

CA CA

_L 9 8

I

CA CA

Figure 3. Position de la coupe CchantillonnCe au niveau de la grotte et du sondage. A la base de la figure, profil partiel de TD6 et profil archCostratigraphique de TD6 de la paroi Ouest du sondage. Noter que la position des restes humains (4), trouvCs d cot& de la section Ouest du sondage, appartient g un contexte stdimentaire et archtostratigraphique bien p&is, g la base d’Aurora Srrarum archbostratigraphique (ASa). 1. Limites claires sur le terrain. 2. Limites arche6stratigraphiques d’ASa, d’aprks les donnbes spatiales des restes archCopaleontologiques proches de la section Ouest du sondage (Canals, sous presse). 3. Limites d’Auroru Strarum accordCes pendant les observations sur le terrain. 4. Restes humains proches B la section Ouest du sondage. 5. ASa, Aurora Stratum archtostratigraphique. 6. CA, couche archCopalContologique de TD6. Figure 3. Location of the sampled section in the cave and in the sounding. At the bottom, the TD6 archaeostratigraphical data, the humans remains and the partial profile of TD6 located near the Western section in Gran Dolina sounding. 1. Clear boundary based on field work observation. 2. archaeostratigraphical boundary of Asa. 3. AS fieldwork observed boundary. 4. Human remains near western section in TD6 Gran Dolina sounding. 5. ASa, archaeostratigraphic Stratum Aurora. 6. CA, archaeopaleontological layer of TD6.

procCdC ti l’khantillonnage des skdiments d’ASa verticalement et en continuitk sans les perturber. Aprbs leur skchage, nous avons imprCgnC les Cchantillons g I’aide de la r&sine polyester. Nous avons coup6 huit talons durcis de 13 x 6 cm de surface. La fabrication des lames minces de grand format a ktt5 rkaliste au laboratoire de micromorphologie des sols de I’INA de ParisGrignon (France). La recherche dans cette continuitk verticale des stdiments a &C rkaliske afin de dCcrire et

interprkter les processus de formation sCdimentaires et leurs implications paltoenvironnementales (Butzer, 1989 ; Schiffer, 1987). Notre approche gkoarchkologique repose sur les observations et la documentation skdimentaire de terrain, l’acquisition des donnks compltmentaires interdisciplinaires et l’analyse microscopique des stdiments. L’analyse microscopique des stdiments est faite g l’aide des rkf&entiels issus de la mintralogie, la p&rologie skdimentaire, la micromorphologie des sols et des skdiments

Les

sCdiments d’tiomo Antecessor de Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne)

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AS

VIII

1

2 W3 t-_Ii4 lzQ5 a6 clli7 ASa, 8 AS, 9

1

1

10

Figure 4. Profil lithostratigraphique de la section Ouest du sondage et dCfinition des limites des Unit& Microstratigraphiques (UM), numerottes en chiffres romains. Les limites sont ttablies g I’aide de I’analysede lames de grand format BchantillonnCes en continuite. Noter le decalage entre la description de terrain du profil Ouest et la nature lithologique des Unit& Microstratigraphiques (UM). Les UM sont tlabories a partir de I’analyse microscopique des sCdiments. La representation en trames des UM est faite selon leur filiation avec la determination lithologique du terrain et I’analyse des lames minces. 1. Limons cimentks laminaires et argiles g prismes tins intercal& rouge-jaunes. 2. Sable fin et limons bnm-jaunes massifs g lits de graviers cimentts. 3. Sable-argiles rouge-jaunes B graviers fins et moyens Cpars g structure prismatique moyenne e gross&e. 4. Limon-sables fins jaune-rouges B structure bloc subangulaire tachetB blanc. 5. Blocs et gravier. 6. Limites claires sur le terrain. 7. Limites du contexte sedimentaire de la major&? des restes humains, recueillis p&s du profil Ouest du sondage de Gran Dolina $ TD6. 8. AS, Aurora Stratum. 9. ASa, Aurora Stratum archeostratigraphique. 10. Position des Bchantillons stdimentaires non perturb&s. Figure 4. Lithostratigraphy of the Western section in Gran Dolina sounding and Microstratigraphical Units (MU) boundary definition, with Roman numbers. Boundary in Microstratigraphical units are defined using continous thin section sampling. Note the discrepancies between the fieldwork description of the western profile and the lithological nature of the UM. The MU are represented with a lithological symbols elaborated using set both fieldwork description and thin section analyses. 1. Bedded and cemented silts with intercalated tine yellowish red clay prisms. 2. Massive yellowish brown fine sand and silt with cemented gravels. 3. Yellowish red clayed sand with fine and medium dispersed gravels with medium to large prismatic structures. 4. Reddish yellow sandy silt with subangular bloc structures with white mottles. 5. Boulders and gravels. 6. Clear boundary based on field work observation. 7. Main sedimentary boundary context for humans remains located near Western section of Gran Dolina sounding. 8. AS, Stratum Aurora. 9. ASa, archaeostratigraphic Sfratum Aurora. 10. Non-disturbed sedimentary samples location.

archCologiques (Adams et al., 1997 ; Brewer, 1964 ; Bullock, 1985 ; Bullock et al., 1985 ; Courty et al., 1989 ; Elf-Aquitaine, 1975 ; FCdoroff et Courty, 1994 ; Freytet, 1989). L’observation microscopique ties s6diments est orientke vers la mise en Cvidence de leurs

mCcanismes de mise en place, nature et transformations postdkpositionnelles. Le but est d’affiner l’interpr&ation palCoenvironnementale et paltobiologique enregistrde dans les sCdiments. L’&ude en lame mince permet de placer caractkres, traits et composants observes au microscope polari-

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J. Vallverdh et al.

sant et les situer dans leur contexte stratigraphique g l’aide des unit& microstratigraphiques (UM). Les UM sont Ctablies par le biais de la texture, la composition minCralogique, et surtout les limites des structures sidimentaires observCes 6 faible grossissement (x 10) voire 9 l’ceil nu. La caractCrisation des UM est pr&entCe dans les tableaux I, II, III. Les$gures 2 et 3 montrent notamment la documentation de terrain des profils lithostratigraphiques, leur situation et I’archCostratigraphie du profil ouest. Lafigure 4 explicite le passage de la stratigraphie du profil ouest aux colonnes BchantillonnCes avec leurs UM. Les$gures 5 et 6 sont des planches de microphotos rialistes pour aider la comprehension des descriptions et interprktations skdimentaires des UM. Les caracthes esquissCs dans le tableau I sont la nature minCralogique (calcitique/carbonatC ttablie autour des 20 microns), la structure skdimentaire, l’agregation 9 faible grossissement, la porositt et la microstructure. Dans le tableau II sont exposCes les quantitCs des composants et microvestiges qui caractkrisent les processus de formation naturels et palCobiologiques des facibs skdimentaires. Nous avons pris en considCration les coprolithes, les pseudomorphes cryptogamiques phosphatCs, les OS et les fragments de charbon. Les charbons ont CtC distinguts des composants organiques pseudomorphiques d’ori- gine vCgCtale. Les composants organiques pseudomorphiques ont un tissu histologique, mais ils montrent une attaque microbiologique dCveloppCe. Le tableau III est construit g l’aide des transfonnations postdCpositionnelles d&rites par la systtmatique des traits pkdologiques issus de la micromorphologie des sols (Bullock et al., 1985) et 1’intensitP: d’altkration des fragments calcaires (Courty, 1986). La mCthode utilisCe permet de placer les UM Ctudites dans la classification de faci&s forma1isC g partir des Cchantillons en lame mince du prochain site de Galeria (Vallverdti, 1996 ; Vallverdti, 1999). L’utilisation de cette classification de facib est rtalisde afin de systkmatiser les observations microscopiques des sediments de la Sierra de Atapuerca et leurs grottes. L’utilisation de cette classification de faciks nous permet d’organiser la description skdimentaire et de dynamiser son interprgtation ptdoskdimentaire. L’interprktation des facibs skdimentaires ?I l’aide

du rkgime hydrique, les conditions de mise en place et l’estimation ombrothermique est r&umte dans le tableau IV.

4. Rhltats Le contexte sedimentaire d’ASa est pr&entC en forme d’UM. L’observation microscopique des 1’Cchantillons en lame mince montre en continuitC verticale les stdiments d’Auroru Stratum archCostratigraphique du profil ouest du sondage de Gran Dolina (jgure 4). 4.1. Description stratigraphiques

des unit& (UM)

micro-

Entre le profil de terrain de la section ouest, g la figure 3, et les colonnes microstratigraphiques (jigwe 4), construites au moyen de l’analyse microscopique des sCdiments, s’observe un certain dCcalage entre l’identification lithologique faite sur le terrain et en laboratoire. Ce dtcalage est causC par l’exposition aCrienne de la coupe et les difflcultts de reconnaissance de petits changements skdimentaires, B l’tchelle de la coupe, pendant les observations du terrain. L’UM I est caractCriste par 1’agrCgation prismatique, les traits cristallins sparitiques et microsparitiques, notamment autour la porositC cavitaire polyconcave, et les intercalations poussiCreuses figure 5, microphoto 1). La microstructure est cavitaire. La structure skdimentaire est massive et elle contient des croQtes sCdimentaires casstes par la porositt de fissures figure 5, microphoto 2). Ces crotites skdimentaires fragmentCes montrent une distribution en ligne. Ce litage des croctes skdimentaires est aussi soulignC par les fragments de gravier. Cette UM contient quelques rares coprolithes et OS. Les transformations des fragments calcaires montrent une intensitC d’altiration forte et ultime. Les traits cristallins sont rep&sent& par plusieurs phases de revetements, hypor&etements et imp& gnations sparitiques et microsparitiques dans la porositC cavitaire et dans la masse basale. Les traits texturaux sont reprtsentts par la prCsence d’intercalations poussi&euses. Les traits cryptocristallins distribuCs au hasard sont en forme de pseudomorphes et hyporev&tements. k partir de 1’UM II jusqu’ti 1’UM VI nous observons la rCp6tition de deux sCdiments (figure 4). Ces deux sCdiments ont des caractkristiques lithologiques du terrain d&rites en

Les sediments d’Homo

Antecessor

de Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne)

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Tableau I. Description des caractkres pCdosCdimentaires des Unit& Microstratigraphiques. Table I. Pedosedimentary description of the UM characters. U.M.

