Teneur en uranium et datation U-Th des tissus osseux et dentaires fossiles de la grotte du Lazaret

0 Acaditmie Pal&ontologie (PalBontologie

des sciences / Elsevier, Paris / Paleontology des vert&br& / Vertebrate paleontology)

Teneur en uranium osseux et dentaires

et datation U-Th des tissus fossiles de la grotte du Lazaret

Uranium content and U-Th dating of fossil bones and dental tissues from Lazaret cave Wronique

MICHEL,

Christophe

FALGU~RES et Yuji YOKOYAMA

IPH, MNHL\~ UMR 6569 du CNRS.1, rue RenhPanhard, 75013 Paris, France

Les tissus osseux et dentaires fossiles de la grotte du Lazaret et actuels font ici l‘objet d’une etude microscopique comparative. Les tissus poreux tels la dentine et 1’0s ont leurs canaux haversiens et leurs canalicules de Tomes respectivement conservks. Cependant, des zones de fissuration tapissees de calcite ont Ct6 d&ekes, indiquant l’infiltration d’eaux au sein des tissus poreux et altkrant le tissu par endroits. L’email fossile compact est particulikrement bien conservk. Ces rksultats sont essentiels pour appliquer les mkthodes de datation U-Th et ESR. Les teneurs en uranium et les 2ges U-Th des tissus mandibulaires, de deux tibias et de six fragments osseux brGlks sont present& et discutks. Mots

cl&

: OS, Dentine,

imail,

Fossilisation,

Conservation,

Uranium,

Dafafion

U-Th

ABSTRACT Fossil bone and dental comparative Haversian

tissues from

Lararet

cave and modern

ones are here the subject of a

microscopical study. Porous tissues such as dentine and bone have retained their and Tomes canals respectively. However, cracked areas with calcite were detected, a waterpercolation within porous tissues and an alteration of tissue in places. In addition, fossil enamel is particularb well presemed. These results are essential for U-?TT and ESR

indicating compact dating application. Uranium contents, UTb ages of twofossil mandibular burnt fossil bones arepresented and discussed. Keywords:

Abridged

Bone,

Dentine,

Enamel,

Fossilization,

Preservation,

tissues, tulo tibias and of six

Uranium,

U-Th dating

version (see p. 386)

I. Introduction

France).

La conservation post-mortem de ques est un phenom&ne &onnant

d’un point de vue histologique par des observations au microscope, en comparaison avec I’Actuel. Elles complkteront les etudes cristallochimiques parallelement entre-

tissus calcifi& et complexe.

biologiLes restes

Leur

etat

de conservation

(Michel, 1995 Au tours de

; Michel et al., la fossilisation,

sera

dkcrit

et &al&

osseux et dentaires, d&ouverts sur les sites prbhistoriques, apportent des informations sur le mode de vie de l’homme

prises 1996).

1995 ; Michel et al., les tissus osseux et

et font I’objet d’Gtudes pluridisciplinaire. Le but de cette btude est done de mieux connaitre I’histoire post-mortem des tissus (OS, dentine, email) fossiles de grands mammif&es du site karstique de la grotte du Lazaret (Nice,

dentaires subissent des changements chimiques et structuraux qui font que I’interpr&ation des r&ultats de datation peut &tre delicate (Rae et al., 1989 ; Grtin et Schwartz, 1987 ; Michel, 1995). A l’heure actuelle, les

Note prkn@e par YvesCoppens Nore remise le 5 a&t 1996, acceptee aprks rhision

le 26 mai 1997

C. R. Acad. Sci. Paris, Sciences 1997, 325,38 l-387

et des plan&es

de la terre

/ Earth & Planetary

Sciences

381

V. Michel

et al.

mbthodes de datation &es comme fiables des tissus analyses part, I’accumulation

U-Th si d’une

et ESR peuvent Gtre consid& part, I’Ctat de conservation

et s’expose & la destruction de sa structure histologique. De plus, I’activitC! dcs microorganismes tree un milieu acide local qui peut attaquer la phase min&ale (Baud,

est &al& et pris en compte et si d’autre de l’uranium au sein des tissus est

mieux comprise (Michel, La migration de I’uranium

1995 ; Millard et Hedges, est le processus le plus

1986).

