A Greenland ice core perspective on the dating of the Late Bronze Age Santorini eruption

Abstract

The Santorini eruption is one of the greatest in historic time and an important time marker in the regional
archaeology. It has been dated to 1627-1600 BC (2σ error) using radiocarbon dating (Friedrich et al. 2006) and to
1642±5 BC by identifying a volcanic fallout layer in the Greenland ice cores (Vinther et al. 2006). However, archaeologists
have estimated the eruption almost a century later than the other datings. The disagreement between
the datings has caused a debate about the reliability of the different dating methods, with archaeologists questioning
the radiocarbon and ice core datings as they do not agree within 2σ errors. Muscheler (2009) found that the discrepancy
can also be seen when comparing records of cosmogenic radionuclides (10Be and 14C) in the GRIP ice core
and IntCal04 tree ring data.
In this study a new 10Be dataset from the NGRIP ice core is presented. It has a resolution of 7 years and spans the
period 3752-3244 cal yr BP (1803-1295 BC). The NGRIP 10Be record and the previously published 10Be GRIP record
were compared to IntCal datasets to investigate the discrepancy between the ice core and tree ring chronologies.
By modelling the 14C production rate based on atmospheric 14C records a comparison could be made to the
10Be flux which is assumed to represent the 10Be production rate. This showed a time shift of ~23 years between the
records. The sensitivity of the results to changes in important model parameters were evaluated. Uncertainties in the
carbon cycle model may influence the inferred time shift in the order of 0-6 years.
The potential influences of climate and atmospheric processes on the 10Be deposition were studied using δ18O from
the respective cores and GISP2 ice core ion data. The comparison to δ18O revealed a negative correlation when the
common production signal was removed from the 10Be curves by subtracting the 14C production rate curve. The ion
data, as proxies for atmospheric circulation changes, did not show any correlations to the 10Be record or the
10Be/14C difference.
When including possible data uncertainties there is still a minimum discrepancy of ~10 years between the 10Be ice
core and the 14C tree ring record. Due to lack of alternative explanations it is concluded that the ice core and/or the
tree ring chronologies contain unaccounted errors in this range.

Abstract (Swedish)

Santoriniutbrottet är ett av de största under historisk tid och en viktig tidsmarkering inom den
regionala arkeologin. Utbrottet har daterats till 1627-1600 år f.Kr. (2σ felmarginal) med 14C-datering (Friedrich et
al. 2006) och 1642±5 år f.Kr. genom identifiering av ett vulkaniskt lager i de Grönländska isborrkärnorna (Vinther
et al. 2006). Arkeologer har dock uppskattat utbrottet till ungefär ett sekel senare än de andra dateringarna. Motsägelsen
mellan dateringarna har orsakat en debatt om tillförlitligheten hos de olika metoderna, med arkeologer som
ifrågasätter 14C och isborrkärnedateringarna eftersom de inte stämmer överens inom 2σ-felmarginalen. Muscheler
(2009) fann att diskrepansen även finns vid jämförelse av kosmogena radionuklider i GRIP isborrkärnan och i trädringsdata
från IntCal04.
I den här studien presenteras ett nytt 10Be-dataset från NGRIP isborrkärnan. Dataserien har en upplösning på 7 år
och täcker perioden 3752-3244 BP (1803-1295 f.Kr.). Det nya datasetet från NGRIP och tidigare publicerade 10Be
data från GRIP jämfördes med IntCal-trädringsdataserier för att undersöka diskrepansen mellan trädrings– och isborrkärnekronologierna.
Modellering av produktionshastigheten för 14C grundat på 14C data möjliggjorde jämföras
med 10Be fluxen som antas representera produktionshastigheten av 10Be. Denna jämförelse visade på en tidsförskjutning
mellan dataseten på runt 23 år. Resultatens känslighet för förändringar i viktiga parametrar i kolcykelmodellen
utvärderades. Osäkerheter i modelleringen kan påverka den beräknade tidsförskjutningen med storleksordningen
0-6 år.
Den möjliga påverkan på depositionen av 10Be från klimatet och atmosfäriska processer undersöktes med hjälp av
δ18O från båda isborrkärnorna samt jon-data från GISP2-isborrkärnan. Jämförelsen mellan 10Be och δ18O avslöjade
en negativ korrelation då den gemensamma produktionssignalen mellan 14C och10Be togs bort genom att subtrahera
14C kurvan från 10Be-data. Jon-data, som fungerar som en proxy för förändringar i den atmosfäriska cirkulationen,
visade inga korrelationer med 10Be eller differensen mellan 14C och 10Be.
När osäkerheterna från dataseten inkluderas finns fortfarande en diskrepans på minst 10 år mellan 10Be från isborrkärnearkivet
och 14C från trädringsarkivet. I och med bristen på alternativa förklaringar dras slutledningen att isborrkärnekronologin
och/eller trädringskronologin innehåller okända fel på runt 10 år.

