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1 #+TITLE:   Archaeology in Oceania, Age of O18
2 #+AUTHOR:    Tom Dye
3 #+EMAIL:     tsd at tsdye dot com
4 #+DATE:      2010-07-22 Thu
5 #+DESCRIPTION: 
6 #+KEYWORDS: 
7 #+LANGUAGE:  en
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18   
19 * LaTeX preamble
20 #+srcname: latex-preamble
21 #+begin_src latex :tangle o18_ao.tex
22     \documentclass[minion,glossaries]{tsdarticle}
23     
24     \author{Thomas S. Dye and Jeffrey Pantaleo}
25     
26     \title{Age of the O18 Site\thanks{Special thanks to Valerie Curtis for
27     her commitment to this project and her confidence that it would
28     yield interesting results.  Dave Tuggle and Matthew Spriggs
29     offered valuable criticism that sharpened the argument
30     considerably.  Caitlin Buck offered perceptive advice on Bayesian
31     modeling.  Kristin Macak drafted the site map, which was prepared
32     for publication by Eric Komori.  Dan Davison and Eric Schulte both
33     provided guidance on the use of Org-babel, a software environment
34     that integrates thinking, analysis, and writing that greatly
35     facilitated production of the paper.}}
36     
37     \let\alert\textbf
38     \let\itemize\compactitem
39     
40     \begin{document}
41     
42     \maketitle
43     
44 #+end_src
46 * Abstract
47 #+begin_src latex :tangle o18_ao.tex
48     \begin{abstract}
49       Seven new \rc\ age determinations on short-lived materials yield a
50       sound evidential basis for the chronology of the O18 site on O`ahu
51       Island, Hawai`i, long thought to be an early settlement site.
52       Calibration within a model-based, Bayesian framework indicates
53       that the site was established in \textsc{ad} 1040--1219, some 260--459
54       years after the current estimate of first settlement, and
55       abandoned in the late eighteenth or early nineteenth centuries.
56       Previously published age determinations are mostly too old,
57       probably due to the ``old wood'' effect.  O18 appears to be the
58       oldest site on the Waim\={a}nalo Plain, but earlier sites in
59       Waim\={a}nalo likely exist inland of the plain.
60   \end{abstract}
61 #+end_src
63 * Introduction
64 #+srcname: latex-intro
65 #+begin_src latex  :tangle o18_ao.tex
67   The age of the O18 site has been an important datum in Hawaiian
68   prehistory since the first estimate was published in the pages of
69   this journal nearly 40 years ago \citep{pearson71:_bellows}.  Based
70   on an internally inconsistent set of \rc\ age determinations, the
71   site was interpreted by its excavators as having been established in
72   the seventh century \textsc{ad} and abandoned by the twelfth
73   century. The estimated date of establishment was subsequently pushed
74   back to the fourth century \textsc{ad} by \citet{kirch85}, based
75   primarily on volcanic glass hydration dates that are no longer
76   believed to be valid \citep{tuggle01:_age_bellow_dune_site_o18}.
77   Kirch considered O18 to be one of only two sites representing the
78   earliest phase of Polynesian settlement of the Hawaiian Islands.
79   This characterization exerted a strong hold on the archaeological
80   imagination.  In the early 1980s, it inspired Matthew Spriggs to
81   pull additional samples from storage and have them dated. These
82   samples yielded a stratigraphically inconsistent set of \rc\ age
83   determinations that was interpreted more than a decade later
84   with some difficulty by \citet{tuggle01:_age_bellow_dune_site_o18}
85   as indicating an occupation span beginning perhaps as early as the
86   eighth century \textsc{ad} and ending in the middle of the fifteenth
87   century \textsc{ad}.
88   
89   Here, we present the results of nine new \rc\ age determinations
90   from O18, most of them on short-lived materials.  The age
91   determinations on short-lived materials are internally consistent
92   and provide, for the first time, a sound evidential basis for the
93   site's chronology.  The \rc\ age determinations are interpreted
94   within a model-based, Bayesian framework.  An estimate of site
95   establishment yielded by the model-based analysis, supported by
96   the age of an \textit{Aleurites moluccana} nutshell dated by Spriggs,
97   indicates that O18 was established several centuries after the
98   islands were first settled by Polynesians.  
99   
100   The O18 chronology yielded by the site-specific Bayesian model is
101   extended to include \rc\ age determinations from four other sites in
102   the region.  The chronologies of all five sites are broadly similar.
103   Like these other sites, O18 was abandoned late in traditional
104   Hawaiian times.
106 #+end_src
107 * O18 in regional context [2/2]
108 ** DONE Regional context
109 #+srcname: regional-context
110 #+begin_src latex  :tangle o18_ao.tex
111   \section{The O18 Site}
112   \label{sec:O18-site}
113   
114   Site O18 is located on the Waim\={a}nalo Plain, at the coast
115   (fig.~\ref{fig:location}).  It is a small part of a larger traditional
116   Hawaiian settlement pattern in which the coastal plain was used on a
117   regular basis, primarily for activities associated with fishing and
118   shellfishing, by people who kept more established residences inland on
119   the volcanic soils that supported their food gardens.  A large portion
120   of the coastal plain was developed as a military installation in the
121   twentieth century, especially during World War II, and much of the
122   traditional Hawaiian deposit was lost during this development.  The
123   pattern of sites on the plain today is probably due more to military
124   development than it is to patterns of traditional activity in the
125   past.
126   
127   \begin{figure}[htb!]
128     \centering
129     \includegraphics[width=84mm]{AO_bellows_O18_landscape.png}
130     \caption{Traditional Hawaiian sites on a portion of the Waim\={a}nalo Plain.}
131     \label{fig:location}
132   \end{figure}
133   
134   Immediately inland of Site O18, and at one time probably coterminous
135   with it, is Site 50--80--15--4853, a large expanse of discontinuous
136   cultural deposits on the north bank of Puh\={a} Stream that
137   represent primarily cooking and eating activities
138   \citep{tuggle97:_archaeol_resear_areas_propos_devel,desilets02:bellows}.
139   South of Puh\={a} Stream is Site 50--80--15--4851, which is broadly
140   similar to Site --4853, but also includes low-lying swamp deposits
141   in old stream meanders that were used to cultivate taro
142   \citep{tuggle97:_archaeol_resear_areas_propos_devel,dye98}.  On the
143   north part of the plain, nearer the foothills of Keolu Hills, are
144   Sites 50--80--11--4856 and --4857, which were also likely
145   coterminous, and which appear to represent the same range of
146   activities as Site --4853.
148 #+end_src
150 ** DONE Stratigraphy
151 #+srcname: stratigraphy
152 #+begin_src latex  :tangle o18_ao.tex
153   Excavations for cultural resources management carried out at sites on
154   the plain provide data for a model of regional cultural stratigraphy.
155   The model groups deposits into one of three horizons:
156   \begin{inparaenum}[(i)]
157   \item Horizon 1 is the modern surface consisting of secondarily
158     deposited sand, historic-era and traditional Hawaiian cultural
159     materials, and pockets of volcanic fill material laid down during
160     construction of military facilities;
161   \item Horizon 2 is the traditional Hawaiian cultural deposit, often
162     truncated by heavy machinery during construction of military
163     facilities; and
164   \item Horizon 3 is the underlying basal sand that was laid down as
165     local sea level fell from its mid-Holocene +1.8~m highstand
166     \citep{fletcher96} prior to settlement of the islands.
167   \end{inparaenum}
168   
169   The model was developed to capture variability with distance from
170   the coast, the source of trade wind-driven sand that represents the
171   primary natural mode of deposition since the plain was first
172   inhabited, and the degree to which cultural activities included
173   excavation of pits primarily for cooking fires, but also for posts
174   and trash disposal.  Pit excavation is responsible for moving
175   artifacts and other cultural materials down the stratigraphic
176   profile and contribute markedly to the thickness of the cultural
177   deposit (fig.~\ref{fig:stratigraphy}).
178   
179   \begin{figure}[htb!]
180     \centering
181     \includegraphics[width=84mm]{graphics/strat-overview.png}
182     \caption{Regional cultural stratigraphy along a hypothetical
183     transect running inland from the beach, showing the relative
184     effects of ongoing sand deposition and traditional Hawaiian pit
185     excavation.}
186     \label{fig:stratigraphy}
187   \end{figure}
188   
189   At the inland edge of the plain, illustrated by profile A in
190   figure~\ref{fig:stratigraphy}, sand deposition is slight and
191   few pits were excavated in traditional Hawaiian times.  The cultural
192   deposit here can be characterized as a paleosol whose surface
193   includes a low density of cultural material that appears to have
194   been discarded upon it in a more-or-less random fashion.  Moving
195   toward the coast, through profiles B, C, and D, both the intensity
196   of cultural deposition and pit excavation increases, creating a
197   thicker cultural deposit beneath which individual pit features can
198   be discovered as dark stains in the light-colored basal sands.
