Dans la gorge de Kipchorion, immédiatement au sud de Fort Ternan (Figs. 1 et 2), ont été prélevés des échantillons orientés qui proviennent de cinq coulées de laves formant les Lower Kericho Phonolites, sous-jacentes aux couches de Fort Ternan [16,17,20,21]. Un autre échantillon orienté a été récolté au sommet de la colline dans l'Upper Kericho Phonolite, directement au-dessus des niveaux fossilifères. Des datations K/Ar et ⁴⁰Ar/³⁹Ar ont été réalisées (Tableau 2). Après examen en lame mince, trois échantillons très frais ont été conservés pour les datations K/Ar : deux provenant des niveaux inférieurs et un du niveau supérieur :

• • (1) KY03082203 : phonolite sous le niveau fossilifère ;
• • (2) KY03082204 : phonolite sous le niveau fossilifère ;
• • (3) KY03082101 : phonolite au-dessus du niveau fossilifère.

KY03082203 et KY03082101 sont hautement porphyriques et KY03082204, peu porphyrique, est composé de phénocristaux d'anorthose (pouvant atteindre 11 mm de long), de néphéline, de biotite, d'augite, d'apatite et de magnétite baignant dans une matrice formée de feldspaths, de pyroxènes monocliniques, d'aegyrine, d'apatite, de magnétite et de verre dévitrifié. Après préparation (voir version anglaise pour davantage de détails), l'anorthose a été conservée pour les datations K/Ar, ainsi que des échantillons frais d'anorthose en gros grains et de biotite (de 1 à 2 mm de diamètre) pour la datation ⁴⁰Ar/³⁹Ar.

Pour le protocole d'analyse et le calcul des âges et des erreurs, la méthode décrite par Nagao et al. [14] et Itaya et al. [9] a été employée.

Les âges K/Ar (Tableau 2) calculés sur l'anorthose des coulées de phonolite KY03082203, KY03082204 et KY03082101 sont tous de 13,7±0,3Ma et s'accordent avec les données stratigraphiques. Les âges ⁴⁰Ar/³⁹Ar sont donnés dans le Tableau 3 et les spectres d'âges ainsi que les rapports ³⁷Ar_Ca/³⁹Ar_K sur la Fig. 3. Ces derniers sont légèrement discordants avec les âges anciens, obtenus sur les fractions à basse température.

Deux âges calculés sur deux cristaux de biotite du même échantillon (KY03082101) sont très différents, avec une forte discordance au-delà des marges d'erreur. De plus, les deux montrent un enrichissement en ⁴⁰Ar dans les basses températures, suggérant la présence d'un excès d'argon dans l'environnement pendant la cristallisation. Une tendance similaire est observée dans les spectres d'âges obtenus pour l'anorthose aux basses températures. Un des âges obtenu pour la biotite est même plus jeune que ceux de l'anorthose, ce qui est contraire à l'ordre de refroidissement. Ces âges ont probablement été perturbés par un ou plusieurs événements ultérieurs.

Certains coulées de laves de la Lower Kericho Phonolite [17,20] sont trop altérées pour donner des âges K/Ar fiables. La quatrième coulée de la base de la séquence (Fig. 2), qui est une phonolite massive à biotite–anorthose, a livré un âge de 13,8±0,3Ma (Tableau 2), alors que l'âge d'une coulée de phonolite porphyrique située au-dessus a été calculé à 13,7±0,3Ma. La coulée la plus récente dans la Lower Kericho Phonolite, au-dessus de laquelle se sont accumulés les dépôts fossilifères, était trop altérée pour être datée. La coulée de l'Upper Kericho Phonolite qui recouvre la colline juste au-dessus du niveau fossilifère (même unité que celle échantillonnée par Bishop et ses collègues au milieu des années 60 [6 (échantillon MB 16)] a livré un âge de 13,7±0,3Ma. Au vu de la puissance de l'horizon altéré, développé sur la phonolite qui est immédiatement sous-jacente aux niveaux de Fort Ternan (Fig. 2), nous estimons un âge situé autour de 13,7 Ma pour les niveaux fossilifères.

