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现代人类通过古老的鸟羽超火山喷发而茁壮成长

发布时间:2018-05-14 浏览次数:12

该研究小组在南非Pinnacle Point挖掘洞穴近20年。来自多巴山的玻璃碎片在PP5-6地点发现。图片来源:Erich Fisher。

想象一下在非洲的一年,那个夏天永远不会到来。白天在白天呈灰色,晚上呈红色。花不开花。树木在冬季死亡。像羚羊这样的大型哺乳动物变得瘦弱,饥饿,并为依赖它们的掠食者(食肉动物和猎人)提供少量脂肪。然后,同样令人沮丧的周期会年复一年地重演。这张照片描绘了大约74,000年前印度尼西亚的多巴山火山爆发后的地球生命。在本周发表在“自然”杂志上的一篇论文中,科学家们表明,南非海岸的早期现代人类通过这一事件获得了蓬勃发展。

1815年比Toba山小一百倍的喷发 - 也是印度尼西亚的Tambora山 - 在1816年被认为是造成一年没有夏季的一年。对人口的影响是可怕的 - 欧亚大陆和北美的作物歉收,饥荒和大规模迁徙。 Toba山是一个超级火山,它甚至可以超越过去的更深的黄石爆发,对世界各地的人们会产生更大和更长的影响。

仅此一次降灰的规模就证明了环境灾难的严重程度。大量注入大气的气溶胶会严重降低阳光 - 估计光线减少25-90%。在这些条件下,植物的死亡是可以预测的,并且在Toba喷发之后东非有明显的干燥,野火和植物群落变化的证据。

图1:VBB和PP5-6及其与其他YTT研究地点的关系。 a,VBB和PP5-6相对于Toba火山口和其他发现YTT灰分的地点的位置。 b,PP5-6地层序列的示意图,显示了主要的沉积变化。 c,PP5-6的综合视图,显示了沉积物堆栈在悬崖前的发展过程,以及它与“长段”开挖区域的关系。 BBCSR,棕色和黑色致密砂和屋脊; DBCS,深棕色压实砂; OBS,橙棕色沙子; RBSR,红棕色沙和屋顶;; SGS,灰白色沙粒; YBS,黄棕色沙子; YBSR,淡黄色的沙子和屋脊。 Eugene I.Smith等,Nature,2018; doi:10.1038 / nature25967

如果坦博拉山在一整年内造成如此巨大的破坏 - 而坦博拉与鸟羽相比则是一场呃逆 - 我们可以想象一场全球性灾难与鸟羽喷发,持续数年,并将生命推向灭绝的边缘。

在印度尼西亚,破坏的根源对于害怕的证人来说是显而易见的 - 就在他们去世之前。然而,作为74000年前非洲的一个狩猎采集家庭,你不可能知道天气突然发生破坏性变化的原因。饥荒和非常年轻的死亡。你的社会群体遭到破坏,你的社会正处于崩溃的边缘。

Toba喷发的影响肯定会对一些生态系统造成的影响比其他生态系统的影响更大,可能会创造出所谓的“避难所” - 其中一些人群在整个事件中的表现都优于其他人。无论您的团队是否居住在这样的避难所,在很大程度上都取决于可用资源的类型。像贝类这样的海岸资源比内陆地区的植物和动物具有高营养和不易受喷发的影响。

当火焰,烟雾和碎片柱喷出多巴山顶部时,它会喷出玻璃的岩石,气体和微小碎片(隐形图案),在显微镜下,当玻璃破裂时会产生一种特征性的钩形。这些看不见的碎片流入大气,传播到世界各地。

希腊美国古典研究学院马尔科姆H.维纳考古学科学实验室主任Panagiotis(Takis)Karkanas在显微镜下看到了一片由树脂包裹的考古沉积物的碎片。

图2:PP5-6处的YTT等时线位置。左边,现在的PP5-6年龄模型使用OSC年龄段的OxCal v.4.2开发。显示个别OSL年龄与他们的标准错误。地层集合之间的模拟边界使用95.4%置信区间表示,而连续年龄模型以68%置信区间表示。正确的是,LBSR-ALBS和ALBS-SADBS联系人的详细信息,包括YTT玻璃碎片在整个序列中对所有碎片样本横断面的​​分布情况。碎片计数是通过计算每个样品在沿着每条横断线的最低地层亚细集体接触之上的相对高度来编辑的,以补偿横截面上的横向地形变化。 YTT等时线在ALBS Conrad Sand中被识别。千年,千年; BAS,黑灰沙。 Eugene I.Smith等,Nature,2018; doi:10.1038 / nature25967

“这是我正在研究的数百万其他矿物颗粒中的一个碎片颗粒。但它在那里,它不可能是别的,“Karkanas说。

这块碎片来自位于南非南海岸莫塞尔湾镇附近的一个名为Pinnacle Point 5-6的岩石堆的考古遗址。这些沉积物可以追溯到大约74,000年前。

“Takis和我曾经讨论过在我们考古遗址的沉积物中发现鸟羽碎片的潜力,他用他的鹰眼发现了它,”Pinnacle Point挖掘项目总监Curtis W. Marean解释道。马雷恩是亚利桑那州立大学人类起源研究所的副主任和南非纳尔逊曼德拉大学沿海古生物学中心的名誉教授。