1996). difficile

Si elle

phase rapide tions redox

h mettre en evidence. Aussi, nous proposons de confronter les teneurs en uranium et les diffkrents types de tissus osseux et dentaires provenant de la grotte du Lazaret.

est de

courte

ture de calcination (Shipman et al., 1984, Michel et al., 1996), nous proposons egalement d’analyser des frag-

et al., 1983 1989 ; Pate fossilisation

ments osseux viennent des

histologique, ou contribuer d’oti la necessite d’une etude

h diffbrentes temperatures, niveaux archeologiques

Processus gCnCral de fossilisation et accumulation d’uranium Le tissu organique

osseux (environ

tissu

du

qui (tableau).

pro-

pas,

la

; Garland, 1989 ; Pate et al., 1989 ; Williams, et al., 1991 ; Michel, 1995). Les processus de peuvent alt&er le tissu d’un point de vue 21 la conservation microscopique

datation, I’accumulation de l/uranium particuli&rement, du fait que les tissus

osseux

vivant est composk 20 %), intimement

et ne s/&end

rables. Les processus qui conduisent a la min&alisation de 1’0s et qui sont Ii& 2 la nature de I’environnement exterieur du fossile sont decrits et &on&s dans la littkrature (Parker et Toots, 1970 ; Henderson et al., 1983 ; Lambert

Rappelons que la teneur en uranium dkpend de la plus ou moins grande porosite ou compacite du tissu et de la quantitk de matiere organique originelle. Puisque la morphologie et la structure de 1’0s hvoluent avec la temp&ra-

brQl& msmes

duree

minerale de 1’0s se conserve. Un enfouissement privilbgie aussi la conservation, lorsque les condienvironnementales (nature du skdiment, potentiel Eh, pH, T) qui gouvernent la fossilisation sont favo-

du fossile, des tissus. En

nous intkresse tout osseux et dentaires

ne sont pas des systgmes fermes. L/uranium (VI) soluble dans les eaux de ruissellement traverse les tissus osseux et dentaires en tours de dkcomposition. Un environnement rkducteur, localement c&k, conduit 5 la forme insoluble

d’une matrice like 5 la phase

minerale constituee essentiellement d’hydroxyapatite Ca,,(PO,),OH, non pure (environ 70 %), le tout renfermant environ 10 % d’eau. A la mort de I’animal, 1’0s est

U(IV) qui est adsorb6 par le tissu osseux. L’uranyle (VI) peut aussi t?tre adsorb6 par 1’0s en se complexant 21 la matiere organique et 2 la phase min&ale (Rae et Ivano-

abandon& sur le sol et sa matiere organique se decomposer. C’est le debut de la perte

vich, peut

matrice

organique.

Tableau. Teneur du Lazaret. : ,: ‘( Uranium

content,

L’os

devient

en uranium,

activity

alors

rapports

ratios

ichantillon

encore

d’activitC

- couleur

U-Th

E24 OS

E24 Mandibule de cerf

E696

Age

U-Th

k 0,017

117f5

+ 0,017

117+6

1,234

i 0,048

> 100

0,618

k 0,027

100:;

29,39

1,24

1,245

k 0,027

69

0,831

k 0,023

174:;;

38,90

1,218kO,Ol9

> 100

0,816

+ 0,019

168:

1,34

1,237

+ 0,051

> 100

0,730

* 0,029

133:;;

,201

f 0,020

34

0,712

k 0,027

128;;’

OS

43,ll

,099

f 0,017

> 100

0,235

k 0,007

29 + 1

silv

25,61

,I 99 f 0,015

> 100

0,401

k 0,009

55k2

< 200

22,78

,208

f 0,025

> 100

0,722

k 0,026

131:;o

,226

k 0,019

> 100

0,623

i 0,019

102:;

1 ,I 57 f 0,020

> 100

0,727

i 0,025

135:;o

+ 0,342

> 100

0,841

i 0,121

159:;;

5 f 0,024

> 100

0,582

i 0,019

91 f5

>lOO

0,354

i 0,009

47

marron

fonci!

- 500

21,96

- > 800

I,36

1,932

- 500

5,45

I,31

300-400 2 100 “C pres, = 1 u. les carbonates

31,33 d’apres

1 ,158 l’allure

ont et@ blimin&

C. R. Acad.

des

+ 0,015

spectres

par une

Sci. Paris,

ESR (Michel

solution

Sciences

de citrate

de

la terre

et al.,

1997a).

de triammonium

et des

plan&es

Les analyses (Silverman

/ Earth

ont

(&a)

;”

42,62

B8

* Temperature de calcination &al&e, spectromCtrie alpha ; erreur de comptage F4706 silv : Cchantillon (F4607 OS) dont analyse.