199   Closer to the coast, represented in the figure by profile E, the
200   thickness of the cultural deposit reaches a maximum due to a higher
201   intensity of use and a larger volume of aeolian sand deposit from
202   the nearby beach.  The frequency of pit excavation here is such that
203   it is rarely possible to identify individual features in the
204   underlying basal sand.  Instead, the base of the cultural deposit
205   consists entirely of the bases of pits excavated atop and through
206   one another.  At Site 50--80--15--4856, where the stratigraphy
207   corresponded to the model represented by profile E, it was estimated
208   that the number and volume of pits excavated in traditional Hawaiian
209   times were sufficient to turn over the cultural deposit completely
210   three times.  Closer to the beach, the level of cultural activity
211   drops somewhat and the influx of aeolian sand increases markedly,
212   creating a relatively complex stratigraphy in which cultural
213   deposits are interspersed with layers and lenses of beach sand.
214   This is the situation encountered during excavations at O18, where
215   two primary traditional Hawaiian cultural deposits, Layers II and
216   III, along with several smaller sub-layers or lenses were
217   identified.
218   
219   One implication of the model is that the relatively complex
220   stratigraphy at O18 in comparison to sites farther inland on the
221   plain is not an indication of greater antiquity.  Instead, it is a
222   function of the site's proximity to the beach.  In this view, the
223   O18 site is the coastal fringe of traditional Hawaiian settlement on
224   the plain, where the focus of activity was a short distance inland,
225   away from the constant influx of windblown sand and from periodic
226   inundation by storm waves.
227 #+end_src
228 * Age of the site [3/3]
229   - Add interval between first settlement and site establishment
230   - 67% hpd 260--459
231   - 95% hpd 100--509
232 ** DONE Age of O18
234 #+srcname: O18-age
235 #+begin_src latex  :tangle o18_ao.tex 
236   \section{Age Determinations and Analysis}
237   \label{sec:age-determinations}
238   
239   The nine new age determinations were processed in two batches
240   independently of one another.  Five collections of wood charcoal,
241   two made by Lloyd Soehren of Bishop Museum in 1966 and three by the
242   University of Hawaii field school in 1967, were submitted by Valerie
243   Curtis, then an archaeologist with the U.S. Air Force, to Gail
244   Murakami of the International Archaeological Research Institute,
245   Inc.\ Wood Identification Laboratory for taxon identification.  The
246   identified samples were submitted to Beta-Analytic, Inc.\ for \rc\
247   dating by the accelerator mass spectrometry (AMS) method
248   (table~\ref{tab:calibration}).
249   
250   \begin{table}[p]
251     \topcaption{Age determinations on mostly short-lived specimens}
252     \label{tab:calibration}
253     \footnotesize
254     \begin{tabularx}{\textwidth}{llYrrllrr}
255       \toprule \textbf{Sample} & \textbf{Unit} & \textbf{Material} &
256       $\mathbf{\delta^{13}}$\textbf{C} &
257       \multicolumn{1}{c}{\textbf{CRA}}& \textbf{Age (\textsc{ad})}\fn{1} &
258       $\mathbf{j}$ & $\mathbf{P_{j1}}$ & $\mathbf{P_{j2}}$ \\
259       \midrule
260       \multicolumn{7}{l}{Layer II} \\
261       Beta-248821 & B-20 & Pearl shell & -1.6 & 620 $\pm$ 40 &
262       1670--1859 & $\theta_1$  & 0.14 &  0.05 \\
263       Beta-231223 & A-3 & \alert{\textit{Nestegis sandwicensis}} & -23.5
264       & \alert{710 $\pm$ 40} & \multicolumn{1}{c}{---} & $\theta_2$ &
265       \alert{0.98}  & \multicolumn{1}{c}{---} \\
266       \addlinespace
267       \multicolumn{7}{l}{Layer III} \\
268       Beta-231220 & EE-15 & \textit{Dodonaea viscosa} & -24.6 & 870
269       $\pm$ 40  & 1060--1279 & $\theta_3$ & 0.10 & 0.09 \\
270       Beta-231221 & EE-15 & \textit{Diospyros sandwicensis} & -26.2 &
271       \alert{680 $\pm$ 40} & 1260--1399 & $\theta_4$ & 0.11 & 0.11 \\
272       Beta-231222 & C-5 & \textit{Canthium odoratum} & -26.5 &
273       \alert{490 $\pm$ 40} & 1310--1499 & $\theta_5$ & 0.14 & 0.15 \\ 
274       Beta-248818 & C-6 & Pearl shell & +0.5 &  820 $\pm$ 40 &
275       1430--1689 & $\theta_6$ & 0.12 & 0.08  \\ 
276       Beta-248819 & C-6 & Pearl shell & +2.3 &  840 $\pm$ 40 &
277       1420--1679 & $\theta_7$ & 0.11 & 0.08 \\ 
278       Beta-248820 & A-6 & Pearl shell & +1.5 &  790 $\pm$ 40 &
279       1440--1699 & $\theta_8$ & 0.15 & 0.09 \\ 
280       \addlinespace
281       \multicolumn{7}{l}{Layer not identified} \\
282       Beta-231224 & A-3 & \textit{Canthium odoratum} & -24.0 & 690 $\pm$
283       40 & \multicolumn{1}{c}{---} & \multicolumn{1}{c}{---} &
284       \multicolumn{1}{c}{---} & \multicolumn{1}{c}{---}\\
285       \bottomrule
286       \addlinespace
287       \multicolumn{9}{l}{\fn{1}95\% highest posterior density region.}\\
288     \end{tabularx}
289   \end{table}
290     
291   A second set of four age determinations on pearl shell manufacturing
292   waste was selected from the O18 collections held by the U.S. Air
293   Force and submitted by \tsdye* to Beta-Analytic, Inc.\ for AMS
294   dating (table~\ref{tab:calibration}).  Pearl shell, produced by
295   mollusks in the genus \textit{Pinctada}, was a favored material for
296   fishhook manufacture in traditional Hawai`i.  The cross-laminar
297   structure of the shell gives it exceptional strength for
298   applications like fishhooks that generate high levels of stress at
299   the bend.  \textit{Pinctada} shell is a suitable dating material
300   because the animal is a sessile filter-feeder that takes up its
301   carbon from the general ocean water around it, and not from an old
302   limestone substrate \citep{dye94b}.  The current best estimate of
303   the apparent age of the ocean water around Hawai`i yields a
304   reservoir correction factor of 110 $\pm$ 80.  The large standard
305   deviation of this estimate is likely due to regional patterns of
306   variability in the apparent age of surface waters around Hawai`i
307   that are not yet understood completely.  Additional information on
308   this variability might make it possible in the future to apply a
309   more precise estimate in the calibration of these samples.  This
310   might yield slightly different calibrated ages for the samples, one
311   from Layer II and three from Layer III, but will not alter the fact
312   that these samples returned \rc\ age estimates that were internally
313   consistent, a first in the long history of \rc\ dating at O18.
314   
315   % \begin{figure}[htb!]
316   %   \includegraphics[width=\textwidth]{graphics/pearl-shell}
317   %   \caption{Pearl shell manufacturing waste submitted for \rc\ dating:
318   %     \textit{a}, Beta-248818; \textit{b}, Beta-248819; \textit{c},
319   %     Beta-248820; \textit{d}, Beta-248821. The scale bar is
320   %     1~cm.}  \label{fig:pearl-shell}
321   % \end{figure}
322   
323   Notable features of Table~\ref{tab:calibration} have been set off in
324   boldface.  One of the samples, Beta-231224, could not be assigned to
325   either Layer II or Layer III and is not considered further here.
326   The single sample from Layer II is wood charcoal from a tree known
327   in Hawai`i as \gls{olopua}.  Although the life span of
328   \gls{olopua} is not known, the fact that it is a tree indicates the
329   possibility that the sample has in-built age.  In fact, the age
330   determination returned by the laboratory is stratigraphically
331   inverted with two of the Layer III samples.  Beta-231220, the age
332   estimate for charcoal from a shrub known in Hawai`i as
333   \gls{`a`ali`i}, does not suffer the effects of in-built age and is
334   the most reliable estimate for the antiquity of settlement at O18.
335 #+end_src
336   
337 ** DONE Calibration
338 #+srcname: calibration
339 #+begin_src latex  :tangle o18_ao.tex
340   A Bayesian model of O18 stratigraphy relates each of the dated samples
341   to the calendric ages represented by the two primary cultural
342   deposits.  The symbols $\theta_{2-5}$ represent the calendar ages of
343   the archaeological events associated with burning the four dated wood
344   charcoal pieces and $\theta_1$ and $\theta_{6-8}$ represent calendar
345   ages of manufacturing events, presumably of pearl shell fishhooks
346   (table~\ref{tab:calibration}, column \textbf{j}).  These are related
347   to the calendar ages of the start and end of deposition of the two
348   primary cultural deposits; $\alpha_3$ and $\beta_3$ represent the
349   start and end of deposition, respectively, of Layer III, and
350   $\alpha_2$ and $\beta_2$ represent the start and end of deposition,
351   respectively, of Layer II.  The known stratigraphic relations of
352   $\theta_{2-8}$ to the layer boundaries are set out in (\ref{eq:1}),
353   where $>$ means ``is older than'' and $\geq$ means ``is older than or
354   the same age as.''