Nature calc./carb. et couleur

Structure sedimentaire

A@gation

Poro?&

Mic~s~~e

I

Carbonate rouge

Massive

Prismatique

Fisures et cavites

Cavitaure

II

Dec~bonat~ marron

Microlit&

Lan-GIlaire

Wsicules et fentes

V&icuIaire

III

Calcitique brun jaune

Lit&

Fisures

Massive

IV

DCcarbonatC brun rouge

Micro&?

Chenaux et rnic~f~~s

Complexe

V

Calcitique brun jaunec

Lit&

Fisures

Massive

VI

Dicarbonat6 marron

MicrolitC

Prismatique

Fisures et chenaux

Block Sub.

VII

Calcitique bnm-jaune

Massive

Prismatique

Fisures et chenaux

Block Sub.

VIII

Carbonat

Massive

Prismatique

Fisures et cavit&

Cavitaire

Microagreg&e

rouge

2 et 4 dans lafigure 3. Ce sont des limon-sables fins rouge-jaunes cimentds Bgraviers @sure 3,2) et des limon-sables fins jaune-rouges Astructure bloc subangulaire tachetb blanc (‘gum 3, 4). Dans tous les profils de l’ensemble skdimentaire 6 du sondage (TD6) la couche des limons et sables jaune-rouges tachetis blancs est pr& sente yigures 2 et 3). Les limon-sables rougejaunes d graviers cimentdes sont exclusifs du profil ouest @gure 3). Paralltlement, la position stratigraphique de ces limons et sables jaunerouges tachetks blancs est identifiCe comme le sommet d’A~ror~ stratum ~ch~os~ati~phique (ASa) (Canals et al., sous presse). A l’aide de l’observation microscopique, on constate que ces deux couches du terrain sont cornpokes de sables et limons calcitiques brun jaunes et de sables et argiles dCcarbonat& brunrouges (ou muons) (tu~~eu~ I). Ces deux membres forment sans doute un cycle Gdimentaire. Ce cycle nous allons l’identifier comme cycle stdimentaire brun jaune et marron; g UM impaires formkes par le membre brun-jaune et les UM paires B couleur marron.

Les structures shdimentaires du membre brun-jaune montrent un granoclassement normal (gru&ed bedding), de lits pluricentimkiques. En revanche, les sables et les argiles sont microlit& et montrent, au sommet des UM, des crotites sddimentaires de dkposition (Boiffzn et Bresson, 1987 ; Chartres et al., 1994). Ces croittes stiimentaires dans les sables et le argiles marrons ont plages de microlits de limons law% ou de sable calcaires et lits enrichis en argiles (tableau HZ, figure 5, microphoto 3). Les croiutes sCdimen&tires forment la plupart de l’t5paisseur de I’UM II. Dans les UM IV et surtout la VI, les croiites &dime&tires sont t&s minces et perturbCes par les modifications de l’activit& biologique. En ce sens, ces membres marrons, ou membres pairs du cycle stdimentaire, montrent une kvolution verticale progressive de l’agr& gation et la porositd (tableau I). ~au~en~tion des caract&es mi~omo~holgiques due a l’activitt biologique est exprimde par le passage de l’absence d’agrdgation (UM II), g une agrkgation microagregke granulaire (UM IV) et se termine avec l’agrkgation B bloc subangulaire

54

J. Vallverdti et al.

------.--

Les skdiments d’liomo A~~ecess~rde Gran Dolina (Sierra de Atapuerca,Burgos, Espagne)

55

Figure 5. Microphotos des caractkres et traits en lames minces des UM observees au microscope potarisant. LN, lumiere normale. LNA, lumiere normale analysee. Microphoto 1. UM I. LN. Intercalations poussiereuses et impregnations sparitiques-microsparitiques. Microphoto 2. LJMI. LN. Fragmentation de crocltes sedimentaires. Microphoto 3. UM II. LN. Crotke skdimentaire typique a porosite vesiculaire, plages lavees et micro&s emichis d’argiles. ~~~~0~ 4. UM VI. LN. Chenau a h~~v~~rnent mic~tique. Microphoto 5. I_JMIii. IX. Impregnations de la masse basale et traits de perte poussi&eux rouges (oxydroxides de fer). Microphoto 6. UM VII. LN. Remplissage de sable calcitique a cSte d’un composant isotrope blanc-gris a porosite a chenaux (fragment de coprolithe). Microphoto 7. UM VII. LN. Fraction gross&e a differentes intensitts d’altkation. Au tiers superieur, fragment de pellicule carbonate (revetement) ; au centre, fragment carbonate blanc-gris ; au tiers basal, fragment calcaire microsparitique avec un revetement gris. ~ie~photo 8. UM VII. LNA. Comp~aison avec la microphoto 7. Les caracteres optiques isotropes du ~v~tement (cortical) du fragment calcaire de la partie basai ; et le remplacement quasi total, pseudomorphique, du fragment calcaire de la partie centrale de la microphoto (intensitk d’aldration ultime). Microphoto 9. UM IV LN. Detail de la fraction grossitre blanc-gris, isotrope a LNA, et caracteristique de I’intensite d’alteration ultime et homogene. Figure 5. hbcrophotographics features and characters in thin sections of MU observed in polarised microscope. NL, normal ligth. ANL, analysed normal ligth. Mie~photo 1. MU I. NL. Dusty intercalations and sp~itic-microsp~itic imprecations. Microphoto 2. MU I. NL. Fragmented sedimentary crust. Microphoto 3. MU I. NL. Sedimentary crust with a typic vesicular porosity, washed sandy silt and clayed microlayers. Microphoto 4. MUVI. NL. Micritic hypo-coating at channel. Microphoto 5. MU III. NL. Impregnated groundmas and red dusty depleted features. Microphoto 6. MU VII. NL. Calcitic sand tilling near isotropic component with chennal porosity (coprolithe fragment). Mic~photo 7. MU VII. NL. Coarse fraction with different stages of alteration. At the base, calcareous fragment with withe cortical cooating. At the center, carbonated fragment greyish-white. At the upper part, carbonate cortical film. Micruphoto 8. MU VII. ANL. Comparison with the microphoto 7. The isotropic optical characters are of the cortical coating of the calcareous fragment, at the bottom; and the pseudomorphic replacement of the calcareous fragment located in the center of microphoto. Microphoto 9. MU IV. NL. Medium magnification of greyish-white coarse fraction, isotropic in ANL. This microphoto shows the last stage of alteration in the calcareous fragments.

(UM VI) (tableau Z). L’augmentation des transformations synddimentaires et postdepot de l’activitt biologique est aussi emegistree en evolution verticale de la porosite a fissures, chenaux et chambres, ainsi que la microstructure (tableau Z). L’UM IV a une microstructure d&rite comme complexe. La microstructure complexe est enfouie sous la crodte sedimentaire. A 1’UM IV, il y a plus variabilite de fragments d’agregats compacts cfigure 6, microphoto I). Ces ~agments d’agregats compacts ont une distribution en ligne dans des plages a faible macropositt cfigure 6, microphoto 2). Les UM du cycle brun-jaune et matron toutes sont caracterises par l’abondance continue, rare g occasionnelle, de pseudomorphes cryptogamiques {figure 6, mi~rophoto 3) et graviers phosphates (tableau II). Pendant la mise en place du membre marron, nous notons des quantit& plus developpees, avec une estimation maximale de 10% de sables allochtones, d’os et de coprolithes (tubleau ZZ).11 existe aussi dans

les sables et argiles matrons de rares ou occasionnels charbons (jigure 6, microphoto 6 et 7). Les traits de transformation du cycle brunjaune et marron expriment une altemance de l’intensite d’alt~ration (tableau III). Les UM avec sables et argiles marrons montrent une intensite d’alteration ultime et homogbne figure 5, microphoto 9). Les sables et limons brun-jaunes contiennent une inter&C d’alteration hettrogene forte et ultime. Les traits texturaux dans les membres a sable et argile marron montrent une augmentation de l’abondance des revetements vers le sommet. Les revetements texturaux des UM du sommet du cycle sedimentaire ont un microlitage mieux exprime et une perte de son caractere poussiereux (specialement dans 1’UM VI). Le.3traits c~s~llins au~entent aussi vers les UM du sommet du cycle. 11s ont la forme d’impregnation autour de chenaux (pseudomicelia) et de nodules a contours nets, dans I’UM VI (figure 5, microphoto 4). Le membre a sables et limons brun jaune ne montre pas de

J. Vallverd6 et al.

r

traits texturaux. Les traits cristallins sont toujours pareils : impregnations, remplissages sparitiques et revetements microsparitiques. Les traits cryptocristallins dans le membre brunjaune sont rares a occasionnels, notamment pseudomorphiques de couleur noire, et distrihues en bande. Les traits cryptocristallins de couleur noire du membre marron sont distribues au hasard avec une abondance occasionnelle. 11s sont form& de nodules agrCgCs (Bullock et al.,