23”Th/‘34U

0,674

24,37

fence

cave.

0,670

400

marron

Lazaret

> 100

fonck

B13

230Th~3’Th

from

> 100

marron

gris foncC

fossils

ou non de la grotte

iO,O20

B3

marron

unburnt

briW

1,161

rouge

Bll

and

fossiles

1996).

OS

F4607

- blanc

burnt

et dentaires

et Taylor,

1,127iO,Ol9

kmail

F4607

BlO

tissues,

z34uP38u

B2 - marron Fragments osseux brCll&

302

dental

; Grtin

43,65

OS

F268

clair

and

1986

41,13

dentine

E696 Diaphyses de tibia de cerf

age of bone

email

E696

et Ivanovich,

Bge U-Th des tissus osseux

U (ppm)

E24 dentine

1986 ; Millard et Hedges, 1996). Enfin, l’uranium egalement remplacer le calcium dans le cristal apa-

tite (Rae

poreux

des radionuclides,

T(Y)*

de cerf

non brCll@s

plus

of radionuclides,

Mandibule

Tissus

commence B graduelle de la

* 1

Ctk rbalisees et al., 1952)

par avant

& Planetary Sciences 1997, 325.38 l-387

Teneur en uranium et datation U-Th des tissus osseux et dentaires

II. Materiel

et methode

Les echantillons fossiles brfiles et non braI&, analyses (tableau), proviennent des niveaux archeologiques qui constituent I’ensemble continental C de la grotte du Lazaret (Nice, France). Cet ensemble C du Pleistocene moyen, est constitue d’une alternance de niveaux a cailloutis et de niveaux a gros blocs dans une matrice d’argiles sableuses rouges (de Lumley, 1976). Les analyses radiometriques ont ete realisees selon la procedure d&rite par Bischoff et al. (1988) pour la determination des teneurs en uranium, des rapports d’activite des radionuclides et des ages U-Th (Ivanovich et Harmon, 1992). Les analyses au microscope ont ete conduites sur les tissus osseux et dentaires de deux mandibules de Cervus elaphusfossiles (E24 et F928) et comparees a celles d’une mandibule actuelle (Michel, 1995). Des lames minces ont ete confectionnees sur une partie de la section transversale de mandibules d’individus adultes, prealablement incluses dans de la &sine et sciees. Les prises de vue au microscope optique (MO) ont et@ realisees en lumiere naturelle (LN) et en lumiere polarisee (LP). Des morceaux de tissu, de dentine et d’email ont ete preleves sur les mandibules pour les prises de vue au microscope electronique a balayage (MEB).

I I I. R&hats hat de conservation (OS plat)

et discussion des mandibules

fossiles

du Lazaret

La plupart des mandibules exhumees presentent toujours le m&me type de fracture : en general, le corps mandibulaire se trouve &pare de la branche montante et de la partie incisive, et la partie dentaire restante est separee de la base de la mandibule par un plan de fracture sit& longitudinalement par rapport au corps mandibulaire. Ces types de fractures sont d’origine anthropique et temoignent de la recuperation des elements nutritifs, d’apres I’etude de Valensi (1994). Les coupes transversale et longitudinale effectuees au niveau de la M, (Michel et al., 1996) montrent que le sediment argileux dans lequel etait enfouie la mandibule s’est infiltre dans les cavites et fissures de la mandibule et a remplace la matiere organique non mineralisee. L’argile a notamment rempli le canal mandibulaire et s’est glissee entre les dents, les racines et 1’0s. Les restes fauniques du Lazaret sont parfois decouverts, au moment de la fouille, enveloppes d’une concretion ou gangue induree, composee principalement d’argile cimentee par des carbonates (Michel, 1995). La dentine, et surtout l’os, presentent parfois des macrofissures d’origine mecanique. Structure

osseuse

D’un point de vue histologique, les principales caracteristiques de 1’0s frais se reconnaissent dans 1’0s fossile. Cependant, I’absence de matiere organique dans le fossile C. R. Acad. Sci. Paris, Sciences 1997. 325,381.387