355     
356   \begin{equation}
357     \label{eq:1}
358     \phi_2 \geq \alpha_3 \geq \theta_{3-8} \geq \beta_3 > \alpha_2
359     \geq \theta_{1, 2} \geq \beta_2 \geq \phi_1
360   \end{equation}
362   
363   For the sake of brevity, (\ref{eq:1}) groups the $\theta$ from each
364   layer in an unconventional way; the $\theta$ are understood to be
365   unordered so there are no stratigraphic relations among them.  
366     
367   The salient points of (\ref{eq:1}) are:
368   \begin{itemize}
369   \item the onset of Layer III deposition, $\alpha_3$, began either at,
370     or sometime after, the time Hawai`i was colonized by Polynesians,
371     which is modeled here as normally distributed, $\phi_2$ =
372     \textsc{ad} 800 $\pm$ 50
373     \citep{athens02:_avifaun_extin_veget_chang_and};
374   \item the calendar ages of three dated burning events, $\theta_{3-5}$,
375     and three dated manufacturing events, $\theta_{6-8}$, fall within
376     the period of time represented by the deposition of Layer III;
377   \item the calendar ages of the burning and manufacturing events,
378     $\theta_{3-8}$, are unordered, i.e., there is no stratigraphic
379     information on their ages relative to one another;
380   \item the calendar ages of a burning event, $\theta_{2}$, and a
381     manufacturing event, $\theta_{1}$, fall within the period of time
382     represented by the deposition of Layer II;
383   \item the calendar ages of the burning and manufacturing events,
384     $\theta_{2}$ and $\theta_{1}$, are unordered, i.e., there is no
385     stratigraphic information on their ages relative to one another;
386   \item there is a hiatus between the end of deposition of Layer III,
387     $\beta_3$, and the start of deposition of Layer II, $\alpha_2$, as
388     indicated by the $>$ symbol; and
389   \item the end of layer II deposition, $\beta_2$, was either before or
390     during the time cattle ranching was established on the Waim\={a}nalo
391     Plain, which is modeled here as normally distributed, $\phi_1$ =
392     \textsc{ad} 1830 $\pm$ 20.
393   \end{itemize}
394     
395   This model was implemented with the BCal software package
396   \citep{bcal} using the most recent atmospheric and marine
397   calibration curves \citep{reimer09:_intcal_marin_radioc_age_calib}.
398   In an effort to identify outliers among the age determinations, each
399   one was assigned an uninformative outlier prior probability of 0.1,
400   following a procedure set out by
401   \citet{christen94:_summar_set_of_radioc_deter}.  The intial run of
402   the software clearly identified Beta-231223 as an outlier; the value
403   of 0.98 in the column, $\mathbf{P_{j1}}$ stands out from the rest of
404   the values in the column, which differ little from their initial
405   values.  Beta-231223 was omitted from the analysis and a subsequent
406   run of the software failed to detect outliers, as shown in the
407   column, $\mathbf{P_{j2}}$, where values are all close to their
408   initial values.  The seven age determinations for O18 used in
409   subsequent analyses are one more than the six potentially useful age
410   determinations available previously.
411     
412   Age estimates returned by the software for parameters of the model
413   establish a chronology for the O18 site and its constituent layers.
414   The 67\% highest posterior density region, equivalent to a one
415   standard deviation estimate, for initial settlement of the site,
416   $\alpha_3$, is \textsc{ad} 1040--1219 (fig.~\ref{fig:a3},
417   \textit{bottom left}).  This initial period of deposition at the
418   site, identified by archaeologists as Layer III, came to an end in
419   \textsc{ad} 1580--1699 (fig.~\ref{fig:a3}, \textit{bottom right}).
420   After a hiatus marked stratigraphically by a layer of beach sand,
421   cultural deposition of Layer II began in \textsc{ad} 1670--1789
422   (fig.~\ref{fig:a3}, \textit{top left}) and continued until
423   \textsc{ad} 1770--1859 (fig.~\ref{fig:a3}, \textit{top right}).
424   There is little evidence that the site was abandoned in traditional
425   Hawaiian times.  For example, the probability that $\beta_2$ is
426   older than \textsc{ad} 1778, the year Cook sailed to Hawai`i, is
427   0.31.  Thus, given the present dating evidence and the stratigraphic
428   model of the O18 site, it is more than twice as likely that the site
429   was abandoned sometime after Cook.
430   
431   \begin{figure}[htb!]
432   \centering
433   \includegraphics[width=84mm]{o18_layers.png}
434     \caption{Estimated ages of Layers II and III at O18: \textit{top
435     left}, early boundary of Layer II; \textit{top right}, late
436     boundary of Layer II; \textit{bottom left}, early boundary of Layer
437     III; \textit{bottom right}, late boundary of Layer III.}
438     \label{fig:a3}
439   \end{figure}
440     
441   An advantage of a model-based Bayesian calibration is that it is
442   possible to derive estimates for time intervals of interest.  The
443   O18 site has figured in interpretations of initial Polynesian
444   settlement of Hawai`i \citep{kirch85}; it is interesting to estimate
445   the interval between settlement and establishment of the site.  The
446   67\% highest posterior density region for the time interval between
447   $\phi_2$ and $\alpha_3$ is 260--459 years
448   (fig.~\ref{fig:duration-3}, \textit{top left}).  The initial period
449   of cultural deposition at the site, represented by Layer III, was
450   quite long.  The 67\% highest posterior density region for the time
451   interval between $\alpha_3$ and $\beta_3$ is 400--629 years
452   (fig.~\ref{fig:duration-3}, \textit{top right}).  In contrast, the
453   hiatus between Layers III and II appears to have been relatively
454   short.  The estimated duration of this hiatus, which is represented
455   stratigraphically by a layer of light-colored beach sand, has a 67\%
456   highest posterior density region of 10--109 years
457   (fig.~\ref{fig:duration-3}, \textit{bottom left}).  The duration of
458   Layer II was short compared to Layer III.  The 67\% highest
459   posterior density region for the time interval between $\alpha_2$
460   and $\beta_2$ is 10--80 years.
461     
462   \begin{figure}[htb!]
463     \centering
464     \includegraphics[width=84mm]{o18_intervals.png}
465     \caption{Time intervals at O18: \textit{top left}, the interval
466       between Polynesian settlement of Hawai`i and establishment of
467       O18; \textit{top right}, duration of Layer III; \textit{bottom
468         left}, duration of hiatus between Layers II and III;
469       \textit{bottom right}, duration of Layer II.}
470     \label{fig:duration-3}
471   \end{figure}
472 #+end_src latex
474 ** DONE Age summary
475 #+srcname: age-summary
476 #+begin_src latex  :tangle no
477   In summary, the chronology of Site O18 as estimated by \rc\ dates on
478   short-lived materials within a Bayesian model appears to begin
479   sometime in the eleventh to thirteenth centuries \textsc{ad} and to
480   have continued, with interruptions, through to the end of the
481   traditional Hawaiian period.  These interruptions, indicated
482   statigraphically by deposits of light-colored sand, appear to have
483   been relatively brief.  The hiatus between Layers III and II was
484   probably less than a century and could have been as short as a
485   decade.  These results fit well with the regional model of cultural
486   stratigraphy, which places O18 at the coastal fringe of widespread
487   traditional Hawaiian use of the Waim\={a}nalo Plain.
488 #+end_src
489 * Regional picture [2/2]
491 ** DONE Regional data
493 #+srcname: regional-data
494 #+begin_src latex  :tangle o18_ao.tex
495   \section{O18 in Regional Perspective}
496   \label{sec:regional-perspective}
497   
498   The Bayesian model can be extended to include other sites on the
499   Waim\={a}nalo Plain.  Cultural resources management excavations at
500   sites 50--80--15--4851 and --4853 and 50--80--11--4856 and --4857
501   have yielded 37 \rc\ age determinations, 35 on charcoal from
502   identified short-lived taxa and two on pearl shell manufacturing
503   waste (table~\ref{tab:ages}).  Each of the sites consists of the
504   remnants of a single cultural deposit that typically lacks internal
505   stratification.  Because no stratigraphic relationships between the
506   deposits of these sites and the layers of O18 have been established,
507   they are each modeled as single phases independent of one another
508   and of Layers II and III at O18.  Using the short-hand described
509   earlier, the model can be extended with the addition of the
510   following inequalities:
511   
512   \begin{equation}
513     \label{eq:4851}
514     \alpha_{4851} \geq \theta_{9-11} \geq \beta_{4851}
515   \end{equation}
516   
517   \begin{equation}
518     \label{eq:4853}
519     \alpha_{4853} \geq \theta_{12-27} \geq \beta_{4853}  
520   \end{equation}
521   
522   \begin{equation}
523     \label{eq:4856}
524     \alpha_{4856} \geq \theta_{28-41} \geq \beta_{4856}  
525   \end{equation}
526   
527   \begin{equation}
528     \label{eq:4857}
529     \alpha_{4857} \geq \theta_{42-45} \geq \beta_{4857}  
530   \end{equation}
531   
532   \begin{table}[htb!]