1985). Dans les UM du membre brun-jaune les traits de perte cryptocristallins rouges sont t&s frequents. Ce trait de perte affecte la reconnaissance de la fraction tine du membre brun jaune du cycle sedimentaire. Les traits de perte sont poussiereux, autour des traits cristallins figure 5, microphoto 5). Ce trait de perte n’est pas systematise dans le tableau II. Les UM VII et VIII sont massives, carbonatees, et l’agregation prismatique perd son bon

Les sediments

d’Homo Antecessor de Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne)

57

Figure 6. Traits et microvestiges, identifies par lame mince, qui caract&isent les processus de formation anthropiques et paleobiologiques d’Aurom Sfrarum. LN, lumiere normal. LNI, lumiltre normal incidente. Microphoto 1. UM IV LN. Microagregat compact et subangulaire (artiticiel?), dans la partie superieure droite. Cet agregat est dans une bande caracteriste par une concentration de fraction fine. Cede bande riche en fraction tine montre une perte de la microporsite, et apparition de pet&es fentes. La fraction fine montre microfissures, a grand grossissement, indice d’abondance de mat&e organique. Microphoto 2. UM IV. LN. Bande de concentration de fraction fme, porosite r&luite (deformee ?). Pietinement microstructure ? (Ge et al. 1993). Microphoto 3. UM IV LN. Detail d’un pseudomotphe cryptogamique phosphate, composant typique du cycle sedimentaire brun-jaune et marron d’ASa. Microphoto 4. UM IV LN. Composant organique pseudomorphique. Vue a faible grossissement d’un tissu histologique d’origine vegttale avec contours rugueux. Microphoto 5. UM IV. LNI. Detail de la microphoto precedente (4). Les particules cryptocristallines sont des points brunnoirs en lumiere normale incidente. Ces points brun-noirs sont temoin des processus d’autooxydation et decomposition microbiologiques (Bullock et al., 1985). Microphoto 6. UM IV LN. Particules noires angulaires et subangulaires avec microtisures et contour lisse. Microphoto 7. UM IV. LNI. Particules noires angulaires et subangulaires, de la microphoto precedente, opaques et surfaces luisantes en lumiere normal incidente (charbon?). Figure 6. Features and microrests of anthropic and palaeobiological origin, characterizing the formation processes of AS. NL, normal hgth. INL, incident normal light. Microphoto 1. MU IV. NL. Subangular and compact microagregate in the upper right of the microphoto. This microagregate are placed between a banded tine fraction distribution. This banded distribution of tine fraction shows a scarce macroporosity and microfisural pattern, in high magnification, indicative of organic mater abondance. Microphoto 2. MU IV. NL. Banded concentration of tine fraction, with scarce macroporisty (deformed?). Microstructured trampling ? (G6 et al. 1993). Microphoto 3. MU IV. NL. Phosphatic pseudomorphe of cryptogam, typical component of the brown-yellow and brown-red sedimentary cycle of ASa. Microphoto 4. MU IV. NL. Pseudomorphic organic component. Histological tissue of vegetal origin, whit arc rough contour in lower magnification. Microphoto 5. MU IV INL. Meddium magnification of microphoto 5. Cryptocrystalhnes particles are spherical form and pale brown-black colour at incident normal ligth. This pale spherical form represents an autoxydative and microbiological decomposition process of organic matter and tissues. Microphoto 6. MU IV. NL. Black angular and subangular particles with microfissures and a smooth contour. Microphoto 7. MU IV. INL. Black angular and subangular particles, the previous microphoto 6, ligth and opac surfaces at incident normal ligth (charcoal?).

developpement progressivement dans 1’UM VIII. La microstructure exprime cet effondrement structure1 avec le developpement des cavites fermees. L’intensite d’alteration des fragments calcaires est heterogene figure 5, microphotos 7 et 8), a dominante forte. Les microvestiges sont form& par de rares coprolithes et OS. Les traits cristallins sont calcitiques et carbonates. Les traits texturaux montrent revetements poussiereux et remplissages denses de sables calcitiques dans la porosite biologique et les fissures figure 5, microphoto 6). Dans 1’UM VIII est a noter la dispersion de fragments de croirtes sedimentaires. Les traits calcitiques comme les impregnations et nodules a contours nets sont organises autour les remplissages denses de sable calcitique. Parallelement des traits de pertes existent en forme de plages decarbonatees dans les mesoagregats prismatiques.

4.2. Interpdation Les colonnes sedimentaires Cchantillonnees d’Aurora Stratum archeostratigraphique peuvent Ctre corklees, a l’aide de la documentation du terrain et la profondeur, avec les UM II a VI. Ces UM forment le cycle bnm-jaune et marron que configure ASa lfisure 4). L’UM I de la base et les UM VII et VIII du sommet de la sequence tchantillonnee representent des facies caracterises par une structure sedimentaire massive decimttrique et une texture sablo-argileuse de couleur rouge. 4.2.1. Faci2s sbdimentuires Dans le tableau Zx les facits sedimentaires sont construits principalement au moyen de la nature calcitiquekarbonatee, la couleur et la texture.

58

J. Vallverdu et al.

Tableau II. Presence des composants et microvestiges

significatifs des processus ddimentaires de formation naturelles, paleo-

biologiques et anthropiques. Estimation des quantites extraite de Bullock et al. (1985). A, absence

; R,

rare

; 0, occasionnel ;

B, assez.

Table II. Signi~cant

I

components and microrests of sedimentary process by natural, paleobiological and anthropic fo~ation.

U.M

Coprolithes Pseudomorphes cryptogamiques

I

R

A

OS

Sables allochtones

Charbon

Composants organiques pseudomorphiques

R

R

A

R

R

A

R

/

II

’

III

:

:

:

R

R-O

0

IV

R

B

0

R-O

0

0

A

R

R

I” ) VI

0 B

O B

R R-O

A

R-O

O-B

’

VI1

R

A

R

R-A

R

0

“111

R-O

A

R

R-A

R

R-O

4.2.1.1. Faciks ci sables et limons trt?s calcitiques brun jaune Ce facies caracterise Ie membre brun jaune du cycle s~dimentaire que forme ASa (UM III et V). Ces facies sont form& par plus de 20 % de calcite a forte htterometrie verticale (gradded bed). Les abondants traits cristallins imprtgnatifs calcitiques et carbonates s’accommodent de la texture du materiau h&e. Les traits C~tocristalIins noirs apparaissent en formes dtgradtes a nodules ponctues et pseudomo~hes bien conserves, distribues en bande dans les lits fins du sommet de la structure sedimentaire. Les traits de pertes, lies a la mobilisation des oxyhydroxydes de fer (Fedoroff et Courty, 1994), montrent les transfo~ations des caracteres texturaux de ce facies. Ces transfo~ations isomorphiques des traits cristallins calcitiques et carbonatees rendent diffkile a suivre la nature mineralogique de ces facies. L’observation a moyen grossissement confirme la nature trbs calcitique de ces facib. Ces facies ont une intensit6 d’alt~ration heterogene (forte et ultime). 4.2.1. I. I Interprktation Ces sables et limons calcitiques B processus de perte d’oxyhydroxydes de fer montrent des

/

/ I .

transformations postdepositionnelles liees a un regime hydrique engorge et reducteur (Fedoroff et Courty, 1994). La porosite des fissures et la microst~ct~e massive indiquent le tassement caract~ristique de ce regime hydrique. L’accumulation carbonatee et la mobilisation du fer sont notamment formees par le soulevement et la descente de la nappe phreatique. A l’echelle geomorphologique de la grotte, ce comportement de la nappe peut expliquer des variations verticales et laterales rapides de I’eau. La conse~ation de leur structure s~dimen~ire indique un enfouissement tres rapide et une inondation de la cavite pendant la mise en place. 4.2.1.2. Faci& ?zsables et argiles d~carbonat~es marrow Ce faci&s est caracterise par I’abondance des argiles et la dtcarbonatation de la fraction fine. Elle correspond au membre pair du cycle skdimentaire brun-jaune et marron. Au sommet de ces UM paires du cycle brun-jaune et marron il y a des crofites s~dimentaires bien conservees. Au debut du cycle brun-jaune et marron, la cronte sedimentaire occupe presque toute l’epaisseur de I’UM II. Dans 1’UM VI, la crot’ite sedimentaire a une epaisseur mineure et elle est tres fragmende par i’activite biologique. Les traits

Les sediments d’Homo Antecessor de Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne)

59

Tableau III. Descriptionmicromorphologiquedes traits stdimentaires et postdkpbts(Bullock et al., 1985 ; Courty, 1986). Table III. Micromorphological description of sedimentary and postdepositional features (Bullock et al., 1985 ; Cow@ 1986). U.M.

Intensite d’alt&ation de la FG

Traits texturaux

Traits cristallins

I

Forte a ultime

Intercalations a argiles poussi&reuses. Crotites sCdimentaires fiagmentees.

