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Direct ESR dating of the Pleistocene vertebrate assemblage from Khok Sung locality, Nakhon Ratchasima Province, Northeast Thailand

Mathieu Duval, Fang Fang, Kantapon Suraprasit, Jean-Jacques Jaeger, Mouloud Benammi, Yaowalak Chaimanee, Javier Iglesias Cibanal, and Rainer Grün

Plain Language Abstract

Southeast Asia, and Thailand in particular, is a region of great importance for the study of Pleistocene migration pathway of large mammals between South China and Java. However, the number of palaeontological sites identified in this area is very limited, and most of them have not been numerically dated. The present study provides a contribution to the big picture by giving direct ages for a fossil assemblage found in an open-air environment, within fluvial deposits, whereas most other sites in this area are found in caves.
The work presents the first numerical dating study of the vertebrate assemblage found at Khok Sung, Thailand. In total, five fossil teeth were selected from the rich faunal assemblage of the fossiliferous unit F and dated by means of the combined U-series and Electron Spin Resonance dating approach (US-ESR). Dating results yielded two possible ages of 130 ± 29 ka and 217 ± 36 ka, as the result of a significant uncertainty in the dose rate reconstruction. Khok Sung is one of the oldest of the few sites that were numerically dated in the region. It represents a key landmark for reconstructing the migration pathway of large mammals between South China and Java.

Resumen en Español

Datación absoluta ESR de la asociación de vertebrados del Pleistoceno en la localidad de Khok Sung, provincia de Nakhon Ratchasima, en el noreste de Tailandia

Presentamos aquí el primer estudio con datación absoluta de la asociación faunística de la localidad de Khok Sung, Tailandia. Este yacimiento paleontológico tiene una gran importancia biocronológica, paleoambiental y biogeográfica. En primer lugar, ha dado lugar a una rica y diversificada fauna de vertebrados del Pleistoceno con hasta 15 especies de mamíferos de 13 géneros distintos, 10 especies de reptiles, así como restos de peces y aves. Curiosamente, mientras que la mayoría de los fósiles de mamíferos del Pleistoceno del sudeste asiático se han descubierto en depósitos de cuevas, el nivel fosilífero de Khok Sung se encuentra en una terraza fluvial de 8 m de potencia. En segundo lugar, está situado geográficamente en una zona de gran importancia para reconstruir la ruta de migración de grandes mamíferos entre el sur de China y Java.

La datación combinada US-ESR de cinco dientes proporciona dos edades posibles de 130 ± 29 miles de años y 217 ± 36 miles de años para los fósiles. La razón de estos dos grupos de edad radica en el hecho de que no fue posible obtener sedimento que estuviera directamente asociado a las muestras medidas, ni tampoco fue posible realizar mediciones in situ de la tasa de dosis gamma debido al alto nivel freático. Las muestras de sedimento recuperadas de los especímenes de los museos tienen composiciones significativamente diferentes de elementos radiactivos. Ambas opciones de edad son igualmente plausibles, ya que los métodos independientes no proporcionaron pruebas firmes a favor de uno u otro rango de edad. Los resultados ilustran las limitaciones intrínsecas del método de datación ESR cuando los dientes fósiles no se obtienen in situ durante las excavaciones.

Independientemente de si la edad de la asociación fósil de Khok Sung corresponde al MIS 7 o al MIS 5 temprano, se trata de una de las asociaciones más antiguas en la región según datación absoluta. Se requieren esfuerzos adicionales para una identificación y atribución más precisa de los fósiles y una datación adicional en esta región para mejorar el marco biocronológico de las faunas de mamíferos del Pleistoceno en el sudeste asiático, ya que en la actualidad sigue siendo muy imprecisa.

Palabras clave: Khok Sung; Asia sudoriental, Tailandia, datación por resonancia de espín de electrones (ESR); dientes fósiles; Ailuropoda-Stegodon.

Traducción: Enrique Peñalver (Sociedad Española de Paleontología)

Résumé en Français

Datation par RPE du gisement paléontologique pléistocène de Khok Sung, Province de Nakhon Ratchasima, Thaïlande.