de la terre

et des plan&es

/ farfh

fossiles de la grotte

du Lazaret

par rapport a I’Actuel est particulierement marquante, et elle s/observe facilement en comparant les prises de vue au MO en LP (figure 1 b et e). L’os fossile est par consequent plus friable que 1’0s frais, meme si des traces de collagene subsistent. II en resulte que les proprietes du tissu fossile sont remarquablement modifiees par rapport a I’Actuel (Turner-Walker et Parry, 1995). Sur la figure 1 (c et d), les canaux haversiens fossiles sont facilement observables et assez bien conserves, en comparaison avec I’Actuel (figure 1 a). Les osteones de 1’0s frais remplis de matiere organique (figure 1 a et b) sont dans 1’0s fossile parfois vides, parfois remplis de calcite, comme I’indique la comparaison de la m@me section d’os fossile prise en lumiere naturelle LN (figure le) et en lumiere polarisee LP (figure lf). Dans 1’0s fossile, des zones fissurees ont ete mises en evidence sur la figure 1 (c et f) oti la calcite a precipite (figure lf). Ces micro-fissurations sont parfois nombreuses (figure 1 c). Elles sont aussi plus frequentes a la surface de 1’0s. Au niveau de ces fissures d’environ 10 a 20 pm de largeur et tapissees de calcite, les osteones se desintegrent (figure 1 c). L’etude cristallochimique precedemment presentee (Michel et al., 1996) a montre la carbonatation et la recristallisation marquantes de la phase minerale de ces tissus osseux au tours de la fossilisation. Ces transformations chimiques et structurales ont visiblement pu alterer de maniere significative par endroits I’histologie des fossiles. L’etat de conservation et la composition mineralogique des fossiles du Lazaret indiquent que le pH du milieu environnant est sans doute reste stable et Iegerement alcalin depuis I’enfouissement jusqu’a nos jours, le pH actuel etant d’environ 8. De plus, il n’a pas et@ detect6 de brushite, utilisee comme indicateur d’alteration post-mortem. En effet, cette derniere peut apparaitre au debut de la fossilisation et, en particulier, au tours de la putrefaction de 1’0s. Elle s’accompagne alors d’une d&integration microstructurale provoquee par la taille des cristaux de brushite (CaHPO,, 2H,O), plus grande que celle de I’apatite (Newesely, 1989 ; Piepenbrink, 1989). Notons que lorsqu’un paleoenvironnement est relativement acide (pH = 4,5-6), celui-ci peut conduire a la transformation de I’apatite en brushite (Piepenbrink, 1989). Par consequent, cette etude montre que, compte tenu de I’age geologique des fossiles du Lazaret, leur apparence histologique g&&ale est plutot bonne. Structure de la dentine La structure de la dentine est tres proche de celle de 1’0s compact. La charge minerale de la dentine fraiche est souvent un peu plus elevee que celle de 1’0s frais. Notons que le canal de la pulpe dentaire de toutes les dents fossiles analysees etait tapisse d’une mince couche de calcite (Michel, 1995). Comme dans l’os, quelques microfissures se sont formees dans les dentines fossiles et sont probablement d’origine mkcanique. Les canalicules de Tomes traversent la dentine longitudinalement (voir prises de vue du cerf actuel, figure 2 a et c). A cause de ces canalicules, la dentine est egalement tres poreuse ; elle peut accueillir des inclusions miner-ales et etre exposee a des echanges chimiques avec I’environnement encais& Planetary

Sciences

383

V. Michel

et al.

qa

Figure 1. Prises de vue au microscope naturelle : LN (b) en lumii?re polarisee CAL : calcite. “2 ::>:.;.:: Photomicrographs PL; of the E24

fossil

optique (MO) de coupes transversales du tissu osseux d’une mandibule : LP ; de 1’0s fossile E24 (c i e) en LN, (f) en LP. Avec L : lamelle interstitielle,

(OM) of transverse sections ofbone bone (c to e) under NL (0 under

tissue from a modern PL. With L: interstitial

sant. Cependant, contrairement aux racines, la dentine prelevee au niveau de la couronne dentaire est recouverte a sa peripherie d’une couche d/&mail qui la preserve davantage. La dentine fossile du Lazaret presente des canalicules de Tomes, en bon etat de conservation, comme I’indique I’examen des prises de vue des figures 2d et 2f. Notons que, sur cette derniere apparaissent en coupe transversale de la dentine fossile les sections en biseau, caracteristiques des canalicules de Tomes. Structure

de I’email

L’email fossile du Lazaret et I’email actuel sont tres semblables. Le degre de cristallinite de I’email est bien plus important que celui de 1’0s ou de la dentine (Michel et al., 1995 ; Michel et al., 1996). Contrairement a 1’0s et la dentine, I’email ne renferme qu’une tres petite quantite de matiere organique (environ 2 %). Le tissu email ne pre-