马雷安向内华达大学拉斯维加斯大学的火山学家尤金史密斯展示了碎片图像,史密斯证实这是一片火山碎片。

史密斯说:“尖峰学习研究让我回到40年前我的硕士论文研究玻璃碎片的研究中。

在研究的早期,该团队带来了专家cryptotephra科学家克里斯汀莱恩谁培训研究生琥珀Ciravolo所需的技术。 Racheal Johnsen后来加入Ciravalo担任实验室经理并开发新技术。

从零开始,在国家科学基金会的支持下,他们开发了Cryptotephra考古和地质研究实验室,该实验室现在不仅在非洲,而且在意大利,内华达和犹他州参与项目。

包裹在火山玻璃碎片中的是一种独特的化学特征,科学家可以用它来追踪凶手爆发的指纹。该团队在Nature的论文中描述了在南非沿海的两个考古遗址中发现这些碎片,并通过化学指纹图谱将这些碎片追踪到鸟羽,并记录了整个火山事件中持续的人类占领情况。

“以前的许多研究都试图检验Toba摧毁人群的假说,”Marean指出。 “但他们失败了,因为他们无法提供将人类职业与事件的确切时刻联系起来的明确证据。”

大多数研究都考察了鸟羽是否会造成环境变化。它的确如此,但这样的研究缺乏展示Toba如何影响人类所需的考古数据。

Pinnacle Point团队一直处于高度考古技术发展和应用的前沿。他们利用“全站仪”测量现场的所有信息,精度达到毫米级,这是一种集成到手持式计算机中的激光测量设备,可实现精确无误的记录。

德克萨斯大学阿灵顿分校的纳奥米克莱格霍恩在他们被移除的时候记录了尖峰点样本。

Cleghorn解释说:“我们收集了一长串样本 - 从我们以前的挖掘墙上挖出少量沉积物。每次我们收集样品时,我们都会在全站仪上拍摄它的位置。“

图3:VBB的碎片分布,OSL日期和人造事件图作为复合数字剖面。 a,VBB现场地层学和3D绘制的数字校正地层照片上的文物。 b,数字校正地层照片上的碎片分布。 c,VBB沙丘沉积物的复合数字剖面图,显示了南北地质沟槽中堆积的地层剖面,以及附近考古发掘中的东西方地层剖面。 OSL约会样本用黑白点表示。 Eugene I.Smith等,Nature,2018; doi:10.1038 / nature25967

来自全站仪的样本位置以及代表古代居民的石制品,骨骼和其他文化遗迹的数千个其他点被用来构建该网站的数字模型。

“这些模型告诉了我们很多关于人们在现场生活的方式以及他们的活动如何随着时间而改变,”人类起源研究所的副研究科学家Erich Fisher说,他从数据中构建了详细的逼真3D模型。 “我们发现,在鸟羽喷发期间和之后,人们一直住在现场,没有证据表明它影响了他们的日常生活。”

除了了解Toba如何影响该地区的人类之外,该研究还对考古测定技术有着其他重要影响。在这些年龄段的考古日期是不准确的 - 10%(或1000年)的错误是典型的。不过,Toba ash-fall是一个非常快速的事件,已经过时了。碎片沉积的时间可能是大约两周的时间 - 在地质学上是瞬时的。

“我们在两处发现了碎片,”Marean解释说。 “Pinnacle Point在人们生活,吃饭,工作和睡觉的地方刮起了一道阴影,还有一个10公里外的叫做Vleesbaai的露天场所。后一个地点是一群人,可能是与Pinnacle Point的同一组的成员,坐在一个小圆圈内,并制作石器。在两个站点找到碎片让我们能够在几乎同一时间将这两条记录链接起来。“

不仅如此,还有碎片的位置允许科学家提供由其他技术估计的场地年龄的独立测试。从9万到5万年前,人们住在尖峰点5-6站点。澳大利亚卧龙岗大学的Zenobia Jacobs使用光刺激发光(OSL)测量了90个样品,并开发了所有层的年龄模型。 OSL的日期是单个沙粒最后一次暴露在光下的时间

“关于OSL约会的准确性一直存在一些争议,但是Jacobs的年龄模型记录了我们在约74,000年前发现Toba碎片的层次 - 正确的金钱,”Marean说。这对Jacobs对OSL约会的尖端方法提供了非常强有力的支持,她已经将这种方法应用于南部非洲和世界各地。

“OSL约会是我们自己历史很大一部分时间线建设的主要方法。测试时钟是否以正确的速率滴答是重要的。所以得到这样的确认是令人愉快的,“Jacobs说。

在20世纪90年代,科学家们开始争辩说,这次喷发多巴山是过去200万年来最强大的一次,造成了长期的火山冬季,可能已经破坏了世界的生态系统并造成了大范围的人口崩溃,甚至可能甚至近在咫尺在我们自己的血统中发生的事件,即所谓的瓶颈。

这项研究表明,沿着非洲南部食物丰富的海岸线,人们通过这次大爆发而兴旺起来,这可能是因为这条海岸线上独特丰富的食物制度。现在,其他研究团队可以采用这项研究中开发的新方法并将其应用到非洲其他地区,以便研究人员可以看到这是否是唯一一个通过这些破坏性时代进行研究的人群。

出版物:Eugene I. Smith等人,“74,000年前通过鸟羽喷发在南非兴盛的人类”,自然,2018年; DOI:10.1038 / nature25967

来源:亚利桑那州立大学Julie Russ


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