533     \centering
534     \scriptsize
535     \topcaption{\rc\ ages of short-lived materials from other sites on the
536       Waim\={a}nalo Plain}
537     \label{tab:ages}
538     \begin{tabularx}{\textwidth}{llXrrl}
539       \toprule Laboratory & Fire-pit & Material & $\delta^{13}$C &
540       CRA\fn{1} & $\mathbf{j}$ \\
541       \midrule
542       \multicolumn{5}{l}{Site 50--80--15--4851} \\
543       Beta-111023\fn{2} & Feature 3 & cf.\ \latin{Rauvolfia
544         sandwicensis} &
545       -26.9 & 310$\pm$40  & $\theta_9$ \\
546       Beta-111024\fn{2} & Feature 2 & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax} &
547       -26.8 & 140$\pm$60 & $\theta_{10}$ \\
548       Beta-111025\fn{2} & Feature 1 & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax} &
549       -24.2 & 540$\pm$50 &  $\theta_{11}$ \\
550       \addlinespace
551       \multicolumn{5}{l}{Site 50--80--15--4853} \\
552       Beta-101869\fn{2} & Feature 6 & \latin{Chamaesyce} sp. & -12.9 &
553       230$\pm$60 & $\theta_{12}$ \\
554       Beta-101871\fn{2} & Feature 9 & cf.\ \latin{Osteomeles
555         anthyllidifolia} & -25.3 & 720$\pm$40 & $\theta_{13}$ \\
556       Beta-101872\fn{2} & Feature 10 & cf.\ \latin{Osteomeles
557         anthyllidifolia} & -24.7 & 680$\pm$40 & $\theta_{14}$ \\
558       Beta-111022\fn{2} & Feature 1 & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax}
559       & -27.5 & 150$\pm$40 & $\theta_{15}$ \\
560       Beta-120317\fn{2} & Feature 1 & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax}
561       & -21.3 & 140$\pm$50 & $\theta_{16}$\\
562       Beta-120318\fn{2} & Feature 5 & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax}
563       & -26.1 & 150$\pm$50 & $\theta_{17}$ \\
564       Beta-120319\fn{2} & Feature 9 & \latin{Aleurites molucanna}
565       nutshell, \latin{Chenopodium oahuense}, \latin{Sida} cf.\
566       \latin{fallax}
567       & -25.9 & 350$\pm$80 & $\theta_{18}$ \\
568       Beta-120320\fn{2} & Feature 13 & \latin{Aleurites molucanna}
569       nutshell & -25.6 & 230$\pm$50 & $\theta_{19}$ \\
570       Beta-120321\fn{2} & Feature 15 & \latin{Aleurites molucanna}
571       nutshell & -25.0 & 110$\pm$70 & $\theta_{20}$ \\
572       Beta-120322\fn{2} & Feature 16 & \latin{Chamaesyce} sp.
573       & -16.8 & 310$\pm$60 & $\theta_{21}$ \\
574       Beta-120323\fn{2} & Feature 17 & \latin{Aleurites molucanna}
575       nutshell, \latin{Chenopodium oahuense}, \latin{Sida} cf.\
576       \latin{fallax} & -27.5 & 170$\pm$60 & $\theta_{22}$ \\
577       Beta-120324\fn{2} & Feature 18 & \latin{Aleurites molucanna}
578       nutshell & -25.2 & 250$\pm$50 & $\theta_{23}$ \\
579       Beta-120325\fn{2} & Feature 19 & \latin{Aleurites molucanna}
580       nutshell & -25.2 & 270$\pm$70 & $\theta_{24}$ \\
581       Beta-120326\fn{2} & Feature 20 & \latin{Aleurites molucanna}
582       nutshell, \latin{Chenopodium oahuense}, \latin{Sida} cf.\
583       \latin{fallax} & -14.0 & 330$\pm$60 & $\theta_{25}$ \\
584       Beta-120327\fn{2} & Feature 24 & \latin{Aleurites molucanna}
585       nutshell & -23.0 & 400$\pm$70 & $\theta_{26}$ \\
586       Beta-120328\fn{2} & Feature 25 & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax}
587       & -25.5 & 220$\pm$50 & $\theta_{27}$ \\
588       
589       \addlinespace
590       \multicolumn{5}{l}{Site 50--80--11--4856}\\
591       Beta-208589\fn{3} & & \latin{Chenopodium oahuense} wood charcoal & -26.6 & 140$\pm$40 & $\theta_{28}$\\
592       Beta-208590\fn{3} & & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax} wood
593       charcoal & -24.9  &  90$\pm$40 & $\theta_{29}$\\
594       Beta-208591\fn{3} & & \latin{Aleurites moluccana} nutshell & -25.7
595       &  140$\pm$40 & $\theta_{30}$\\
596       Beta-246786\fn{4} & Feature 4 & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax}
597       wood charcoal & -25.4 & 380$\pm$40 & $\theta_{31}$\\
598       Beta-251245\fn{4} & Feature 5 & \latin{Chenopodium oahuense} wood
599       charcoal & -24.5 & 260$\pm$40 & $\theta_{32}$ \\
600       Beta-251243\fn{4} & Feature 9 & \latin{Aleurites moluccana}
601       nutshell charcoal & -24.9 & 350$\pm$40 & $\theta_{33}$ \\
602       Beta-251244\fn{4} & Feature 10 & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax}
603       wood charcoal & -24 & 250$\pm$40 & $\theta_{34}$ \\
604       Beta-251242\fn{4} & Feature 12 & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax}
605       wood charcoal & -24.4 & 200$\pm$40 & $\theta_{35}$ \\
606       Beta-251246\fn{4} & Feature 17 & \latin{Chenopodium oahuense} wood
607       charcoal & -21.9 & 240$\pm$40 & $\theta_{36}$ \\
608       Beta-251247\fn{4} & Feature 22 & \latin{Cordyline fruticosa} wood
609       charcoal & -22.6 & 450$\pm$40  & $\theta_{37}$ \\
610       Beta-251248\fn{4} & Feature 23 & \latin{Aleurites moluccana}
611       nutshell
612       charcoal & -25.6 & 390$\pm$40  & $\theta_{38}$ \\
613       Beta-200230\fn{5} & Feature 22 & \latin{Chamaesyce sp.} wood charcoal
614       & -11.3 & 550$\pm$40 & $\theta_{39}$ \\
615       Beta-208588\fn{3} & & Pearl shell & -0.1 & 630$\pm$40 & $\theta_{40}$ \\
616       Beta-208587\fn{3} & & Pearl shell & -2.7 & 630$\pm$40 &
617       $\theta_{41}$ \\
618   
619       \addlinespace
620       \multicolumn{5}{l}{Site 50--80--11--4857}\\
621       Beta-200229\fn{5} & Feature 11 & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax}
622       wood charcoal & -25.6  &  170$\pm$40 & $\theta_{42}$ \\
623       Beta-200228\fn{5} & Feature 12 & \latin{Chamaesyce} sp.\ wood
624       charcoal & -25.7  &  200$\pm$40 & $\theta_{43}$ \\
625       Beta-260904\fn{6} & Context 12 & cf.\ \latin{Chamaesyce} sp.\ wood
626       charcoal  & -23.4  &  580$\pm$40 & $\theta_{44}$ \\
627       Beta-260905\fn{6} & Context 13 & \latin{Sida} cf.\ \latin{fallax}
628       wood charcoal & -26.4  &  400$\pm$40 & $\theta_{45}$\\
629   
630   
631       \bottomrule \multicolumn{5}{l}{\fn{1} Conventional \rc\ age
632         \citep{stuiver-polach77}.} \\
633       \multicolumn{5}{l}{\fn{2} \citet{dye00:_effec}.} \\
634       \multicolumn{5}{l}{\fn{3}
635         \citet*{mcelroy06:_archaeol_monit_and_inves_durin}.} \\
636       \multicolumn{5}{l}{\fn{4}
637         \citet*{zzz_lebo09:_pre_const_archaeol_survey_for}.}\\
638       \multicolumn{5}{l}{\fn{5}
639         \citet*{putzi05:_archaeol_monit_repor_for_replac}.}\\
640       \multicolumn{5}{l}{\fn{6} \citet*{dye09:_pre_archaeol_resour_survey_new}.}\\
641     \end{tabularx}
642     
643   \end{table}
644 #+end_src
645     
647 ** DONE Regional analysis
648    - When other sites were established
649    - All sites presumably abandoned in early historic period
650    - Intervals between establishment of O18 and other sites
651    - 4856, 150--359 years after O18
652    - 4851, -20--349 years after O18
653    - 4857, 0--309 years after O18
654    - 4853, 70--279 years after O18
655    - p 4851 > Layer III = 0.21
656    - alpha 3 at O18, 67%, 1040--1219
657    - alpha 4853, 67% 710-571 BP, 1240--1379 AD
658    - alpha 4857, 67% 760-551 BP, 1190--1409 AD
659    - alpha 4851, 67% 770-521 BP, 1160--1429 AD
660    - alpha 4856, 67% 620-521 BP, 1360--1429 AD
663 #+srcname: regional-analysis-1
664 #+begin_src latex  :tangle o18_ao.tex
665   Based on the current dating evidence, sites 50--80--15--4851 and
666   --4853 and 50--80--11--4856 and --4857 were all established after O18.