384

C. R. Acad.

red deer lamellae,

de cerf actuel (a) en lumiere C : canal haversien, F : fissure,

mandible (a) under natural light: NL (b) under C: Haversian canal, F: crack, CAL: calcite.

polarizing

light:

sente pas de porosite ; sa surface reactive est, de ce fait, largement inferieure 2 celle de 1’0s et de la dentine. Les figures 2b et 2e montrent la similarite entre les prismes d’email fossile et ceux de I’email actuel. Une etude cristallochimique approfondie de I’email fossile de cerf du Lazaret a ete realisee (Michel et al., 1995) et indique une certaine stabilite au tours de sa fossilisation. Au Lazaret, la calcite est particulierement abondante dans tout le remplissage sedimentaire. Des que I’ossement est enfoui, les eaux de ruissellement carbonatees s’infiltrent. Dans un environnement de type karstique, la calcite est, en effet, attendue comme etant une phase minerale secondaire du tissu osseux fossile (Pate et Hutton, 1988). La teneur en mat&e organique avait aussi ete mise en relation avec la precipitation de calcite (Baud, 1986 ; Pate et Hutton, 1988). De plus, en creusant des cavites, les batteries et les champignons sont en quelque sorte res-

Sci. Paris, Sciences

de la terre

et des plan&es

/ farW~ & Planefory Sciences 1997. 325.381-387

Teneur

en uranium

et datation

U-Th des tissus osseux

et dentaires

fossiles de la grotte

du Lazaret

IIIa

0b

cl

Figure 2. Prises de vue au microscope optique (MO, LN) de coupes longitudinales de tissus dentaires (Cmail et dentine) actuel (a) et de tissus fossiles (d). Prises de vue au microscope electronique i balayage (MEB) de tissus dentaires mandibule de cerf actuel (b) de I’bmail, (c) de la dentine ; de tissus fossiles (e) email F928 et (f) dentine F928. Avec frontike email-dentine et canalicules de Tomes en coupe longitudinale T, en coupe transversale TT. I! $gJ$g::gyg Phofomicrographs (OM, NL) of longitudinal sections of tooth tissues micrographs (SEM) of tooth tissues from a modern red deer mandible dentine. With D: dentine, E: enamel, FR: enamel-dentine borderline

ponsables de la prkipitation de la calcite Boquet et al. (1973) ont egalement montrk bactkienne

favorisait

la croissance

of a modern (b) enamel and Tomes’s

(Baud, 1986). que I’activitb

des cristaux

Teneur

de calcite.

conservation

C. R, Acad, Sci. Paris, Sciences 1997. 325.381-387

de la terre

et

leur

stabilite

et des plan&es

/ Eatih

uranium

en

(a) and fossil tissues (d). Scanning electron fossil tissues (e) F928 enamel and ff) F928 section Jand transverse section JT:

et datation

uranium

d’une mandibule de cet-f @mail et dentine) d’une D : dentine, E : email, FR :

des

U-Th

quatre

ossements

fossiles,

OS

plats (mandibules) et OS longs (tibias), prksentke dans le tableau, varie de 29,39 & 43,ll ppm. Les teneurs en uranium des OS et des dentines sont semblables, alors que celles faibles. Taylor

adsorptions et des recristallisations. Au Lazaret, I’environnement sedimentaire alcalin et calcaire a neanmoins jouk un r8le conservateur. Les tissus peuvent ainsi @tre class& leur ktat de > dentine > OS.

en

La teneur

Par consequent, 1’0s constitue un support de prkipitation pour les carbonates et offre une grande surface spkifique, estimee ?I 100-I 50 m’/g (Brown et Chow, 1976 ; Newesely, 1989), qui conduit ?I des interactions ioniques, des

selon email

red deer mandible (c) dentine; from canals: longitudinal

e

:

des kchantillons d’email Ces rkultats, en accord (1996) sont dus au fait que

poreux et initialement dentine) contiennent pacts, initialement & PlanetarySciences

sont 20 2 30 fois plus avec ceux de Griin et les tissus fossiles les plus

riches en matiPre organique (OS et plus d/uranium que les tissus compauvres en matiere organique (kmail).