II

Ultime

Rev&tements g argiles poussi&reuses et plages law&es

III

Forte a ultime

IV

Ultime

Traits criptocristallins

_

Impregnations et rev&tements de calcite

Pseudomorphiques et hyporevCtements

Pseudomorphiques et nodules agreg& Impregnations et rev&tements de calcite

Pseudomorphiques et hyporev&tements

V

Forte g ultime

VI

Ultime

VII

Forte

VIII

Forte a ultime

Revetements B argiles poussi&euses et plages lavees. CroQtes sedimentaries

Rev@tements a argiles orient& et I&.. croiites sedimentaires

RevCtements et intercalations ii argiles poussiereuses Croiites sedimentaires fragment&

texturaux sont principalement les revCtements poussiCreux dans 1’UM II, et mieux orient&s, microlit& et trks argileux vers I’UM VI. Les rares traits calcitiques exposent la dynamique de I’entrainement des carbonates. Ces rares traits cristallins sont 1iC.s A l’activid biologique en forme pseudomorphes de racines calcitides. L’activitk biologique est observke A partir de 1’UM IV, microagregte, et 1’UM VI, bloc subangulaire. Les traits cryptocristallins noirs pseu-

Peu nodulaires

et pseudo morphiques

Pseudomorphiques et nodulaires agreg&

Impregnations et remplissages denses de calcite

Nodules agreg&

Abondants nodules et rev&tements pseudomorphiques

Pseudomorphiques et nodulaires agreg&

Impregnations et rev&tements de calcite

Pseudomorphiques et nodulaires agreg&

Impregnations et remplissages denses de calcite Nodules

Pseudomorphiques et revstements

domorphiques sont distribuks au hasard ou en forme de lits dans les croQtes skdimentaires du sommet des UM. 4.2.1.2.1. Interprbtation Les faci&s marrons dCcarbonatCs prksentent une intensitt d’alttration ultime et homogkne, ?I pseudomorphes cryptogamiques et fragments calcaires phosphatks qui expliquent un enregistrement d’une humidit constante dans le sCdi-

60

J. Vallverdfi

et al.

Tableau IV. Synthese des interpretations des Unites Microstratigraphiques. Table IV. Synthetic interpretation of the MU. U.M.

Facies sedimentaires

Conditions de d&n%

Regime hydrique

I

Sable et argile carbonate rouge

Gravitationel lent a crotites sedimentaires

Drain6 modem a deficit saisoniere contraste

Sable et argile decarbonate matron

Hydrique lent a faible energie

Drainage modem a deficit saisonnier peu marque

Sable et limon calcitique brun-jaune

Hydrique rapide a forte et moyen energie

Mal

Sable et argile d&carbonate marron

Hydrique lent a faible energie

Bien draine sans deficit saisonnier

Sable et limon calcitique brun-janne

Hydrique rapide a forte et moyenne energie

Ma1 draine a engorgement

VI

Sable et argile d&carbonate matron

Hydrique lent a faible energie

Bien drain6 a deficit saisonier peu marque

VII

Limon et argile calcitique bmn-janne

Hydrique rapide a forte et moyen energie coluvionne

g dtficit

Sable et argile carbonate rouge

Gravitationel lent a crofites sedimentaires

Draine modem a deficit saisonnier contraste

~ ” III

IV

I v ~

Estimation ombrothermique Chaud-set

drain6

A engorgement saisonniere

Temper&set

saisonnier

I

VIII

ment (Courty, 1986). L’entrainement des carbonates caracterise un regime hydrique bien drain& L’infiltration dans ces UM est aussi bien attest& au moyen de l’agrtgation et la microstructure des UM IV et VI. L’UM II est forrne presque complbtement par la croute sedimentaire. L’enregistrement de cette crotite sedimentaire indique la faible infiltration et la dominance de l’ecoulement lateral dans les processus de formation de 1’UM II. En ce sens, 1’UM II a un drainage mod&C (tableau IV). Les UM IV et VI montrent une formation initiale a bonne infiltration et finissent avec des croutes sedimentaires qui indiquent un Ccoulement lateral au sommet des UM. Cet Bcoulement, nous l’interpretons comme l’annonce de la mise en place rapide du membre brun-jaune du cycle stdimentaire. L’tcoulement est exprime dans ces UM

Mal peu

drain6

Chaud-humide

saisonnier

marque

Chaud-set

paires par l’apparition des microlites a sables calcaires. L’enfouissement soudain du membre marron par les facibs brun-jaune explique l’abondance des traits cryptocristallins noirs pseudomorphiques distribues au hasard. La decarbonatation et l’agregation aident a estimer nkanmoins une durke temporelle suffkante de l’infiltration et le bon drainage pendant la formation du membre marron. Cette duke ou ralentissement sedimentaire du membre marron est lice probablement aux faibles variations lattrales et verticales de l’ecoulement d’eau dans la grotte. 4.2.1.3. Facits ci sables et argiles rouges Les sables et argiles rouges contiennent moins du 20 % de sables et limons grossiers calcaires, et moins du 10 % de carbonates. A

Les sediments d’Homo Antecessor de Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne) ces facibs correspondent les UM I, VII et VIII. La microstructure est cavitaire fermee. Elle contient des fragments de graviers et blocs a intensitt d’alteration forte et ultime. Ce facik montre I’imbrication et juxtaposition de traits texturaux, cristallins et cryptocristallins. Ces facies contiennent aussi fragments de crofites sedimentaires casks par la porosite biologique et fissurale. 4.2.1.3.1. Interprtftation Le developpement de traits texturaux et cristallins postdtpositionnel indique une humiditt moins prolongee vis-a-vis des intensites d’alteration des fragments calcaires. La somme de traits postdepositionnels indique une longue evolution temporelle de ces facies ou enfouissement lent. Le regime hydrique non engorge, mais de faible infiltration avec la formation de croutes sedimentaires, montrent le renouvellement, voire le decapage de la surface du dCp&. Le renouvellement sedimentaire aide a considerer des processus de formation humiditt saisonniere et un regime hydrique ma1 a moderement drain& Ce drainage mod&-e est un facteur zonal du a la position topographique de fond de pente ou s’accumulent les sediments. 4.2.2. Systivnes de de’p6t 4.2.2.1. Skdimentation des facibs du cycle brun-jaune et marron La formation des structures sedimentaires litees centimetriques et microlitees dans les UM du cycle sedimentaire brun-jaune et matron indiquent la dominance du transport hydrique en la mise en place de ces facib. La structure du membre brun-jaune est lithe et le membre marron est microlitt. La microstratification des deux facies montre deux degre d’energie de transport, faible pour le membre marron et moyenne a forte pour le membre brun-jaune. Ces deux degres d’energie sont en relation avec la vtlocite d’enfouissement, caracteres exprime pareillement pour la intensite de l’alteration des fragments de calcaire (Courty 1986). Le granoclassement a forte htttkomttrie verticale et I’hCttrogCnCitC de l’intensite d’alteration forte et ultime, nous les avons interpret& par le caractbre soudain de la sedimentation du membre brun-jaune. La sedimentation microlitee resulte du ralentissement de la vClocitC de l’ecoulement hydrique. L’homogtneisation de l’intensite d’alte-

61

ration ultime des fragments calcaires et la decarbonatation totale semblent indiquer une humiditC permanente dans le sediment et aussi un enfouissement lent (Courty 1986). La stdimentation de faible Cnergie est conforme avec la prCservation des croutes sedimentaires du sommet des UM pairs (tableau IV). La preservation de ces croutes montre la conformite des surfaces des depots et l’absence de creusement ou Crosion tant pendant la mise ne place du membre brun-jaune que pendant l’enfouissement. Ces phenomenes sedimentaires de surface sont trtts repandus dans les environnements arides (Fedoroff et Courty 1989). Dans le contexte des remplissages de Gran Dolina, les croutes sedimentaires aident a interpreter le faible developpement de la colonisation vegttale des sediments de grotte. Ce faible developpement de la colonisation vtgetale, par rapport aux facibs a sable-argiles rouges, elle est aussi limit&e par l’enfouissement rapide des membres marrons par les membres brun-jaunes du cycle scdimentaire d’ASa. La fragilite de ces pseudomorphes est aussi indicative des excellentes conditions de l’evolution postdepositionnelle ou de l’absence de colluvionnement. En ce sens, les processus de formation sedimentaires du cycle stdimentaire brun-jaune et matron tvoquent la conservation des relations spatiales des restes archtopaltontologiques. La bonne reconnaissance des structures stdimentaires du cycle skdimentaire brunjaune et marron permet remarquer ces conditions de preservation favorables. Les alternances de la duke temporelle dans l’enregistrement stdimentaire, lies a l’enfouissement hydrique, caracttrise une sedimentation hydrique tpinoye (Maire 1990). 4.2.2.2. Skdimentation des facils de sable et argile rouge La sedimentation mixte caractkise les UM des facies de sable et argile rouge (UM I et VIIVIII). Le caractbe mixte de la sedimentation est Ctabli par l’identitication des mecanismes de la gravite, l’actionnement hydrique et l’eolien. La gravite intervient en les processus de formation de la fraction tres gross&e de blocs, graviers angulaires et de l’argile. L’activite hydrique est indiquee par les fragments de croutes sedimentaires et le litage de graviers subangulaires. L’apport Colien est difficile a ressortir au moyen