667   Site 50--80--15--4851, located on the opposite bank of Puh\={a} Stream
668   from O18, is likely to be the oldest among the four.  It was
669   established \textsc{ad} 1160--1429, based on the 67\% highest
670   posterior density region (fig.~\ref{fig:initial-use}, \textit{top left}).
671   Penecontemporaneously, Site 50--80--11--4857, located inland and
672   north of O18, was established in \textsc{ad} 1190--1409
673   (fig.~\ref{fig:initial-use}, \textit{bottom right}).  Site 50--80--15--4853,
674   immediately inland of site O18, has been extensively dated and appears
675   to have been established at a later time.  The 67\% highest posterior
676   density region for the site's establishment is \textsc{ad} 1240--1379
677   (fig.~\ref{fig:initial-use}, \textit{top right}).  Finally, site
678   50--80--11--4856, located on the coast north of O18, was established
679   in \textsc{ad} 1360--1429 (fig.~\ref{fig:initial-use}, \textit{bottom left}),
680   apparently later than Site 50--80--11--4857 located immediately
681   inland.  The probability that 50--80--11--4857 was established earlier
682   than 50--80--11--4856 is 0.88.
683   
684   \begin{figure}[htb!]
685     \centering
686     \includegraphics[width=84mm]{site-establishment.png}
687     \caption{Initial site use on the Waim\={a}nalo Plain: \textit{top
688         left}, 50--80--15--4851; \textit{top right}, 50--80--15--4853;
689       \textit{bottom left}, 50--80--11--4856; \textit{bottom right},
690       50--80--11--4857.}
691     \label{fig:initial-use}
692   \end{figure}
693 #+end_src
695 #+results: regional-analysis-1
696 #+BEGIN_LaTeX
697 Based on the current dating evidence, sites 50--80--15--4851 and
698 --4853 and 50--80--11--4856 and --4857 were all established after O18.
699 Site 50--80--15--4851, located on the opposite bank of Puh\={a} Stream
700 from O18, is likely to be the oldest among the four.  It was
701 established \textsc{ad} 1160--1429, based on the 67\% highest
702 posterior density region (fig.~\ref{fig:initial-use}, \textit{top left}).
703 Pene-contemporaneously, Site 50--80--11--4857, located inland and
704 north of O18, was established in \textsc{ad} 1190--1409
705 (fig.~\ref{fig:initial-use}, \textit{bottom right}).  Site 50--80--15--4853,
706 immediately inland of site O18, has been extensively dated and appears
707 to have been established at a later time.  The 67\% highest posterior
708 density region for the site's establishment is \textsc{ad} 1240--1379
709 (fig.~\ref{fig:initial-use}, \textit{top right}).  Finally, site
710 50--80--11--4856, located on the coast north of O18, was established
711 in \textsc{ad} 1360--1429 (fig.~\ref{fig:initial-use}, \textit{bottom left}),
712 apparently later than Site 50--80--11--4857 located immediately
713 inland.  The probability that 50--80--11--4857 was established earlier
714 than 50--80--11--4856 is 0.88.
716 \begin{figure}[htb!]
717   \centering
718   \includegraphics[width=84mm]{site-establishment.png}
719   \caption{Initial site use on the Waim\={a}nalo Plain: \textit{top
720       left}, 50--80--15--4851; \textit{top right}, 50--80--15--4853;
721     \textit{bottom left}, 50--80--11--4856; \textit{bottom right},
722     50--80--11--4857.}
723   \label{fig:initial-use}
724 \end{figure}
725 #+END_LaTeX
726 #+srcname: regional-analysis-2
727 #+begin_src latex :tangle o18_ao.tex     
728   Another way to look at the site establishment estimates is relative to
729   the establishment of O18.  All of the
730   posterior probability distributions have left tails that extend past
731   zero and thus each site retains some probability of having been
732   established before O18.  These probabilities are all rather slim,
733   however.  The site with the greatest probability of having been
734   established before O18, 50--80--11--4851, has a probability of 0.2.
735   Using 67\% highest posterior density regions: Site 50--80--15--4851
736   was settled 10 years earlier than to 349 years after O18
737   (fig.~\ref{fig:site-establishment}, \textit{top left}); site
738   50--80--11--4857 was settled at the same time as O18 to 319 years
739   later (fig.~\ref{fig:site-establishment}, \textit{bottom right}); site
740   50--80--11--4853 was settled 60--279 years after O18
741   (fig.~\ref{fig:site-establishment}, \textit{top right}); and site
742   50--80--11--4856 was settled 160--359 years after O18
743   (fig.~\ref{fig:site-establishment}, \textit{bottom left}).
744   
745        \begin{figure}[htb!]  \centering
746          \includegraphics[width=84mm]{after-o18.png} \caption[Sequence of
747          site establishment]{Sequence of site establishment---the
748            interval between establishment of O18 and other sites:
749            \textit{top left}, Site 50--80--15--4851; \textit{top right},
750            Site 50--80--15--4853; \textit{bottom left}, Site
751            50--80--11--4856; \textit{bottom right}, Site
752            50--80--11--4857.  Note that there is a small probability
753            that each of the sites was established before O18.}
754          \label{fig:site-establishment} \end{figure}
755 #+end_src
756 * Conclusion [4/4]
757 #+srcname: conclusion
758 #+begin_src latex  :tangle o18_ao.tex 
759   \section{Summary and Conclusion}
760   \label{sec:conclusion}
761 #+end_src
763 ** DONE Regional prehistory [5/5]
764     - [X] O18 not an example of an early site, it was settled at least
765       240 years after Polynesian colonization and perhaps as much as
766       449 years after
767     - [X] O18 is likely the earliest site on the plain
768     - [X] Other sites settled over the next approximately 3-4 centuries,
769       in what appears to be a piece-meal fashion, and not a radiation
770       out from O18.
771     - [X] Discuss the early date on kukui nutshell.  How it got into the
772       O18 deposit is a mystery, but if it is not spuriously old due
773       to laboratory error, then it might indicate early establishment
774       of the tree on the Waimanalo plain.  The calibrated age shown
775       in Table 2 accepts the material as primarily deposited in Layer
776       II.  If this constraint is relaxed, and the date is calibrated
777       as constrained only by phi1 and phi2, then at 67% AD 850--1160.
778       The probability it was growing before O18 was established is
779       XX%
780     - [X] This carries with it the possibility that there were
781         settlements in Waimanalo that pre-dated O18
782     - [ ] Results differ by timing and by the fact that events of
783       interest are estimated directly.
784 #+srcname: prehistory
785 #+begin_src latex  :tangle o18_ao.tex 
786   Seven new \rc\ age determinations on short-lived materials yield a
787   chronology for O18 that differs from previous estimates.  The
788   results clearly indicate that O18 was settled later than previously
789   estimated.  The 67\% highest posterior density region for the true age of $\alpha_3$ is
790   \textsc{ad} 1040--1219, which is 4--9 centuries younger than
791   previous estimates.  The hypothesis that O18 was occupied during an
792   early phase of Polynesian settlement is, on present evidence, false.
793   The best estimate, based on present evidence, places initial site
794   use 260--459 years after the archipelago was discovered and
795   colonized.  With this new, ``late'' chronology, O18 joins site H1 on
796   Hawai`i Island \citep{dye92} and the H\={a}lawa Dune site on
797   Moloka`i \citep{kirch07:_recon_hawaiian_cultur_sequen} in a growing
798   group of relatively late sites once believed to have been examples
799   of early Hawaiian settlement.
800       
801   
802   
803       % Contrast this with
804       % the previous situation, where estimates were based on \textit{ad
805       % hoc} procedures.  The initial set of five GaK dates supported two
806       % estimates that differed by three centuries. The addition of the
807       % Beta-Analytic dates did little to change the shape of the
808       % data,\footnote{The two ANU dates are clearly anomalous.} in
809       % fact it is remarkable how closely the new dates reprised the old
810       % ones.  Yet, this similar but augmented data set supported a 500 year
811       % revision of the estimate.  Clearly, these \textit{ad hoc} estimates
812       % were responding to information adjunct to the dates
813       % themselves---initially to now-discredited old ``dates'' on volcanic
814       % glass from O18 and subsequently to a widely-accepted
815       % paleoenvironmental estimate for first settlement in the eighth or
816       % ninth centuries \textsc{ad}.  In both cases these adjunct data are
817       % not explicitly modeled in the calibration, but are instead applied
818       % idiosyncratically.  The Bayesian model is sufficiently robust to
819       % accommodate both the addition of new data and a revised estimate of
820       % when the islands were initially colonized.