V. Michel

et 01.

Les analyses

des OS brirl&

sont interessantes, car en mat&e organique

a des temperatures

ces derniers et un degrr?

prksentent de porositr?

selon la temperature de calcination. qui ont &e brfil& 2 des tempkratures d’apr&s les analyses ESR p&senthes

differentes

avoir

une teneur variables

une temperature moins poreux

Les fragments osseux infbrieures J. 500 “C, par ailleurs (Michel et

pour

effet

de rajeunir

les dates

superieure et contiennent

daire ; ils ont une surface qui fait que I’accumulation

U-Th.

Les OS brtil&

h 500 “C sont comme peu de carbonate

a

I/&mail, secon-

rCactive nettement plus de l’uranium est faible.

petite,

al., 1997a), ont des teneurs en uranium qui sont comprises dans la fourchette de valeurs obtenue pour les OS fossiles du Lazaret (de 9,3 a 53,3 ppm d’apres Michel, 1995). Rappelons que la mat&e organique est reduite en cendres

L’analyse

entre 200 et 600 “C, alors que la phase inorganique du tissu osseux se transforme en apatite et CaO (Michel et al., 1996). Seuls deux OS brfiles (BIO et Bll) ont des teneurs

grands mammiferes montre que le syst$me haversien des OS, les canalicules de Tomes des dentines et les prismes d’email sont relativement bien pr&erv& dans les fossiles.

nettement 5,46 ppm

Cette etude gie, en depit

la destruction de la phase pact. Parmi le moins &hantillons supkrieure

plus faibles respectivement

que

les autres (tableau).

IV. Conclusion

; elles sont de I,36 et Au-dessus de 500 “C,

de la mati&e organique et la recristallisation minerale apatite conduisent a un tissu comtous les OS analys&, I’&hantillon BlO detient d’uranium d’bmail. 5 800 “C,

(I,36 ppm), mais autant que II a et6 brtile a une temperature & laquelle le degre de cristallinite

microscopique

des tissus

montre une de la grande

osseux

et dentaires

de

bonne conservation de I’histoloreactivite de ces tissus poreux et

de la presence significative de microfissures, principalement observees chez les OS fossiles. Les tissus poreux, OS et dentine, 5 surface reactive trils blevbe, ont &G contamin&

les se

par de la calcite qui et le long des parois presence importante

a prkcipitb des fissures de calcite

dans les canaux d’origine post-d@positionnelles. La decelbe au sein de ces

rapproche de celui de l’email (Michel et al., 1995, 1996). Les @es U-Th des OS brfil& varient d/environ 50 5 160 ka, et sont compris dans le large domaine des Ages des OS non

tissus poreux r&&le I’infiltration des eaux de ruissellement en tours de fossilisation, qui s’ajoute aux changements structuraux et chimiques marquants deja observes, 2 sa-

brCll& : d/environ Certains OS fossiles

voir une carbonatation et une recristallisation de la phase minerale (Michel et al., 1996). Par consequent, 1’0s et la dentine du Lazaret ont @tk plus largement expos& a des

30 2 300 ka qui semblent

(Michel avoir

don& des &es tr&s anciens (environ 300 al., 1997b), alors que d’autres donnent jeunes (environ 30 ka), comme I’&hantillon

et &k

al., 1997b). lessiv& ont

ka) (Michel des 2ges F4607

et tr&s (ta-

transformations I’bmail, dont

libes aux processus la texture compacte

de fossilisation et impermbable

que d’ori-

bleau). Si l’on dissout les carbonates du fragment de diaphyse fossile citrate de triammonium (Silverman

amorphes et la calcite avec une solution de et al., 1952), la data-

gine est bien conservke. Toutes ces observations montrent que les tissus osseux ne sont pas des systemes ferm& et ne sont pas forcement stables, alors que la fiabilitk des r&.ul-

tion alors pr&edente

plus ancienne que a diminue d’environ

tats de datation rajeunissement accumulation

obtenue est et la teneur

nettement en uranium

la

40 % (tableau). Au tours du traitement de I’os, une certaine quantith d’uranium est lessivke. Elle est, par cons& quent, like a la phase carbonatee secondaire, ce qui peut

ABRIDGED

II n’est done de datation.