Si on tient compte des marges d'erreurs, les résultats des analyses ⁴⁰Ar/³⁹Ar des feldspaths s'accordent assez bien avec ceux obtenus sur les échantillons testés pour K/Ar. En revanche, l'âge calculé à partir de la biotite de l'échantillon KY03082101 (situé au-dessus des couches de Fort Ternan), 13,2±0,2Ma, est beaucoup plus jeune que celui estimé par K/Ar et par ⁴⁰Ar/³⁹Ar déterminé sur les feldspaths de la même roche (Tableau 3). En outre, l'âge ⁴⁰Ar/³⁹Ar estimé sur la biotite de KY03082203 (sous les couches de Fort Ternan) est plus vieux (14,1±0,1Ma) que ne le suggèrent les analyses K/Ar. Bien que ces différences ne soient pas très importantes, elles montrent que la biotite est un minéral moins fiable pour déterminer les âges des dépôts de Fort Ternan, en raison de la présence d'un assez grand excès de composants dans les fractions à basse température. Ceci expliquerait pourquoi les âges des couches de Fort Ternan, estimés auparavant à partir de cristaux de biotite présents dans les sédiments fossilifères, apparaissaient trop vieux lorsqu'on les replaçait dans la colonne stratigraphique globale.

L'échelle biochronologique est-africaine, calibrée en de nombreux points par des âges isotopiques, a été utilisée pour proposer des corrélations avec les zonations mammaliennes européennes (zones MN) (par exemple, [10,24], parmi d'autres). Bien qu'il y ait un débat dans la littérature, il est souvent admis que la faune de Sansan (France), niveau repère pour MN 6, est corrélée avec celle de Fort Ternan. Sen [31] a corrélé cette faune avec la zone de polarité normale C5Bn.2n, qui, selon l'échelle de référence (GPTS) de Baksi [1], donnerait un âge de 16,2 à 16,3 Ma pour Sansan, ce qui paraît trop vieux [23]. Daams et al. [4], ont corrélé la même section à la zone normale C5ABn qui, sur le même GPTS, lui accorderait un âge de 14,0 à 14,3 Ma. Pickford [23] estime que la section pourrait également être corrélée à la zone C5Ar.2n, ce qui donnerait alors un âge de 13,3 à 13,4 Ma, en utilisant l'échelle GPTS de Baksi [1]. En revanche, si les calculs sont basés sur d'autres échelles GPTS [3], les niveaux de Sansan pourraient être datés de 15,0 à 15,1 Ma [31], 13,3 à 13,5 Ma [4] ou même de 12,8 Ma [37]. (NB : Dans les articles cités, les âges sont donnés avec deux chiffres après la virgule, alors qu'ici ils sont arrondis au premier chiffre après le virgule.)

Les corrélations fauniques proposées par Pickford et Morales [24], combinées aux âges isotopiques et à la stratigraphie paléomagnétique, suggèrent que l'échelle internationale la plus fiable, au moins pour cette partie du Miocène, serait celle de Baksi [1].

Les dépôts fossilifères de Fort Ternan ont livré une faune importante du Miocène moyen, sur laquelle le Faunal Set IV de la zonation faunique est-africaine a été défini [16]. Bien que les dépôts aient été initialement considérés comme pliocènes (au vieux sens du terme) [11], il est apparu rapidement qu'ils étaient probablement plus anciens [2]. Les estimations initiales basées sur des cristaux de biotite contenus dans les niveaux fossilifères suggéraient un âge de 14 Ma, corroboré ultérieurement [33], en dépit du fait que la coulée de lave surmontée par les mêmes sédiments ait donné un âge plus jeune que 14 Ma. Il avait été proposé que l'horloge isotopique de la lave ait été affectée par la chaleur produite par un lahar qui surmonte les couches de Fort Ternan. Le problème réside dans le fait que les biotites intrasédimentaires n'avaient pas été affectées, alors que les anorthoses de la coulée sous-jacente, bien plus éloignée du lahar, l'étaient. Par ailleurs, l'anorthose étant plus réfractaire que la biotite, elle est donc plus difficile à altérer.