821       
822       The situation is similar with respect to when O18 was abandoned.
823       The new dates on short-lived materials, calibrated and
824       interepreted within a Bayesian framework, indicate that the site was
825       abandoned at the end of traditional Hawaiian times in the late
826       eighteenth or early nineteenth centures, some 3--6 centuries later
827       than earlier estimates.  The estimate brings the
828       abandonment of O18 in line with abandonment date estimates for other sites
829       on the Waim\={a}nalo Plain.
830   
831       One reason that previous estimates of O18 chronology were too
832       old by centuries was a failure to control for the potential
833       effects of old wood during the dating process, but errors
834       assigning the dated samples to their correct archaeological
835       contexts in a field school situation, and statistical and other
836       errors in the dating laboratory probably had effects, too.  It
837       is worthwhile to emphasize the ill effects of old wood; cultural
838       resources management archaeologists working in Hawaii routinely
839       date unidentified wood charcoal.  There is no reason to believe
840       that their age determinations on unidentified wood charcoal will
841       perform any better than those from O18, which proved to be poor
842       estimators of site chronology.  They are essentially worthless for
843       establishing archaeological chronologies.
844     
845       In most cases, the old dates that do a poor job of estimating
846       the age of O18 provide no other useful information.  An
847       exception to this is Beta-20852b on \textit{A. moluccana}
848       nutshell.  This age determination does a poor job of estimating
849       the age of its archaeological context in Layer II, but because
850       the identified material derived from a tree introduced to the
851       islands by Polynesians the age estimate itself is of interest.
852       If the calendar age, $\theta_{46}$, of this age determination is
853       associated with the archaeological event of planting
854       \textit{kukui} trees in Waim\={a}nalo and calibrated in the
855       context of a model that specifies only that this event dates to
856       traditional Hawaiian times (\ref{eq:kukui}), then the 67\%
857       highest posterior density region for $\theta_{46}$ is
858       \textsc{ad} 840--1159, an estimate that has a 70\% probability
859       of dating an event older than the establishment of O18.  Thus,
860       it is likely that the \textit{A. moluccana} tree was planted by
861       Hawaiians who lived at some other site in Waim\={a}nalo prior to
862       settlement at O18.  Because dates from nearby sites indicate
863       that O18 was established before them, this putative earlier
864       settlement is likely to be located somewhere inland, probably on
865       the volcanic soils that supported gardens in traditional
866       Hawaiian times.  Whether cultural deposits associated with this
867       putative early settlement still exist is a question for future
868       research.
869       
870       \begin{equation}
871         \label{eq:kukui}
872         \phi_2 \geq \theta_{46} \geq \phi_1
873       \end{equation}
874   
875       Finally, development of an explicit chronological model relating
876       regional archaeological events to one another and set out in
877       inequalities (\ref{eq:1}--\ref{eq:kukui}) means that anyone can
878       replicate the estimate and explore how different parameters of
879       the model affect it.  It is not possible to do this in a precise
880       way with an approach that is not strictly model-based.  Changes
881       in chronological estimates for sites on the Waim\={a}nalo Plain
882       will most likely result from new dates on short-lived materials
883       from secure stratigraphic contexts both on the Waim\={a}nalo
884       Plain and beyond.  Excavation of deposits at the coastal fringe
885       of Site 50--80--11--4856, for instance, might help clarify the
886       processes responsible for deposition of charcoal in this active
887       and variable environment at the fringe of traditional Hawaiian
888       settlement on the Waim\={a}nalo Plain.  And certainly, any
889       change in the estimated settlement date of the Hawaiian Islands
890       would have a direct effect on the estimate of the interval
891       between this event and establishment of O18.  If the change
892       in the estimated settlement date were sufficiently large, it
893       might even have an effect on the estimate of when O18 was
894       established.
895 #+end_src
897 ** REJECTED The weaknesses of the present estimates
898     - Settlement dates heavily dependent on dated samples, sample size
899       potentially important in interpretation
900     - Calibration of shell dates, might change a bit, but not much
901     - Layer II represented by a single sample, if shell calibrates a
902       bit older, then the boundary between Layers II and III will change.
903     - The Layer III shell dates are all relatively young and a change
904       in calibration likely won't affect the estimated establishment
905       date
906 #+srcname: evaluation
907 #+begin_src latex 
908   The incorporation into the Bayesian calibration of a stratigraphic
909   model of traditional Hawaiian sites on the Waim\={a}nalo Plain,
910   expressed in inequalities (\ref{eq:1}) and (\ref{eq:4851}) through
911   (\ref{eq:4857}), makes it possible to answer interpretive questions
912   with probabilistic estimates, rather than with guesses or ad hoc
913   arguments.  Among the probabilistic estimates
914   are: \begin{inparaenum}[(i)] \item the ages of archaeological events
915   of interest that could not be dated directly, including first
916   settlement and abandonment of the five site, as well as the upper
917   boundary of Layer III and the lower boundary of Layer II at O18;
918   \item the elapsed time between events,
919   including \begin{inparaenum}[(a)] \item the duration of Layers II,
920   III, and the hiatus between them, \item the lag between settlement
921   of O18 and other sites on the Waim\={a}nalo Plain, and \item the
922   time between first settlement of Hawai`i by Polynesians and
923   establishment of O18; and \end{inparaenum} \item the relative timing
924   of events of interest, such as the first planting of
925   \textit{A. moluccana} in Waim\={a}nalo relative to the establishment
926   of O18.  \end{inparaenum} The ability of Bayesian calibration to
927   yield direct answers to interpretive questions is one of its great
928   strengths.
929   
930   Another strength of the model-based, Bayesian approach to
931   calibration is that new information can be used to augment and
932   refine the results.  For example, a new age determination that is
933   older than others from the same site will push the estimate of site
934   establishment back in time; the Bayesian calibration will indicate
935   directly with probabilistic estimates how much effect the new date
936   has on the regional chronology.  Similarly, refinement of $\Delta R$
937   for Hawai`i might change the calibrated ages of the pearl shell
938   samples by some decades.  Here, the Bayesian calibration will
939   calculate the effect this has on the age of the transition from
940   Layer III to Layer II at O18.  In this way, work on regional
941   chronology can be collaborative, rather than based on arguments over
942   how the ad hoc methods of chronologic hygiene might be applied in a
943   particular instance.
944 #+end_src
946 ** REJECTED Chronometric hygiene is non-scientific.
947     - Although Gak dates are often dismissed, they did no worse than
948       other laboratories did.
949     - It is possible to use dates with large standard deviations: they
950       don't mean much, but there is no intrinsic reason to discard what
951       little information they might hold.
952 #+srcname: hygiene
953 #+begin_src latex 
954       
955 #+end_src
957 ** REJECTED There are no known old sites
958      - Graph of time interval between settlement and site
959        establishment for O18
960      - H1 is late, cite Dye NZJA
961      - Halawa Dune is late, too.