62

J. Vallverdti et al.

de l’observation microscopique de sediments karstiques, mais grand partie des sables fins et limons siliciclastiques (quartz et micas). Maire (1994) caracterise les apports Coliens dans les grottes par la presence de charbons et autres aerosols. Cette sedimentation mixte suggere la combinaison du fonctionnement du soutirage des formations superlicielles de la Sierra et l’effondrement-dissolution pour expliquer le pitgeage des sediments dans les grottes (Maire 1990). Dans les UM I et VIII l’evolution synsedimentaire dans ce systeme de depot mixte presente un effondrement structural. L’effondrement est manifest6 par la microstructure cavitaire fern-tee. Les differentes intensites d’alteration des fragments calcaires, a dominante forte, montrent un enregistrement de l’humidite non permanente. L’intensite d’alteration forte s’accompagne par la formation de traits calcitiques et carbonates, autour des chenaux et cavites, et par la formation de nodules, qui expriment la saisonnalite de l’humidid (Rabenhorst et al., 1991). L’agregation prismatique et les traits texturaux poussiCreux qui presentent aussi un regime hydrique ma1 drain& La saisonnalite de l’humidite est aussi attest&e par les traits cristallins d’impregnations et les revetements imbriques qui expliquent la limitation de la capacite d’entrainement de solutions, mais aussi le renouvellement du calcaire (Lamouroux 1970). La colonisation vegttale apres la stdimentation hydrique aide a interpreter une velocite de sedimentation basse. Entre les apports du calcaire postbieurs au depot, nous avons l’evidence des remplissages calcitiques a la surface de grands fissures et aussi en forme de remplissages denses dans les chenaux et chambres decrits dans les sols vertiques et paleosols (‘&we 5, microphoto 6) (Fedoroff et Courty 1999). Le retrait ou gonflement, attest6 aussi par la porosite a fissures, indique que la sedimentation est relativement lente. La faible sedimentation est contrast6 par le tassement. Le tassement de l’effondrement structural reduit l’infiltration qui ambne au decapage des sediments de surface. Dans le cas de surfaces a micro-depressions, en position de bas fond, l’humectation peut conduire au passage thixotropique. Le colluvionement a CtC observe dans les facies a sables et limons calcitiques de 1’UM VII. Le caractere massif se rtvble done comme la signature de processus d’enfouissement lents et un

enregistrement de phenomenes postdepositionnels complexes autant que son mode de mis en place. 4.2.2.3. SMimentation et anthropisation

palt!obiologique

En micromorphologie des sediments archtologiques (Courty et al., 1989 ; Courty et al., 1994 ; Goldberg, 1992 ; Goldberg et Whitbread, 1993) les contextes sedimentaires a bonne conservation ont apporte un bon referentiel pour expliquer la modification et l’incorporation de vestiges aux sediments produits par les activites humains et animales (GC et al., 1993). L’importance de la densite en artefacts lithiques, restes faunistiques et humains d’ASa (Canals et al., sous presse) signale le besoin de considerer, a l’echelle sedimentaire, les modifications et incorporations par mecanismes anthropiques et paleobiologiques. En ce sens nous avons dtcrit la microstructure de 1’UM IV comme complexe. La reduction de la porosite, la fragmentation et la distribution en ligne d’agregats compacts et fragment&s montrent de l’existence de modifications et melanges. Ces modifications et melanges sont couramment interprttes comme le resultat de la circulation dans surfaces stdimentaires ou pietinement dans les contextes archeologiques de bonne preservation (Courty et al., 1994 ; Goldberg et Whitbread, 1993). Ces signatures sedimentaires expriment la verification empirique, au moyen de l’approche geoarcheologique, des sols d’occupation (Bordes, 1975). Dans le tableau II nous avons estime les quantites des microvestiges. Les restes a charbon de bois sont peu significatifs dans les lames. 11faut noter neanmoins une petite abondance de charbons, dans les unites du membre matron, bien differencie des mineralisations de tissus organiques pseudomorphiques (figure 6, microphotos 4-7). Dans 1’UM IV les restes de charbons sont un peu plus abondants. D’autres microvestiges systematises sont les coprolithes. Ces coprolithes ont CtC mis en evidence pendant l’enregistrement de la fouille comme macrorrestes. D’un point de vue microstratigraphique, les coprolithes sont presents dans toutes les UM. Dans le tableau II sont estimes les quantitts par UM. Les coprolithes des UM indiquent faibles variations en l’abondance, mais il existe un degre de preservation

Les sediments d’Homo Antecessor de Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne) que nous observons selon la taille. Dans le sommet d’ASa, notamment dans I’UM VI, les fragments de coprolithes sont plus grands. La prCsence de sables moyennes allochtones, schisteuses principalement et d’autres silica&, encore d’origine ma1 connue. Leur abondance dans 1’UM IV nous a fait ressortir ce composant. Ces sables moyennes sont l’kvidence partiel d’occupations des oiseaux dans les grottes (Wattez et al., 1989 ). L’absence d’identification de guano et le faible dkveloppement de couches de rdfkrence B Atapuerca montre la faiblesse actuelle de nos connaissances systB miques pour l’interpretation de ces microvestiges.

5.

Discussion

L’interprCtation des processus de formation pkdoskdimentaires d’Auroru Stratum archkostratigrahique montrent une vitesse ClevCe d’enfouissement. L’enfouissement rapide B ASa est interpr6tC notamment pour le membre brunjaune du cycle skdimentaire. Le cycle stdimentaire brun-jaune et marron a un agent de transport hydrique de basse Cnergie, semblable au? sites archkologiques alluviaux de plein air. A ces conditions favorables de mise en place hydrique, il faut ajouter les avantages de l’environnement de grotte, souvent caractCrisCs par le dkveloppement limit6 de l’activitk biologique et les modifications des pluies. Ces conditions d’enfouissement favorables d’ASa sont en accord avec la conservation des assemblages fossiles osseux, lithiques et vCgCtaux (Carbonell, 1998a). La skquence skdimentaire d’ASu a CtCcaract&i&e par son mode de mise en place hydrique et microstratifiC. Les caractkes de la skdimentation du cycle brun-jaune et marron autorisent une approche diachronique g l’interprktation d’ASu, une couche archkostratigraphique homog&e. Les mdcanismes de mise en place hydrique de basse Cnergie d’ASu, au profil Ouest du sondage de Gran Dolina, permet de suggtrer la conservation des relations spatiales des assemblages fossiles. Le passage du profil Ouest au profil Est du sondage, en suivant les pakosurfaces configurCes au moyen de 1’ archtostratigraphie, dkvoile une compression skdimentaire d’ASu dans le profil Est. A proximitt de la paroi calcaire de Grun Dolinu, au protil Est, il n’existe qu’une

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distinction sddimentaire de terrain 6 l’indrieur d’ASu (figure 2). Dans le profil Est, ASu est compris entre la couche g limon-sables fins jaune-rouges g structure de bloc subangulaires tachetks blancs et la couche g sable-argiles rouge-jaunes prismatiques. Notre interprktation des occupations humains d’ASu au profil Ouest d&ermine des assemblages fossiles en palimpseste archeostratigraphique. Par contre, nos rksultats skdimentaires sur les occupations humains d’ASu, g la section Est du sondage, indiquent des restes archkopakontologiques accumulCes dans un palimpseste archkostratigraphiques et skdimentaire. Le passage la&al entre les deux systkmes d’enregistrement skdimentaires de la paroi Est et Ouest du sondage nous permet d’esquisser la configuration de l’espace des occupations d’ASa. Le lieu d’occupation ASu est form6 par une diachronie de plages en bordure d’un point d’eau (Carbonell, 1998a). Prks de la paroi Est de Grun Dolinu, ces plages sont form&es par les membres marron du cycle sedimentaire. En absence du membre brun-jaune du cycle sCdimentaire, les occupations anthropiques d’ASa sont accumulCes en un contexte skdimentaire non microstratifik. Ces occupations se trouvent dans le membre marron, qui repose sur les sables et argiles prismatiques de mise en place mixte, sans enregistrement anthropique (Canals et al., sous presse) (figure 3). Vers le profil Ouest du sondage, les surfaces occupkes d’ASu sont bien diffkrencikes et elles sont forn-kes par le cycle skdimentaire brun-jaune et marron microstratifk?.

5.1. Interprdation pal&k environnementale Les facies prksentts dans les rtkultats sont trois faci&s dkjti dCterminCs dans le remplissage du PlCistoctine Moyen de Galeria. Les faciks d sables et argiles rouges appartiennent au GIIb de Galeria, le groupe de remplissage qui contient les occupations humains de TGlO. GIIb est caractCrisC par une skdimentation lente et g dominance de mise en place gravitationnelle. Les facits du cycle skdimentaire brun-jaune et marron sont localis% B GIIIb, un syst&me de dkpp6t d’actionnement hydrique qui contient les premitres GSU de TGl 1 (PCrez-Gonzilez et al., 1995 ; Vallverdti, 1999). Ces parallklismes entre faciks skdimentaires et systkmes de dtpbt g

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Dolina et Galeria montrent la repCtition des facibs h des moments diffkrents du Quaternaire. Cette rCpCtition de faciks peut etre un obstacle pour la datation relative des gCoformes que contiennent ces faciks (Renault 1976) mais il faut considerer que ce problbme chronologique est r&olu (Falguires et al., 1999 ; Parts et PCrez-GonzBlez, 1995). Au contraire il faut envisager certaine rythmicitt des systbmes de dCpBt et leurs faciks skdimentaires dans les remplissages de la Sierra qui explicitent les changements paltoenvironnementaux (Rosas, 1999). Notre approche des remplissages sCdimentaires d’ASu et son contexte ont privilCgiC les explications des processus du drainage hydrique et la nature CalcitiquelcarbonatCe des sCdiments CchantillonnCs (tableau IV). En ce sens on a Ctabli deux systi?mes de dCpBt ti comportement hydrique bien difXrenci6. Un rkgime CpinoyC, $ nappe battante, responsable du remaniement hydrique qui conduit 6 la formation des sCdiments du cycle brun-jaune et marron. Et la sCdimentation caractirid comme mixte, le rtsultat du soutirage karstique et l’effondrement-dissolution (Maire, 1990). L’enregistrement de l’humiditC par rapport au calcaire et aussi la caractCrisation du drainage dans les sediments de Gran Dolina nous proposons de les lier aux processus de pCdogen&se dans les grottes (Maire, 1990 ; Renault, 1976). L’interaction entre les remplissages de Gran Dolina et la pCdogen&e i la Sierra d’Atapuerca peuvent &tre aussi placCes dans le cadre interprktatif de la capacitC de rCtention hydrique qui caractirisent les sols des climats tempCrCs et mCditerranCens du Nord de la PCninsule Iberique (Ibafiez et al., 1997). 51.1. Interpr&tion des facihs du cycle skdimentaire brun-jaune et marron L’humiditC rdgulihe des facibs du membre marron semble contraster avec le membre brunjaune, qui timoigne d’une irrkgularitk de l’humiditt plus prononcte. L’irrtgularitC de l’humiditt du membre brun-jaune il faut l’interprdter par l’enregistrement stdimentaire rapide. Ces Cpisodes de skdimentation plus rapide brun-jaune sont Cte interpr&& comme des tpisodes plus sets, ou mieux froides ou frais de l’enregistrement ombrothermique (tableau IV). Ce facibs brun-jaune est interprett comme le rCsultat de la diminution de la capacitC de rCtention hydrique des sols de la Sierra. Cette interpritation est en