Les faunes du Miocène moyen de la formation de Ngorora (membres B–D) au Kenya, âgées de 13 à 12 Ma [5] et celle de Fort Ternan partagent un certain nombre de taxons [15,20] (Tableau 1). Les similitudes entre ces faunes suggèrent qu'elles sont plus proches chronologiquement que ne l'indiquaient les âges isotopiques. Si ces derniers étaient corrects, il fallait admettre que les faunes n'avaient que peu, voire pas évolué pendant 1 à 2 Ma. Bien qu'une stase évolutive sur une telle période de temps soit théoriquement possible, elle reste à démontrer.

Le ré-échantillonnage et l'analyse de la succession complète des coulées de lave sous-jacentes aux couches de Fort Ternan montrent que ces dernières sont probablement plus jeunes que 14 Ma. Deux des six coulées sous-jacentes aux sédiments ont livré un âge de 13,7±0,3Ma (les deux autres étaient trop altérées pour être datées) ; on peut estimer aujourd'hui un âge situé autour de 13,7 Ma pour les niveaux fossilifères de Fort Ternan. Ces estimations étant entachées d'une d'erreur de 0,3 Ma, ces niveaux pourraient alors être aussi jeunes que 13,4 Ma et pas si différents de ceux de la base de la formation de Ngorora, proches de 13 Ma environ. Par ailleurs, la précision de l'âge du gisement de Fort Ternan a un impact sur la stratigraphie paléomagnétique et sur les corrélations fauniques intercontinentales.

Oriented samples from five lava flows mapped as Lower Kericho Phonolites, which underlie the Fort Ternan Beds [16,17,20,21], were collected from Kipchorion Gorge, immediately south of Fort Ternan (Figs. 1 and 2). In addition, an oriented sample of the Upper Kericho Phonolite was collected from the hilltop directly above the fossiliferous beds. These were analysed for K/Ar and ⁴⁰Ar/³⁹Ar (Table 2). The following three samples were suitable for K/Ar age determination:

• • (1) KY03082203: phonolite lava below a fossil layer;
• • (2) KY03082204 phonolite lava below a fossil layer;
• • (3) KY03082101 phonolite lava above a fossil layer.

These lava samples are very fresh. KY03082203 and KY03082101 are highly porphyritic, and KY03082204 is sparsely porphyritic, and consists of phenocrysts of anorthoclase (up to 11 mm in length), nepheline, biotite, augite, apatite and magnetite with a ground mass of feldspar, clinopyroxene, aegirine, apatite, magnetite and devitrified glass. Samples of anorthoclase for K/Ar age determination were prepared by crushing and sieving. Anorthoclase phenocrysts of 423–254 μm were sieved. The sieved fraction was cleaned in water, then dried in an oven at 110 °C. The magnetic minerals were removed manually by magnet. The anorthoclase grains were removed from the sieved samples by a Frantz isodynamic separator, heavy liquid (bromoform) and additional handpicking. The separated minerals were ultrasonically washed several times in ethanol and ion exchange water for 10 min. The separated anorthoclase samples were leached two or three times in HCl solutions (HCl:H₂O = 1:4) for 15 min in order to remove any argillaceous alteration products. A portion of the fraction was ground by hand in an agate mortar, and used for potassium analysis.

Fresh coarse-grained anorthoclase and biotite samples (1–2 mm in diameter) for ⁴⁰Ar/³⁹Ar age determination were separated by handpicking under a microscope.