pas toujours

evident

d’interprbter

des

VERSION

In archaeological levels of Lazaret cave (Nice, France) numerous fauna1 remains have been discovered and associated with an Acheulian assemblage of lithic artifacts rich in bifaces in lower levels and with a pre-hlousterian with many flake tools in upper levels (Lumley de, 1776). These continental deposits consist of a succession of gravel with blocks in a red clay-silt matrix. For a better interpretation of dating results obtained by uranium-series dating (U-Th) and electron spin resonance dating (ESR) (Michel. 1775) and for a taphonomic approach, a histological analysis is carried out. It is performed by micro graphical examination of fossil bone, dentine and enamel tissues from Lazaret red deer mandibles using optical and scanning electron microscopes. The observations are cornpared with the analysis of modern tissues that were taken from a red deer mandible. Uranium contents and U-Th ages are determined for two mandibles, two tibias and for six bones that have been heated in prehistoric hearth (table). The heating paleotemperature has been assessed by ESR analysis (Michel et

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nium. r&ultats

U-Th et ESR repose sur ces hypoth+ses. Le des sges U-Th des OS semblerait Iii! 5 une de carbonate secondaire et done d’ura-

C R. Acad.

al., 1777a). The post-mortem preservation of calcified tissues is a complex phenomenon, which depends on the surrounding conditions present here in a karstic environment. The aim of this study was to show the posr-depositional history of these Lazaret fauna1 remains in order to better understand the process involved in fossilization, as described in the literature: 1) mineral inclusion; 2) isomorphic and heteromorphic recrystallization; 3) ionic substitution; 4’1 adsorption; and 5) dissolution and recrystallization with crystal growth (Parker and Toots, 1970; Henderson et al., 1983; Lambert et al., 1983; Garland, 1989; Pate et al., 1989; Williams, 1789; Pate et al., 1791; Michel, 1775). The comparative micrographical analysis between modern and fossil tissues is presented in (figure 1) for bone and in (figure 2) for dentine and enamel. Fossil bone micrographs (figure 1 c. d; e and I? show the star of histology preservation. The comparison between (figure 1 a, b. e and D shows that most of the organic matter was lost during fossilization. In this way bone properties are modified and it becomes more friable

Sci. Paris, Sciences

de la terre

et des planetes

/ Earfb & Planetary Sciences 1997 325,381.387

Teneur

en uranium

et datation

U-Th des tlssus osseux

et dentaires

fossles

de la grotte

du Lazaret

than a modern one. as was already described using thermal behavior (Michel et al.. 1996) or tensile strength (TurnerWalker and Parry, 1995). According to their Upper Middle Pleistocene age (Valensi, 1994), Haversian canals of bone tissue are well preserved, although some post-depositional cracks cross the Haversian systems and the histological appearance is disintegrated in places, as observed in (figure 1 c and e). Furthermore, calcite has widely precipitated in cracks and in canals as indicated by the comparative observation of (figure 1 e and f). This suggests that a significant amount of groundwater has percolated into the porous tissue after burial. As modern bone, porous dentine is shown in (figure 2 a and c) and Lazaret fossil tissues are show in (figure 2 d and 0. Tomes canals, which can be recognized in (figure 2 D in transverse and longitudinal sections, are well preserved. The examination of the fossil enamel section (figure 2 d and e) shows a compact tissue that is well preserved according to comparison with photomicrographs of modern tissue (figure 2 a and b). Note that the characteristic enamel-dentine borderlines in both modern and fossil cases are clearly distinguishable in photo-

micrographs (figure 2 a and d). Bone and dentine with a great surface area, estimated at 100-150 m’/g for bone (&-own and Chow, 1976: Newesely, 1$X39>, yield significant ionic interactions; adsorption and recrystallization during fossilization. Uranium content in enamel is about 20 to 30 times lower than in bone and dentine as shown previously (C&in and Taylor. 1996). Porous tissue with high organic matter content (bone and dentine) at the moment of putrefaction. has a higher U concentration than compact tissue with lower organic matter content (enamel). This concords well with the fact that bones that have been burnt at T > 500 “C have lower uranium in comparison with bones burnt at T < 500 “C and unburnt bones from Lazaret cave (table and Michel et al., 1997b). At Lazaret cave, U-Th ages are scattered and the ages of the samples from the Lower section are too young to be strdtigrdphically consistent with the ages for the samples from the upper section (Michel et al., 1997b). During fossilization, uranium can be accumulated in bone by precipitated calcite and amorphous calcium phosphate from percolating water that contains traces of u.

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