accord avec le caract&e soudain de la sCdimentation des facibs brun-jaune. Les UM de la base du cycle skdimentaire sont caractCrists par l’existence de crotites stdimentaires bien dCveloppCes, dans les UM II, et les facibs brun-jaune mieux exprimts (UM III). Ces premikres UM nous indiquent la possibilite de formuler l’hypothbse d’une tvolution p&dologique, dans les formations superfic_ielles de la Sierra, d’un lithosol B une rendzine. A partir des UM IV g VI, la bonne infiltration et l’acquisition de caract&res pkdoddimentaires du membre marron suggkre la formation ri la surface de la Sierra d’un sol brun calcaire. Au tours de cette Cvolution pedosCdimentaire du cycle brun-jaune et marron d’ASu, il est possible d’estimer l’hypothtse l’ttablissement d’un climat atlantique, 1’Cquilibre des sols bruns (Duchaufour et Souchier 1984), le bioclimat temper6 de la corniche Cantabrique (Ibafiez et al., 1997). La sidimentation du cycle brun-jaune et marron d’ASa illustre l’enregistrement progressif de la mise en place des conditions environnementales temp&es. L’enregistrement progressif, envisagC dans la formation de croQtes et la skdimentation des membres brun-jaune d’ ASa, montre de rapides changements environnementaux. Ces rapides changements environnementaux caractkrisent l’enregistrement des conditions glaciaires dans les sCquences lacustres mtditerrantennes (Allen et al., 1999). Le profil Est du sondage le caractkre distinctif de la couche g limon et sable fin jaunerouge (5YR 6/8) g structure de bloc subangulaire tachetCe blanche, ne contient pas cette mise en place progressive. L’absence du membre brun-jaune se traduit en une coupure nette des caractkres lithologiques et structuraux de terrain. Cette coupure nette g 1’intCrieur d’ASu a permis de &parer AS pendant les observations de terrain de la section est du Sondage a TD6 &yre 2). Le caractere microstratifik et la nature des sediments, d’Aurora Stratum archtostratigraphique du profil Ouest, indiquent que la couche g restes humains, Aurora Stratum, appartient clairement au cycle sedimentaire brunjaune et marron. Dans le profil Ouest du sondage, au moyen de la profondeur des UM Ctablies et de la position des restes humains (Canals et al., sous presse), Aurora Stratum est placte entre les UM III et V. La position d’AS dans le profil Ouest est dCduite aussi des modifications skdimentaires attribuges au piCtine-

Les skdiments d’Homo Antecessor de Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne) ment, g la prkservation d’un sol d’habitat, dans 1’UM IV. Ainsi, il faut resituer l’observation de terrain de la section Est. Aurora Stratum, au profil Est du sondage, est 1ocalisC B la base des limons et sables tachetks blancs. L’ interprktation environnementale d’AS peut Etre caractkride par l’enregistrement skdimentaire form6 par les UM III, IV et V. L’UM IV, avec un enregistrement skdimentaire de durCe plus longue que le membre impair du cycle, est placCe dans des conditions tempCrCes et humides. Les UM III et V montrent l’interruption de ces conditions, de duke plus longue de 1’UM IV, par des rapides changements sous des conditions plus sikhes et froides. L’UM IV est situ6 dans des conditions thermiques meilleures, par rapport g 1’UM II, mais moins ClevCes que dans 1’UM VI (tableau IV). 51.2. Interpr&ation environnementale des facih skdimentaires de sable et argile rouge Le passage au mtcanisme de skdimentation mixte a CtC caracttrisC par le soutirage et l’effondrement-dissolution. La skdimentation plus lente, voire le dkcapage indiquk par les fragments de crotites skdimentaires, caracttrise les faciks de sables et argiles rouges. La sCdimentation lente des faciks g sable-argile rouge montre une capacitt de r&e&on hydrique plus faible, cornparke a l’environnement tempCrk du cycle brun-jaune et marron (Ibafiez et al., 1997). La formation des facibs a sable et argile rouge montre l’enregistrement d’une humiditk g forte saisonnalitk et activitk biologique developpee dans les skdiments de Gran Dolina. La plus faible capacitk de rktention hydrique et la nature calcitique-carbonatk de ce faciks caractkrise la ptdogemkse des sols rouges mkditerrantens, notamment enregistrk dans la recharge carbonatC et le renouvellement en calcaire (Ibaikz et al., 1997 ; Lamouroux, 1970). Ainsi, dans le tableau IV on a fait une estimation ombrothermique plus s&he et chaude que dans le cycle sidimentaire brun-jaune et marron d’ASa. Une saisonnalitt contra&e dans l’enregistrement skdimentaire explique l’interprktation de I’Ctablissement d’un climat mkditerranken. Ces faciks & sable et argile rouge limitent la base et le Sommet d’Aurora Stratum archkostratigraphique.

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X1.3. Comparaison des faciks shdimentaires du cycle brun-jaune et murron d’ASa, et les facih st!dimentaires et I’enregistrement pollinique de GIIIb de Gale& Les faciks skdimentaires du cycle skdimentaire brun-jaune et marron dktermindes I ASa ont un clair parallklisme avec les facibs sCdimentaires du sommet du Groupe de remplissage III de Galeria (GIIIb) (Vallverdti, 1999). GIIIb est form6 par un cycle skdimentaire de mise en place hydrique. 11est notamment caracttrisk par des sables et limons calcitiques brun-jaunes microstratifits avec des sables et limons rouges. Les rksultats basks A l’aide des facies skdimentaires indiquent un milieu glaciaire B GIIIb de Galeria, dans partie supkrieure du Pkistockne Moyen (Vallverdti, 1996). La comparaison aux don&es polliniques de GIIIb est possible ?I l’aide des recherches de Garcia (1994). GIIIb, le sommet de la partie supkrieur de TGl 1 de la nomenclature de Garcia (1994), contient une skquence pollinique continue. Cette skquence a CtC subdiviske en cinq zones polliniques. La zone pollinique II reprksente les skdiments de GIIIb (Garcia, 1994). La zone II est caractCrisC par un faible diversification des arbres. Quercus caduque est dominant et on observe des petites augmentations de Fagus. La faible diversitk en arbres est interp&e par I’Ctablissement des conditions ombrothermiques plus skches et froides. La zone pollinique I et III de Galeria sont plus chaudes et humides que la zone II du sommet de GIIIb. L’interprCtation pollinique d’un climat temp&C humide pour la partie de GIIIb de Galeria (Garcia, 1994) permet confirmer une certaine parent6 entre les facibs skdimentaires du cycle brun-jaune et marron d’ASa de TD6 6 Gran Dolina. La proximitk des faciks skdimentaires de Galeria et Gran Dolina semble &tre confirmk par leur contenu pollinique et leur interpretation palkoenvironnemental.

6. Conclusion Aurora Stratum (AS) est une couche skdimentaire construite pendant les observations de terrain afin de repkrer les restes d’humains localists dans le sommet du niveau TD6 du sondage Gran Dolina. Ces restes humains sont dans un ensemble arche6stratigraphique homog&ne (Canals et al., sous presse), qui montre l’existence de la diachronie dans les occupations humains g

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TD6 et formalise l’existence d’Auroru Stratum archeostratigraphique (ASa). a l’aide de la representation des limites stratigraphiques du protil Ouest du sondage et de l’archeostratigraphie des restes humains, proches du protil Ouest, nous avons constate que la plupart des restes humains sont dans une couche sedimentaire (Canals et al., sous presse). La verification de la synchronie sedimentaire des restes humains est completce par les analyses taphonomiques et zooarcheologiques, relatives a l’(( activite de cannibalisme )) (Fernandez-Jalvo et al., 1996). L’intCri3 de bien reperer la position des restes humains souligne le besoin et la diffrculte d’acqdrir un contexte optimal pour l’interpretation archeopaleontologique. Les connaissances des contextes stdimentaires et des paleoenvironnements aident a faire progresser la recherche, la discussion pluridisciplinaire et la future gestion de la fouille en grande surface a TD6. Aurora Stratum a ete bien individualisee en Unites Microstratigraphiques (UM), dans le profil Ouest du sondage de Gran Dolina, h l’aide de l’observation microscopique de lames de grand format. AS au pro!ril Ouest est un contexte sedimentaire bien microstratifie. L’analyse sedimentaire montre que Aurora Stratum et Auroru Stratum archeostratigraphique sont formCes par une sedimentation hydrique, tpinoyee, et caracterisees par une microstratification (imbrication) de facibs brun-jaune et marron. Dans le protil Est du sondage, la distinction archtostratigraphique d’ASa ne montre qu’une coupure sedimentaire nette. La coupure au profil Est montre un changement dans la nature des facies scdimentaires et le systeme d’enregistrement sedimentaire. Les resultats foumis par l’ttude de ces stdiments indiquent un changement paleoenvironnemental. Le complexe sedimentaire mixte, a la base et au sommet du cycle sedimentaire d’ASa, est caracttrise par le resultat de la sedimentation par soutirage et effondrement-dissolution karstique des sables et argiles rouges. Ce facies sedimentaire a une nature calcitique-carbonatee et un regime hydrique qui permettent de formuler l’hypothese de sa mise en place pendant un climat a saisons contrastees de type mediterraneen. Les occupations humains du complexe sedimentaire de mise en place mixte sont tparses voir absentes.