Analytical procedures for potassium and argon and calculations of ages and errors were based on the method described by Nagao et al. [14] and Itaya et al. [9]. Potassium was analyzed by flame photometry using a 2000 ppm Cs buffer and has an analytical error of less than 2% at 2σ confidence level. Argon was analyzed on a 15-cm radius-sector-type mass spectrometer with a single collector system using an isotopic dilution method and ³⁸Ar spike [9]. Calibration of the ³⁸Ar spike is accurate to within 1%. Multiple runs of a standard (JG-1 biotite, 91 Ma) indicate that the error of argon analysis is about 1% at 2σ confidence level. The sample was wrapped in aluminium foil, then preheated for a day or more at about 200 °C under vacuum to eliminate any absorbed atmospheric argon. Argon was extracted at 1600 °C on ultrahigh vacuum lines with an atmospheric ⁴⁰Ar blank of less than 2.5×10−9cm3 STP. The clean up of reactive gas was done by two TiZr getters, and the ³⁸Ar spike added. The decay constants for ⁴⁰Ar and ⁴⁰Ca, and ⁴⁰K content in potassium used in the age calculations are from Steiger and Jäger [35].

The results of K/Ar age determinations are shown in Table 2. The anorthoclase K/Ar ages from phonolite lava flows KY03082203, KY03082204 and KY03082101 are 13.8±0.3Ma, 13.7±0.3Ma and 13.7±0.3Ma, respectively. The results are consistent with stratigraphy.

Individual mineral grains (0.3–1 mm in size) were placed in 2-mm holes on an aluminium tray. Neutron flux and interference factors were monitored by age standard grains (3 g hornblende; [29]), and calcium (CaSi₂) and potassium (synthetic KAlSi₃O₈ glass) salts for Ca and K corrections. Subsequently the tray was vacuum-sealed in a quartz tube. Neutron irradiation of the sample was carried out in the core of the 5-MW Research Reactor at Kyoto University (KUR) for 5 h. The fast neutron flux density is confirmed to be uniform in the dimension of the sample holder as little variation in J-values of the evenly spaced age standards was observed [6].

A mineral grain was analyzed by step-heating technique using a 5-W continuous argon ion laser. Temperatures of samples were monitored by an infrared thermometer with a precision of 3 °C in an area of 0.3-mm diameter [7]. Each crystal was heated under a defocused laser beam at a given temperature for 30 s. The extracted gas was purified with a SAES ZrAl getter (St 101) kept at 400 °C for 5 min. Argon isotopes were measured using the custom-made mass spectrometer with a high resolution ([M/ΔM]>400), which allows separating hydrocarbon peaks except for mass 36 [8]. Typical blanks of extraction lines were 10⁻¹⁴ to 10⁻¹² cm³ STP range for ³⁶Ar, ³⁷Ar, ³⁸Ar, ³⁹Ar and ⁴⁰Ar, respectively. Results of ⁴⁰Ar/³⁹Ar analyses are shown in Table 3. Age spectra and ³⁷Ar_Ca/³⁹Ar_K ratios are exhibited in Fig. 3, which shows slightly discordant spectra with old ages in the low temperature fractions.

Two ages of single crystal biotite grains from the same sample (KY03082101) differ greatly from each other, not even agreeing within their analytical uncertainties. Furthermore, both show a gain of ⁴⁰Ar in the low-temperature fractions, suggesting some post-eruptive excess argon. A similar age trend in low temperatures is also seen in the anorthoclase age spectra. One of the biotite ages is even younger than the anorthoclase ages, disagreeing in the order of temperature closure (Table 3). These biotite ages may have been disturbed by a later event, resulting in the age variation. We adopt cooling ages of the minerals as 14.0 Ma for biotite and 13.7 Ma for anorthoclase.

2.3.1 K/Ar age determinations

2.3.2 ⁴⁰Ar/³⁹Ar age determinations