962 #+srcname: hawaii
963 #+begin_src latex 
964        
965 #+end_src
966 * LaTeX postamble
967 #+srcname: latex-ending
968 #+begin_src latex :tangle o18_ao.tex
969 % Comment or uncomment as needed
970 % style=altlist another possibility
971 %\printglossary[type=main, style=tsdlist]
972 %\printglossary[type=hawaiian, style=tsdlist]
973 % \printglossary[type=polynesian, style=tsdlist]
974 % \printglossary[type=gazetteer, style=tsdlist]
975 % \printglossary[type=acronym, style=tsdlist]
976 % \printglossary[type=oldenglish, style=tsdlist]
977 % \printglossary[type=bio, style=tsdlist]
979 \addcontentsline{toc}{section}{Bibliography}
980 \bibliographystyle{chicago}
982 % Comment or uncomment as needed
983 % \bibliography{tsd}
984 \bibliography{tsd,local}
986 \end{document}
988 #+end_src
989 * R code for graphics
991 ** Dated events
992    - A kludge
993    - Put all the csv file names in a table, then edit the table for
994      input to the R function
995 #+srcname: thetas()
996 #+begin_src shell
997 cd r && ls *.csv
998 #+End_src
1000 #+results: thetas
1001 | alpha-2.csv                |
1002 | beta-2.csv                 |
1003 | alpha-3.csv                |
1004 | beta-3.csv                 |
1005   
1006 - thetas is a list inside the function
1008 - run lapply, use string substitution to make variable names, file
1009   names
1011 - need to add cbind() an identifier that can be used to label the plot
1012   and to segregate the plots
1014 #+srcname: dated-events(files = thetas)
1015 #+begin_src R :session :file output_dated_events.png
1016   library(ggplot2)  
1017   make.plot.file <- function(x, y)
1018     {
1019       r <- y
1020       afile <- paste("r/",x,sep="")
1021       anobject <- strsplit(x,".",fixed=TRUE)[[1]][1]
1022       z <- read.csv(file = afile)
1023       z <- cbind(z,label=rep(anobject,dim(z)[1]))
1024       r <- rbind(r, z)
1025       r
1026     }
1027   res <- data.frame(cal.BP=numeric(0),Posterior.probability=numeric(0),label=character(0))
1028   for (f in files[,1]) res <- make.plot.file(f, res)
1029   g <-  ggplot(res, aes(x=1950 + cal.BP, y=Posterior.probability))
1030   png(file="output_dated_events.png",width=168,height=100,unit='mm',res=600)
1031   g + geom_bar(stat='identity') + xlab("Year AD") +
1032   ylab("Probability") + facet_wrap(~ label)
1033   dev.off()
1034 #+end_src
1036 #+results: dated-events
1037 [[file:output_dated_events.png]]
1039 #+srcname: single-date(x = "alpha-4856.csv")
1040 #+begin_src R :session
1041   afile <- paste("r/",x,sep="")
1042   anobject <- strsplit(x,".",fixed=TRUE)[[1]][1]
1043   ofname <- paste(anobject,".pdf",sep="")
1044   z <- read.csv(file = afile)
1045   g <-  ggplot(z, aes(x=1950 + cal.BP, y=Posterior.probability))
1046   g + geom_bar(stat='identity') + xlab("Year AD") +
1047     ylab("Probability")
1048   ggsave(ofname)
1049   ofname
1050 #+end_src
1052 #+results: single-date
1053 : theta-7.pdf
1054 ** Intervals
1055    - This is a kludge that works for a one-off situation
1056    - The shell source shows all the csv files
1057    - Edit the results table to select the files to use as input to the
1058      plotting routine
1059 #+srcname: intervals 
1060 #+begin_src sh
1061 cd r && ls *.csv
1062 #+end_src
1064 #+results: intervals
1065 | alpha-4851-and-alpha-3.csv |
1066 | alpha-4853-and-alpha-3.csv |
1067 | alpha-4856-and-alpha-3.csv |
1068 | alpha-4857-and-alpha-3.csv |
1070 #+srcname: interval-estimates(files = intervals)
1071 #+begin_src R :session :file output_intervals.png
1072   library(ggplot2)
1073   
1074   make.plot.file <- function(x, y)
1075     {
1076       r <- y
1077       afile <- paste("r/",x,sep="")
1078       anobject <- strsplit(x,".",fixed=TRUE)[[1]][1]
1079       z <- read.csv(file = afile)
1080       z <- cbind(z,label=rep(anobject,dim(z)[1]))
1081       r <- rbind(r, z)
1082       r
1083     }
1084   res <- data.frame(cal.BP=numeric(0),Posterior.probability=numeric(0),label=character(0))
1085   for (f in files[,1]) res <- make.plot.file(f, res)
1086   g <-  ggplot(res, aes(x=cal.BP, y=Posterior.probability))
1087   png(file="output_intervals.png",width=168,height=100,unit='mm',res=600)
1088   g + geom_bar(stat='identity') + xlab("Time Interval (Years)") +
1089   ylab("Probability") + facet_wrap(~ label, scales = "fixed")
1090   dev.off()
1091 #+end_src
1093 #+results: interval-estimates
1094 [[file:output_intervals.png]]
1097 ** Regional date graph
1098    - Hard code a complex graphic
1099 #+srcname: r-regional-data
1100 #+begin_src R :session
1101   library(ggplot2)
1102   load(".RData")
1103   a3_gg <- cbind(a3, rep("O18",dim(a3)[1]))
1104   names(a3_gg)[3] <- "name"
1105   a4851 <- read.csv("alpha-4851.csv")
1106   a4851_gg <- cbind(a4851, rep("4851", dim(a4851)[1]))
1107   names(a4851_gg)[3] <- "name"
1108   a4853 <- read.csv("alpha-4853.csv")
1109   a4853_gg <- cbind(a4853, rep("4853", dim(a4853)[1]))
1110   names(a4853_gg)[3] <- "name"
1111   a4856 <- read.csv("alpha-4856.csv")
1112   a4856_gg <- cbind(a4856, rep("4856", dim(a4856)[1]))
1113   names(a4856_gg)[3] <- "name"
1114   a4857 <- read.csv("alpha-4857.csv")
1115   a4857_gg <- cbind(a4857, rep("4857", dim(a4857)[1]))
1116   names(a4857_gg)[3] <- "name"
1117   alpha_gg <- rbind(a3_gg, a4851_gg, a4853_gg, a4856_gg, a4857_gg)
1118 #+end_src
1120 #+results: r-regional-data
1121 | ggplot2   |
1122 | reshape   |
1123 | plyr      |
1124 | grid      |
1125 | proto     |
1126 | stats     |
1127 | graphics  |
1128 | grDevices |
1129 | utils     |
1130 | datasets  |
1131 | methods   |
1132 | base      |
1134 #+srcname: r-regional-plot
1135 #+begin_src R :session
1136   alpha_plot <- ggplot(alpha_gg, aes(x=1950 + cal.BP, y=Posterior.probability))
1137   pdf(file="alpha-regional.pdf", height=3.75, width=7.5)
1138   alpha_plot + geom_bar(stat='identity') + xlab("Year AD") +
1139   ylab("Probability") + facet_wrap(~ name) 
1140 #+end_src
1142 * REJECTED LaTeX article makefile
1143 #+begin_src latex  
1144   <<latex-preamble>>
1145   <<latex-intro>>
1146   <<regional-context>>
1148   <<stratigraphy>>
1149   <<O18-age>>
1150   
1151   <<calibration>>
1153   <<regional-data>>
1154   <<regional-analysis-1>>
1155   <<regional-analysis-2>>
1157   <<conclusion>>
1158   <<prehistory>>
1160   <<latex-ending>>
1161 #+end_src
1162 * REJECTED Post-mortem on earlier data [2/2]
1163 ** DONE Post mortem data
1164 #+srcname: post-mortem-data
1165 #+begin_src latex
1166   \section{Post-mortem on the Early Dates}
1167   \label{sec:post-mortem}
1168     
1169   The Bayesian model described in the previous section can be extended
1170   to incorporate the early age determinations reported by
1171   \citet{pearson71:_bellows} and
1172   \citet{tuggle01:_age_bellow_dune_site_o18}.  The purpose of extending
1173   the model in this way is to compare the chronology produced by the
1174   early age determinations with the one produced by the new age
1175   determinations on short-lived materials.  Thus, it is important that
1176   the model be extended in a way that keeps the two chronologies
1177   separate.  This is accomplished in the BCal software by creating a
1178   separate set of phases for Layers II and III, as if they belonged to a
1179   separate site, and assigning the early age determinations to this
1180   separate set of phases.  This extension to the model can be
1181   represented by a second inequality, (\ref{eq:2}), which establishes
1182   new layer boundaries, indicated by an \textit{o} appended to the subscript,
1183   and includes six of the early age determinations, $\theta_{2, 9-13}$
1184   (table~\ref{tab:early-dates}).  GaK-1819 is clearly an outlier in
1185   Layer II and has been excluded from the analysis.
1186   
1187   \begin{equation}
1188     \label{eq:2}
1189     \phi_2 \geq \alpha_{3o} \geq \theta_{12-13} \geq \beta_{3o} > \alpha_{2o}
1190     \geq \theta_{2, 9-11} \geq \beta_{2o} \geq \phi_1
1191   \end{equation}
1192   
1193   \begin{table}[htb!]
1194     \topcaption{Early O18 age determinations}
1195     \label{tab:early-dates}
1196     \footnotesize
1197     \begin{tabular}{llrrllrr}
1198       \toprule
1199       \textbf{Sample} & \textbf{Material} &
1200       $\mathbf{\delta^{13}}$\textbf{C} &
1201       \multicolumn{1}{c}{\textbf{CRA}} &\multicolumn{1}{c}{\textbf{Age
1202           (\textsc{ad})}} & \multicolumn{1}{c}{\textbf{j}} &
1203       \multicolumn{1}{c}{$\mathbf{P_j}$} &
1204       \multicolumn{1}{c}{$\mathbf{P_{dep}}$} \\
1205       \midrule
1206       \multicolumn{4}{l}{Layer II} \\
1207       GaK-1818 & \alert{unidentified} & -25.0 & 1126 $\pm$ 124 &
1208       1070--1229 &
1209       $\theta_2$  & 0.19 & 0.00002 \\
1210       GaK-1819 & \alert{unidentified} & -25.0 & \alert{1616 $\pm$ 96} & \multicolumn{1}{c}{---} &
1211       \multicolumn{1}{c}{---} & \multicolumn{1}{c}{---} \\
1212       Beta-20852a & \alert{unidentified} & -24.1 & 720 $\pm$ 130 & 1120--1309 &
1213       $\theta_9$ & 0.08 & 0.0002\\
1214       Beta-20852b & \textit{A. moluccana} nutshell & -26.4 & 1330 $\pm$
1215       230 & 1080--1259
1216       & $\theta_{10}$ & 0.20 & 0.0001\\
1217       GaK-1816 & \alert{unidentified} & -25.0 & 716 $\pm$ 129 & 1120--1309 &
1218       $\theta_{11}$ & 0.09 & 0.00008\\
1219       \addlinespace
1220       \multicolumn{4}{l}{Layer III} \\
1221       GaK-1817 & \alert{unidentified} & -25.0 & 1046 $\pm$ 115 & 870--1019 & 
1222       $\theta_{12}$ & 0.06 & 0.12 \\
1223       GaK-1820 & \alert{unidentified} & -25.0  & \alert{modern} & \multicolumn{1}{c}{---} &
1224       \multicolumn{1}{c}{---} & \multicolumn{1}{c}{---} & \multicolumn{1}{c}{---} \\
1225       Beta-20853 & \alert{unidentified} & -25.0 & 1070 $\pm$ 370 &
1226       850--1019 &
1227       $\theta_{13}$ & 0.04 & 0.12 \\
1228       ANU-6179 & \alert{unidentified} & -24.8 & \alert{modern} & \multicolumn{1}{c}{---} &
1229       \multicolumn{1}{c}{---} & \multicolumn{1}{c}{---} & \multicolumn{1}{c}{---} \\
1230       ANU-7027 & \textit{Cocos nucifera} & -23.1 & \alert{120 $\pm$ 132}
1231       & \multicolumn{1}{c}{---} 
1232       & \multicolumn{1}{c}{---} & \multicolumn{1}{c}{---} & \multicolumn{1}{c}{---} \\
1233       \bottomrule
1234     \end{tabular} 
1235     \end{table}
1236 #+end_src
1238 ** DONE Post mortem results
1239 #+srcname: post-mortem-results
1240 #+begin_src latex
1241   The Bayesian calibration of the early age determinations yields layer
1242   boundaries that correspond fairly closely to those proposed by
1243   \citet{tuggle01:_age_bellow_dune_site_o18}.  According to this
1244   analysis: the site was established sometime shortly after initial
1245   settlement of the islands, \textsc{ad} 800--949, a range that is
1246   influenced strongly by the constraints imposed by $\phi_2$; the hiatus
1247   between Layers III and II began in \textsc{ad} 900--1069 and ended
1248   when Layer II began to be deposited in \textsc{ad} 990--1169; and the
1249   site was abandoned in \textsc{ad} 1160--1399.%   In this case, it
1250   % appears that the ad hoc methods of ``chronological hygiene'' yielded
1251   % relatively reasonable results.