La couche a limon-sable fin jaune-rouge tachete blanche, presente dans tous les protils du sondage pres du sommet de TD6, correspond au cycle sedimentaire brun-jaune et marron de la section Ouest. Le cycle sedimentaire brun-jaune et marron contient les occupations humains d’ASa. Les processus pedosedimentaires du cycle brun-jaune et marron d’ASa signalent a la pedogenese de type sol brun, l’equilibre avec le climat atlantique (Baize et Girard, 1995 ; Duchaufour et Souchier, 1984) comme hypothese d’interprctation environnementale. L’imbrication de facics brun-jaune et marron au profil Ouest montre la vitesse des changements environnementaux pendant l’evolution pCdosCdimentaire. La sedimentation du membre brunjaune est indicative de l’ecoulement lateral et de l’inondation de la cavite. Cet Ccoulement lateral est enregistrt en la formation des crotites sedimentaires, au sommet du membre marron, qui anticipe la sedimentation des lits centimetriques du membre brun-jaune. L’ecoulement lateral suggere la descente de la rttention hydrique, des sols de surface de la Sierra, alors que decroit l’activite biologique. I1 faut noter que la limitation de la vegetation actuelle dans la region est peu conditionnee par la secheresse, mais qu’en altitude elle est conditionnee par les basses temperatures (Tarazona, 1984). Le passage lateral marque par l’archtostratigraphie des restes coordonnes entre un contexte sedimentaire microstratifie du profil Ouest et la coupure nette du profil Est indique que la sedimentation hydrique du cycle brun-jaune et marron n’est que partiellement presente pres de la paroi calcaire Ouest de Gran Dolina. Ce passage lateral nous a permis d’esquisser l’espace occupe pendant les occupations humains de TD6 et Aurora Stratum. Les occupations humains du sommet de TD6 ont CtC Ctablies autour d’un point d’eau, sur des plages ou se developpent les facies du membre marron du cycle sedimentaire. L’hypothese de travail sur les conditions environnementales enregistrtes dans les stdiments indique l’installation progressive de conditions temperees-humides. Le caracdre progressif de l’etablissement de l’environnement ternpert est exprime par la Claire microstratification des depots sedimentaires du profil Ouest. La microstratification du cycle sedimentaire a ASa a CtCinterpretee comme l’enregistrement sedimentaire des changements environnementaux trbs rapides. Ces changements envi-

Les sCdiments d’Homo Antecessor de Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne) ronnementaux rapides caracttrisent, au moins pour le PlCistocbne SupCrieur, les p&iodes glaciaires au Sud de 1’Europe (Allen et al., 1999). L’walyse des sCdiments montre que les occupations humains d’ASu et AS se trouvent dans un contexte sidimentaire bien stratific, de mise en place hydrique de faible Cnergie, et enfouissement soudain. Ces analyses skdimentaires permettent d’Ctablir des processus de formation semblables aux environnements alluviaux de plein air & faible tnergie, et d’y ajouter la protection des grottes. Ces conditions de formation des sCdiments aident g considdrer, d’aprks le point de vue de la gkoarchbologie, la conservation des relations spatiales des assemblages fossiles r&up&s a ASu et AS. La prCservation des assemblages fossiles est attestCe g ASu par l’enregistrement de restes vCg&aux et fauniques (Carbonell, 1998a). Finalement, nous signalons que les occupations humaines b haute densitC de restes B TD6 sont enregistries dans les sCdiments du cycle brun-jaune et marron. Cette haute densitC de restes anthropiques microstratifiCs, d’ASa g TD6, contraste avec la densitC Cparse de restes archCopalContologiques des faciks g sable et .argile rouge de mise en place complexe. Ce contraste entre faibles/fortes densitts d’artefacts et contextes skdimentaires microstratifi&/complexes est gt%&alement inverse dans le reste de remplissages sedimentaires connus de la Sierra du Pleistockne Moyen, a GIII et GII 9 Galeria (Carbonell et al., 1999) ou TDl 1 vs TDlO B Gran Dolina. L’indCpendance de la den&t de restes, des contextes stdimentaires et leur rythmicitk d’enregistrement de restes archkopalContologiques, est explicable g I’aide de la dominance des processus de formation culturels B Aurora Stratum et Aurora Shum archkostratigraphique.

Remerciements Le projet de recherche et fouilles g la Sierra de Atapuerca sont financkes par La Junta de Castilla y Ledn et le Ministerio de Cultura d’Espagne. Les lames minces ont ktk rkaliskes au Laboratoire de micromorphologie des sols, Dep. AGER-DMOS, de 1’Institut national agronomique de Paris-Grignon, dans le cadre de thbe de J.V. qui devait avoir une bourse de TMR’99 pour rkaliser cette recherche g 1’IPH de Paris. M. Sahouini a surveillt les corrections initiales du manuscrit et apportC un regard critique

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et constructif. P. Salad% a rkalid le montage des microphotos desjgures 5 et 6. Nous remercions vivement toutes les institutions et les personnes qui favorisent la recherche sur la sCdimentologie des remplissages de la Sierra de Atapuerca. I1 faut signaler A. PCrezGonzhlez et 1’Cquipe de fouilles, indispensables pour rkaliser les coupes stratigraphiques des remplissages des grottes de la Sierra.

R6ftkences Adams, A.E., MacKenzie, W.S., Guilford, C., 1997. Atlas de rotas sedimentarias. Masson, Barcelone, 106 p. Allen, J.R., Brandt, U., Brauer, A., Hubbertens, H.W., Huntley, B., Keller, J., Negendank, J.F., Nowaczyk, J., Oberhtinsli, H., Watts, W.A., Wulf, S., Zolitschka, B., 1999. Rapid environmental changements in southern Europe during the last glacial period. Nature 400,740-743. Baize, D., Girard, M.C. (Eds.), 1995. RCfkrentiel p&dologique 1995. Inra, Paris, 332 p. Boiffln, J., Bresson, L.M., 1987. Dynamique de formation des crotites superficielles : apport de l’analyse microscopique. In : Fedoroff, N., Bresson, L.M., Courty, M.A. (Eds.), Micromorphologie des ~01s. Actes de la VII RCunion internationale de micromorphologie des ~01s. AFES, Paris, pp. 393-399. Bordes, F., 1975. Sur la notion de sol d’habitat en prkhistoire palColithique. Bulletin de la SociCtC Prehistorique Franqaise 72, 139- 144. Brewer, R., 1964. Fabric and Mineral Analysis of Soils. John Wiley et Sons, New York. Bullock, P., 1985. The role of micromorphology in the study of Quatemary soil processes. In : Boardman, J. (Ed.), Soils and Quaternary Landscape Evolution. John Wiley et Sons, Chichester, pp. 45-68. Bullock, P., Fedoroff, N., Jonguerius, A., Stoops, G, Tursina, T., 1985. Handbook for Soil Thin Section Description, Ed. Waine Research Publications, Wolverhampton, 152 p. Butzer, K.W., 1989. Arqueologia. Una ecologia de1 hombre. Ed. Bellaterra, Barcelone, 345 p. Canals, A., Vallverdti, J., Carbonell, E. (sous presse). New Archaeo-stratigraphic data of the TD6 level in the site of Atapuerca (Spain) in relation to Homo antecessor (Lower Pleistocene).

68

J. Vallverdu et al

Carbonell, E., 1998a. Coma ocupaban la Sierra de Atapuerca 10s hominidos de1 Pleistocene. In : Carbonell, E., Bermudez de Castro, J.M., Arsuaga, J.L., Rodriguez, X.P. (Eds.), Los primeros pobladores de Europa: ultimos descubrimientos y debate actual. Diario de Burgos-Caja de Burgos, Burgos, pp. 11-44. Carbonell, E.A., Berrnudez, J.L., Caceres, J.M., Diez, I., Femandez-Jalvo, J.C., Mosquera, Y., Rodriguez, M., Rosell, X.P., Sala, R., Vallverdi, J., 1998b. Homo Antecessor y su medio natural. Mundo Cientitico 192,42-49. Carbonell, E., Lorenzo, C., Olle, A., Sala, R., Rodriguez, X.P., Rosas, A., Vallverdu, J., Vaquero, M., 1999. Estudio comparative de las unidades GII y GIII utilizando el analisis factorial de correspondencias. In : Carbonell, E., Rosas, A., Diez, J.C. (Eds.), Atapuerca: Ocupaciones Humanas y Paleoecologia el yacimiento de Galeria. Junta de Castilla y Leon, Valladolid, pp. 371-376. Char&es, C.J., Bresson, L.M., Valentin, C., Norton, L.D., 1994. Micromorphological indicators of anthropogenically induced soil structural degradation. Micromorphological Indicators of Anthropogenic Effets on Soils.6a. 15th International Conference of soil Science, Acapulco, Mexico, ISSS 206-228. Courty, M.A., 1986. Quelques facies d’alteration de fragments carbonates en grottes et abris sous roche prehistoriques. Bulletin de 1’Association Francaise pour 1’Etude du Quatemaire 3-4,281289. Courty, M.A., Goldberg, P., Macphail, R.I., 1989. Soils and Micromorphology in Archaeology. Ed. Cambridge University Press, Cambridge, 344 p. Courty, M.A., Goldberg, P., Macphail, R.I., 1994. Ancient People - Lifestyles and Cultural Patterns. Micromorphological Indicators of Anthropogenic Effets on Soils.6a. 15th International Conference of soil Science, Acapulco, Mexico, ISSS 250-269. Diez, J.C., Femandez-Jalvo, Y., Rosell, J., Caceres, I., 1999. Zooarchaeology and Taphonomy of Aurora Stratum (Gran Dolina, Sierra de Atapuerca, Spain). Journal of Human Evolution 37 (3-4), 623-652. Duchaufour, P., Souchier, B. (Eds.), 1984. Edafologia. 1. Edafogenesis y clasificacion. Masson, Barcelone, 493 p. Elf-Aquitaine, 1975. Essai de caracterisation sedimentologique des depots carbonates. 1. EIC-