Abstract (Swedish)

Populärvetenskaplig sammanfattning: När skedde Santoriniutbrottet : datering i ett isborrkärneperspektiv.
Under sen bronsålder skedde ett av historiens största vulkanutbrott på Santorini, Grekland. Utbrottet hade ödesdigra konsekvenser för den Minoiska civilisationen som levde i området. För arkeologer som arbetar i regionen är utbrottet en mycket viktig tidsmarkering eftersom utbrottet var en stor händelse i området och kan spåras över ett stort område. Det har länge pågått en debatt mellan arkeologer och naturvetenskapliga forskare om dateringen av utbrottet. Genom kol-14 datering och upptäckten av vulkanisk aska i den Grönländska isen har man nämligen daterat utbrottet till nästan ett sekel tidigare än den arkeologiska uppskattningen på 1500-1550 f.Kr.. De två naturvetenskapliga dateringarna stämmer inte helt överens, vilket har lett till att båda metoderna ifrågasatts för datering av santoriniutbrottet.

Kol-14 är en radioaktiv isotop till kol som sönderfaller enligt en bestämd hastighet. Genom att mäta mängden kol-14 i förhållande till kol-12 kan man avgöra hur mycket som har sönderfalligt i ett organiskt material, till exempel ett träd, och på så vis räkna ut hur gammalt det är. Eftersom mängden kol-14 som bildas varierar med solens aktivitet måste detta dock korrigeras. Genom att mäta kol-14 åldern på trädringar och sedan jämföra kol-14 dateringen av ett prov med mängden kol-14 i trädringarna kan man räkna ut den faktiska åldern på provet. Det finns flera borrkärnor från den grönländska inlandsisen som man kan använda för att studera klimatet, solen och mycket annat. Fördelen med isborrkärnorna är att det går att urskilja årslager och därmed räkna ut när förändringar har skett. I isen finns bland annat beryllium-10 som kan användas för att studera förändringar i solens aktivitet.

Eftersom både beryllium-10 och kol-14 påverkas av förändringar i solens aktivitet kan man jämföra variationer i beryllium-10 och kol-14 och på så sätt jämföra hur väl trädrings- och isborrkärnekronologierna överensstämmer. Genom att jämföra beryllium-10 och kol-14 bekräftas i denna studie att det finns en diskrepans mellan kronologierna på ungefär 23 år. En del av denna kan förklaras av felmarginalerna i isborrkärnornas kronologi och osäkerheter i metoden som användes vid jämförelsen. När dessa osäkerheter räknas med återstår fortfarande en skillnad på minst 10 år. Denna skillnad visar att kronologierna på något sätt har blivit förskjutna i förhållande till varandra. Orsaken till denna återstår att finna. Resultatet visar dock att kol-14 dateringen och dateringen av det vulkaniska lagret i isborrkärnorna överrensstämmer med varandra och inte bör ifrågasättas på grund av diskrepansen.

• author: Löfroth, Elin
• supervisor: Raimund Muscheler
• organization: Department of Geology
• alternative title: Ett Grönländskt isborrkärneperspektiv på dateringen av Santoriniutbrottet under sen bronsålder
• year: 2010
• type: H2 - Master's Degree (Two Years)
• subject: Earth and Environmental Sciences
• keywords: Santorini, 10Be, 14C, NGRIP, kolcykelmodellering, carbon cycle modeling
• publication/series: Dissertations in Geology at Lund University
• report number: 254
• language: English
• id: 2299815
• date added to LUP: 2012-01-19 17:36:38
• date last changed: 2012-01-19 17:36:38