Nous présentons dans ce travail la première datation directe de l’assemblage fossile osseux découvert à Khok Sung, en Thaïlande. Il s’agit d’un gisement paléontologique particulièrement important d’un point de vue biochronologique, paléoenvironnemental et biogéographique. Il a en effet livré une faune de vertébrés pléistocènes particulièrement riche et diverse, avec 15 espèces de mammifères identifiées (correspondant à 13 genres), 10 espèces de reptiles, sans oublier des restes de poissons et d’oiseaux. Alors que la plupart des assemblages paléontologiques découverts en Asie du Sud-Est continentale sont situés en grotte, Khok Sung est au contraire un gisement de plein air, avec un niveau paléontologique positionné au sein de dépôts d’environ 8 m d’épaisseur associés à une terrasse fluviatile. Enfin, il est géographiquement localisé dans une région clef pour l’étude des voies de migrations des grands mammifères pléistocènes entre la Chine et Java.

La datation de 5 dents fossiles par la méthode combinée RPE et U-Th a livré deux âges possibles, 130 ± 29 ka et 217 ± 36 ka pour le niveau paléontologique de Kohk Sung. Ce double résultat s’explique non seulement par l’absence de sédiments associés directement aux dents analysées, mais aussi par l’impossibilité de mesurer in situ la radioactivité au sein du niveau paléontologique du fait du niveau actuel élevé de la nappe phréatique. En conséquence, l’évaluation du débit de dose a été réalisée à partir de plusieurs échantillons de sédiments prélevés directement sur les fossiles des collections paléontologiques. Ceux-ci ont ainsi montré une grande variabilité en terme de radioactivité, débouchant sur l’obtention de deux âges possibles pour Khok Sung. Les données chronologiques additionnelles issues de méthodes indépendantes telles que le paléomagnétisme ou la biochronologie ne permettent pas d’écarter ou de renforcer la probabilité de l’un des deux âges obtenus. Ces résultats illustrent simplement les limites de la méthode RPE pour dater des dents fossiles non prélevées directement sur le site durant les fouilles.

Toutefois, indépendamment du fait que l’âge de l’assemblage fossile de Khok Sung soit associé au stade isotopique 7 ou bien au début du stade 5, il s’agit malgré tout de la plus ancienne faune pléistocène directement datée dans la région. De plus amples efforts sont cependant nécessaires pour affiner l’identification et l’attribution taxonomique des fossiles et pour obtenir des datations numériques supplémentaires dans cette région afin de pouvoir améliorer le cadre biochronologique des faunes de grands mammifères en Aise du Sud-Est, qui demeure pour le moment encore relativement imprécis.

Mots-clés: Khok Sung; Asie du sud-est, Thaïlande, Datation par Résonance Paramagnétique Electronique (RPE), Résonance de Spin Electronique, dents fossiles; Ailuropoda-Stegodon

Translator: Authors

Deutsche Zusammenfassung

Direkte ESR-Datierung der pleistozänen Wirbeltier-Assemblage aus der Fundstelle Khok Sung, Provinz Nakhon Ratchasima, Nordostthailand.

Wir berichten hier über die erste direkte Datierungsstudie der Faunenassemblage aus der Fundstelle Khok Sung, Thailand. Diese paläontologische Fundstelle hat eine große biochronologische, paläoumweltbezogene und biogeografische Bedeutung. Erstens lieferte sie eine reiche und vielfältige pleistozäne Wirbeltierfauna mit bis zu 15 Säugetierarten aus 13 Gattungen, 10 Reptilienarten sowie Fisch- und Vogelresten. Während interessanterweise die meisten der südostasiatischen pleistozänen Säugetierfossilien aus Höhlenablagerungen stammen, befindet sich die fossile Schicht von Khok Sung auf einer 8 m dicken Flussterrasse. Zweitens liegt sie geografisch in einem Gebiet, das von großer Bedeutung für Wanderrouten-Rekonstruktion großer Säugetiere zwischen Südchina und Java ist.
Die kombinierte US-ESR-Datierung von fünf Zähnen bietet zwei mögliche Alter von 130 ± 29 ka und 217 ± 36 ka für die Fossilien. Die unterschiedlichen Alter kamen dadurch zustande, dass keine Sedimente zu bekommen waren, die direkt mit den gemessenen Proben in Verbindung standen, noch konnten aufgrund des hohen Wasserspiegels Gamma-Dosisleistungsmessungen in situ durchgeführt werden. Sedimentproben aus Museumsstücken, weisen eine deutlich unterschiedliche Zusammensetzung der radioaktiven Elemente auf. Beide Optionen sind gleichermaßen plausibel, da unabhängige Methoden keine sicheren Beweise für die eine oder andere Altersgruppe lieferten. Die Ergebnisse veranschaulichen die intrinsischen Grenzen der ESR-Datiermethode, wenn fossile Zähne nicht in situ gesammelt werden.