ments d’analyse. Ed. Elf-Aquitaine, Centres de recherches de Boussens et de Pau, 173 p. Falgubres, C., Bahain, J.J., Yokoyama, Y., Arsuaga, J.L., Bermudez, J.M., Carbonell, E., Bischoff, J.L., Dolo, J.M., 1999. Earliest humans in Europe: the age of TD6 Gran Dolina, Atapuerca, Spain. Journal of Human Evolution 37 (3-4) 343-352. Fedoroff, N., Courty, M.A., 1989. Indicateurs pedologiques d’aridification. Bull. Sot. geol. France 8 (1), 43-53. Fedoroff, N., Courty, M.A., 1994. Organisation du sol aux Cchelles microscopiques. In : Duchaufour, P., Souchier, B. (Eds.), Pedologie. 2 Constituants et proprietes du sol. Masson, Paris, pp. 349-375. Fedoroff, N., Courty, M.A., 1999. Soil and Soil Forming Processes under Increasing Aridity. In : Singhvi, A.K., Derbyshire, E. (Eds.), Paleoenvironmental Reconstructions in Arid Lands. Oxford et IBH Publishing Co. PVT. Ltd., New Delhi, pp. 73-108. Femandez-Jalvo, Y., Diez, J.C., Bermudez de Castro, J.M., Carbonell, E., Arsuaga, J.L., 1996. Evidence of Early Cannibalism. Science 271, 277278. Femandez-Jalvo, Y., Diez, J.C., Caceres, I., Rosell, J., 1999. Human cannibalism in the Early Pleistocene of Europe (Gran Dolina, Sierra de Atapuerca, Spain). Journal of Human Evolution 37 (3-4) 591-622. Freytet, P.V.E., 1989. Les carbonates du pourtour mediterraneen : microfacibs et milieux de formation. Mediterranee 2-3 (2-3) 5-28. Gallardo, J., Martin, J.L., 1989. Formaciones edaticas. In : Lorente, E. (Ed.), Mapa de1 Cuatemario de Espafia. Escala l/l 000 000, IGME, Madrid. Gallardo, J., Perez Gonzalez, A., Benayas, J., 1987. Paleosuelos de 10s piedemontes villafranquienses y de las terrazas pleistocenas de la Region de1 valle de Henares, alto Jarama. Boletin Geologic0 y Miner0 98, 27-39. Garcia, M., 1992. Paleovegetacion de1 Pleistocene Medio de Atapuerca a traves de1 analisis polinice. Evolution humana en Europa y 10s yacimientos de la Sierra de Atapuerca. 1. Medina de1 Campo, Valladolid, Junta de Castilla y Leon, pp. 147-166. Garcia, M., Sainz, H., 1991. Pollen records from the Middle Pleistocene Atapuerca sites (Burgos, Spain). Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology 85, 199-206.

Les sediments d’Homo Antecessor de Gran Dolina (Sierra de Atapuerca, Burgos, Espagne)

GC, T., Courty, M.A., Mattews, W., Wattez, J., 1993. Sedimentary Formation Processes of Occupation Surfaces. In : Goldberg, P., Nash, D.: Petraglia, M.D. (Eds.), Formation Processes in Archaeological Context. Prehistory Press, Madison, pp. 149- 163. Goldberg, P., 1992. Micromorphology, Soils and Arcaheological Sites. In : Holliday, V.T. (Ed.), Soils in Archaeology. Landscape Evolution and Human Occupation. Smithsonian Institution Press, Washington, pp. 145-167. Goldberg, P., Whitbread, I., 1993. Micromorphological studies of Bedouin tent floors. In : Goldberg, P., Nash, D.T., Petraglia, M.D. (Eds.), Formation Process in Archaeological Context. Prehistory Press, Madison, pp. 165- 188. Ibaliez, J.J., Gonzalez-Rebollar, J.L., Garcia-Alvarez, A., Saldafia, A., 1997. Los geosistemas mediterraneos en el espacio y el tiempo. In : Ibatiez, J.J., Valero-Garces, B.L., Machado, C. (Eds.), La evolucidn de1 paisaje mediteraneo en el espacio y el tiempo. Implicaciones en la desertiticacion. Geofomra, Logrono, 478. INIA, 1973. Estudio agroclimatico de la cuenca de1 Duero. Ed. Ministerio de Agricultura, Madrid. ITGE, 1997. Mapa geologic0 de Espafia. Escala I/ 50 000. Burgos Ed, Ministerio de Medio Ambiente, Madrid, 93 p. Lamouroux, M., 1970. Influence des alternances saisonnibes sur la dissolution des roches carbonames (en regions mtditerraneennes). Science du sol (I), 43-52. Maire, R., 1990. La haute montagne calcaire. Ed. Association francaise de karstologie, Association francaise de speleologie, 752 p. Molina, E., Perez-Gonzalez, A., 1989. Depresion de1 ‘Duero. In : Lorente, E. (Ed.), Mapa de1 Cuatemario de Espafia. Escala l/l 000 000. ITGME, Madrid. Pares, J.M., Perez-Gonzalez, A., 1995. Paleomagnetic Age for Hominid Fossils at Atapureca Archaeological Site, Spain. Science 269, 830832. Pares, J.M., Perez-Gonzalez, A., 1999. Magnetochronology and stratigraphy at Gran Dolina section, Atapuerca (Burgos, Spain). Journal of Human Evolution 37 (3-4), 325-342. Perez-Gonzalez, A., Aleixandre, T., Pinilla, A., Gallardo, J., Benayas, J., Martinez, M.J., Ortega, A.I., 1995. Aproximacidn a la estratigrafia de Galeria en la trinchera de la Sierra de Atapuerca (Burgos). Evolution humana en Europa y 10s yacimientos de la Sierra de Atapuerca. 1. Medina

69

de1 Campo. Valladolid, Junta de Castilla y Leon, Consejeria de Cultura y Turismo, pp. 99-122. Rabenhorst, M.C., West, L.T., Wilding, L.P., 1991. Genesis of Calcitic and Petrocalcic Horizons in Soils over Carbonate Rocks. In : Nettleton, W.D. (Ed.), Occurrence, Characteristics, and Genesis of Carbonate, Gypsum, and Silica Accumulations in Soils. SSSA Special Publication, Madison, pp. 61-74. Renault, P., 1976. Les karstifications pendant le Quaternaire. In : de Lumley, H. (Ed.), La Prehistoire fragaise. CNRS, Paris, pp. 192-200. Rosas, A., 1999. La dialectica Norte-Sur en el Cuatemario Europeo. Atapuerca y la evolution de 10s ecosistemas ibericos. Patrimonio historic0 29, 148-155. Roebroeks, W., 1994. Updating the Earliest Occupation of Europe. Current Anthropology 35 (3), 301-305. Rubio Recio, J.M., 1989. Clima y vegetation. In : Lorente, E. (Ed.), Mapa de1 Cuaternario de Espatia. Escala l/l 000 000. IGME, Madrid. Schiffer, M.B., 1987. Formation Processes of the Archaeological Record. Ed. University of the New Mexico Press, Alburquerque, 428 p. Schiffer, M.B., 1995. Toward the Identification of Formation Processes. In : Schiffer, M.B. (Ed.), Behavioral Archaeology. First Principles. University of Utah Press, Salt Lake City, pp. 171195. Tarazona, M.T., 1984. Estudio floristico, ecologico y litosociologico de 10smatorrales de1 sector iberice-soriano. Tesis doctoral, Universidad Complutense, Madrid, 355 p. Vallverdu, J., 1996. Microfacies des groupes de remplissage II et II de Trinchera Galeria (Sierra de Atapuerca, Espagne). XIII International Congress of Prhistoric and Protohistoric Sciences. Workshop 2 1. The archaeo-palaeontological sites of the Sierra de Atapuerca (Spain).II. Forli. Abaco, pp. 1247-1253. Vallverdu, J., 1999. Microfacies y micromorfologia de GII y GIII de Trinchera Galeria. In : Carbonell, E., Rosas, A., Diez, J.C. (Ed.), Atapuerca: Ocupaciones Humanas y Paleoecologia el yacimiento de Galeria. Junta de Castilla y Leon, Valladolid, pp. 43-54. Wattez, J., Courty, M.A., Mcphail, R.I., 1989. Burnt Organo-mineral Deposits Related to Animal and Human Activities in Prehistoric Caves. In : Douglas, L.A. (Ed.), Soil Micromorphology. A Basic and Applied Science. Elsevier, Paris, pp. 43 l-439.