1252   
1253   A potentially more interesting question has to do with the
1254   probabilities that the early age determinations date events that
1255   took place within the period of time represented by the
1256   stratigraphic layers from which they were collected, as these are
1257   estimated by the Bayesian calibration of short-lived materials as
1258   represented by inequality (\ref{eq:1}).  These probabilities are
1259   shown in the column, $P_{dep}$ of table~\ref{tab:early-dates} where
1260   it can be seen that all four of the Layer II age determinations have
1261   vanishingly small probabilities of representing events that took
1262   place while that layer was being deposited.  The two Layer III age
1263   determinations have somewhat larger, but equally low probabilities
1264   of belonging to that layer.  In all cases, the age determinations
1265   are too old.
1266   
1267   In the cases of two Layer III dates on unidentified wood, GaK-1817 and
1268   Beta-20853, the most likely culprit is in-built age.  Both of these
1269   dates are about 200 years older than the early date on
1270   \textit{D. viscosa} (see table~\ref{tab:calibration}).
1271   \citet{dye00:_effec} has shown that controlling for in-built age
1272   yields age estimates that are, on average, about 100 years younger
1273   than age estimates on samples that don't control for in-built age.
1274   Discrepancies of 200 years are well within the range of potential
1275   in-built ages.  The three other Layer III dates, GaK-1820, ANU-6179,
1276   and ANU-7027 do not differ statistically from the modern standard.
1277   Deposition of Layer III ended sometime in the late sixteenth or
1278   seventeenth centuries, so these three dates are all more than 250
1279   years too young for their stratigraphic positions.  It seems unlikely
1280   that modern material could have made its way down through the fairly
1281   complex site stratigraphy to the base of the section, so problems of
1282   context are unlikely \textit{a priori}.  In practical terms, this
1283   leaves some type of laboratory error as the likely culprit, where
1284   laboratory error is interpreted broadly to include both the
1285   archaeological and dating laboratories.
1286   
1287   The Layer II age determinations are all older than the period during
1288   which the layer was deposited.  Two of the dates on unidentified
1289   wood charcoal, Beta-20852a and GaK-1816, are about 200 years too old
1290   and, like the Layer III samples, might be reasonably interpreted as
1291   old wood.  The other three age estimates, two on unidentified wood
1292   charcoal and a third on \textit{A. moluccana} nutshell, are very old
1293   for their stratigraphic positions.  Although the two estimates on
1294   unidentified wood charcoal might represent rather extreme examples
1295   of in-built age, perhaps because they are pieces of driftwood, the
1296   old age estimate on the short-lived nutshell sample suggests that
1297   other factors might be active.  It is tempting to suggest that all
1298   of these samples derived from Layer III, but they are each quite a
1299   bit older than the early Layer III date on \textit{D. viscosa}, so
1300   this possibility seems unlikely.  One is thrown back on laboratory
1301   error or the possibility that remnants of a deposit older than Layer
1302   III exposed material that was somehow redeposited in Layer II.
1303   Although this scenario might seem rather far-fetched, it is
1304   certainly within the realm of depositional processes at this coastal
1305   location on the fringe of traditional Hawaiian settlement.
1306 #+end_src
1307 * Spell check
1308  LocalWords:  LaTeX src ao tex noweb srcname documentclass tsdarticle Pantaleo
1309  LocalWords:  maketitle uncomment altlist printglossary tsdlist hawaiian toc rc
1310  LocalWords:  polynesian oldenglish addcontentsline bibliographystyle chicago
1311  LocalWords:  tsd citep pearson citet tuggle kirch Spriggs hoc Hawai Waim nalo
1312  LocalWords:  htb includegraphics Puh archaeol resear propos devel desilets gg
1313  LocalWords:  Keolu strat mortem
1314 * Notes
1315 ** DONE Get reference for 2009 calibration curves
1316 ** The current calibration
1317    - copy of bellows region aug
1318    - note that theta numbers do not match with paper
1319 ** DONE Correct footnotes in regional 14C table
1320 ** DONE Check all date range estimates
1321 ** DONE Regenerate graphs
1322 ** DONE Add pearl shells from project 40 to the BCal analysis
1323    - 380 208588 Pteriidae shell <0.1 630􏰂40 -0.1 ad 1682–1846 
1324    - 368 208587 Pteriidae shell <0.1 630􏰂40 -2.7 ad 1682–1846 
1326 ** DONE Get 95% and 67% hpd regions from BCal, put them in text
1327 ** DONE Calculate 67% hpd region for interval between alpha 2 and beta 2
1328 ** DONE Check date list for 4856
1329 ** DONE Make argument for pearl shell being a suitable dating material.
1330 ** DONE Full information for Beta-200230
1331 [2010-01-31 Sun]
1333 ** DONE Reference for Kirch and McCoy's re-dating of Halawa Dune site
1335 ** DONE Spriggs and Anderson argument against Gak dates
1336 ** Renumber \theta [28/28]
1337    - [X] 45 -> 2
1338    - [X] 15 -> 9
1339    - [X] 14 -> 10
1340    - [X] 46 -> 11
1341    - [X] 31 -> 12
1342    - [X] 30 -> 13
1343    - [X] 29 -> 14
1344    - [X] 28 -> 15
1345    - [X] 47 -> 28
1346    - [X] 48 -> 29
1347    - [X] 49 -> 30
1348    - [X] 32 -> 31
1349    - [X] 33 -> 32
1350    - [X] 34 -> 33
1351    - [X] 35 -> 34
1352    - [X] 36 -> 35
1353    - [X] 37 -> 36
1354    - [X] 38 -> 37
1355    - [X] 39 -> 38
1356    - [X] 40 -> 39
1357    - [X] 41 -> 40
1358    - [X] 44 -> 41
1359    - [X] 43 -> 44
1360    - [X] 44 -> 43, then added to pearl shell dates from project 40
1361    - [X] 40 -> 44
1362    - [X] 41 -> 43
1363    - [X] 42 -> 44
1364    - [X] 43 -> 45
1365 * Changes to Page Proofs
1366 ** Page 113, column a, note
1367    - change "jeffrey.pantaleo.ctr@hickam.af.mil" to "jpanta4149@aol.com"
1368 ** Page 115, Table 1
1369    - Column *j*, all numbers following thetas should be subscripts,
1370      \theta_1, \theta_2, etc.
1371    - Column head *Pj1*, the j1 should be subscript to the P, *P_{j1}*
1372    - Column head *Pj2*, the j2 should be subscript to the P, *P_{j2}*
1373 ** Page 115, column b, line 2
1374    - Change "The single sample from Layer II is wood charcoal" to "The
1375      single wood charcoal sample from Layer II is"
1376 ** Page 117, column a, inequalities (2), (3), (4), and (5)
1377    - Need subscripts for all the greek letters,
1378      e.g. \alpha 4851\geq\theta 9-11\geq\beta 4851 should be \alpha_{4851}\geq\theta_{9-11}\geq\beta_{4851}
1379 ** Page 119, column a, inequality (6)
1380    - Need subscripts, like so, \phi_2 \geq \theta_{46} \geq \phi_1