Unabhängig davon, ob das Alter der Khok Sung Assemblage MIS 7 oder der frühen MIS5 entspricht, ist sie dennoch eine der ältesten direkt in der Region datierten Assemblagen. Es sind weitere Arbeiten erforderlich, für eine genauere Identifizierung und Zuordnung von Fossilien und zusätzliche numerische Datierung in dieser Region, um den biochronologischen Rahmen der pleistozänen Säugetierfauna in Südostasien zu verbessern, der derzeit noch recht ungenau ist.

Schlüsselwörter: Khok Sung; Südostasien, Thailand, Elektronen-Spin-Resonanz (ESR) Datierung; fossile Zähne; Ailuropoda-Stegodon

Translator: Eva Gebauer

Arabic

in progress

Translator: Ashraf M.T. Elewa

Polski

Bezpośrednie datowanie ESR plejstoceńskiego zespołu kręgowców z stanowiska Khok Sung, prowincja Nakhon Ratchasima, północno-wschodnia Tajlandia

Przedstawiamy tutaj pierwsze bezpośrednie badanie datowania zespołu fauny z stanowiska Khok Sung w Tajlandii. To stanowisko paleontologiczne ma ogromne znaczenie biochronologiczne, paleoekologiczne i biogeograficzne. Po pierwsze, stwierdzono tam występowanie bogatej i zróżnicowanej plejstoceńskiej fauny kręgowców z 15 gatunkami ssaków z 13 rodzajów, 10 gatunków gadów, a także ryb i ptaków. Co ciekawe, podczas gdy większość skamieniałości ssaków plejstoceńskich w kontynentalnej części Azji Południowo-Wschodniej pochodzi z osadów jaskiniowych, kopalne warstwy z Khok Sung znajdują się na terasie rzecznej o grubości 8 m. Po drugie, stanowisko jest geograficznie położone na obszarze o dużym znaczeniu dla rekonstrukcji szlaku migracji dużych ssaków między południowymi Chinami a Jawą.

Połączone datowanie pięciu zębów według US-ESR dostarcza dwu możliwych ocen wieku skamieniałości na 130 ± 29 ka i 217 ± 36 ka. Przyczyną występowania tych dwóch grup wiekowych jest fakt, że nie było możliwe uzyskanie osadów bezpośrednio związanych z mierzonymi próbkami, ani też przeprowadzenie in situ pomiarów dawki gamma ze względu na wysoki poziom wody. Próbki osadów odzyskane z próbek muzealnych mają znacząco różne składy pierwiastków promieniotwórczych. Obie opcje są jednakowo prawdopodobne, ponieważ niezależne metody nie dostarczyły jednoznacznych argumentów na korzyść jednego lub drugiego przedziału wiekowego. Wyniki ilustrują wewnętrzne ograniczenia metody datowania ESR, gdy zęby kopalne nie są zbierane in situ podczas wykopalisk.

Niezależnie od tego, czy wiek zespołu Khok Sung odpowiada MIS 7, czy wczesnemu MIS 5, jest to jednak jeden z najstarszych zespołów bezpośrednio datowanych w tym regionie. Konieczne są dalsze badania w celu dokładniejszej identyfikacji i przypisania skamielin oraz dodatkowego datowania numerycznego, aby bliżej sprecyzować ramy biochronologiczne fauny ssaków plejstoceńskich w Azji Południowo-Wschodniej.

Słowa kluczowe: Khok Sung; Azja Południowo-Wschodnia, Tajlandia, datowanie metodą elektronowego rezonansu paramagnetycznego (ESR); zęby kopalne; Ailuropoda-Stegodon

Translator:  Krzysztof Stefaniak

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