海洋所研究揭示過去7千年以來華南人類活動歷史
近日,國際地學(xué)期刊Quaternary Science Reviews《第四紀(jì)科學(xué)評論》在線發(fā)表了中國科學(xué)院海洋研究所和倫敦大學(xué)學(xué)院等單位合作的最新研究成果。研究團(tuán)隊(duì)基于南海西北部陸架沉積記錄,重建了過去7千年以來珠江流域植被組成、化學(xué)風(fēng)化和重金屬排放歷史,發(fā)現(xiàn)人類活動(農(nóng)業(yè)、冶金等)在約2.9?2千年前逐漸超過氣候變化成為華南流域風(fēng)化剝蝕和植被演化的主控因素。
隨著人類文明的發(fā)展,人類活動對地球表層系統(tǒng)的影響不斷增強(qiáng),引發(fā)了關(guān)于“人類世”的討論。盡管人類世的提案最近被否決,但是并沒有否認(rèn)人類世的核心——人類活動對地球已經(jīng)產(chǎn)生巨大影響。人類活動作為一種地質(zhì)營力,何時(shí)開始及如何顯著影響地球表層系統(tǒng)存在極大的區(qū)域差異性,需要結(jié)合不同區(qū)域的自然環(huán)境變化和人類文明發(fā)展進(jìn)程來具體分析。我國華南地區(qū)由于南嶺的阻隔和獨(dú)特的氣候、地貌、生態(tài)特征,人類文明的發(fā)展與中原和北方地區(qū)有顯著差異,而考古學(xué)研究一直以長江、黃河等流域?yàn)橹匦?,珠江流域的相關(guān)資料不夠豐富,缺乏系統(tǒng)性研究,因此采用海洋沉積記錄與考古資料相結(jié)合的方式能夠更好地重建華南地區(qū)人類文明發(fā)展對自然環(huán)境的影響。南海西北部陸架作為陸地和海洋之間的過渡地帶,是華南陸源物質(zhì)的重要沉積匯,是從??搓?、重建華南地區(qū)人類活動歷史的天然檔案。

圖1?研究區(qū)地質(zhì)背景和研究站位圖
本研究基于南海西北部陸架ZK001巖心的連續(xù)、高分辨率沉積記錄,在粘土礦物和Sr-Nd同位素組成約束物源的基礎(chǔ)上,通過對黑碳含量和碳同位素組成、常微量元素、粘土礦物、粒度等指標(biāo)的分析,重建了7.0 ka BP以來珠江流域植被組成、化學(xué)風(fēng)化和重金屬排放歷史,并綜合前人的相關(guān)研究,系統(tǒng)揭示了中晚全新世華南地區(qū)自然環(huán)境與人類活動相互作用的歷史及機(jī)制。
沉積物黑碳δ13C被用于重建7.0 ka BP以來華南植被組成和火活動的演化歷史。結(jié)果表明,7.0?2.9 ka BP,生物燃料以C3植物為主,與以原始森林為主的區(qū)域植被組成一致,并且C4相對C3的比例整體略微減少,這伴隨著中全新世以來降溫和夏季風(fēng)減弱,暗示氣候變化是此期間華南植被演化的主要因素。2.9?2.0 ka BP,黑碳δ13C顯著負(fù)偏,不再與氣候變化耦合,同時(shí)流域內(nèi)喬木比例大幅度減小,指示了人類大規(guī)模的C3森林砍伐和焚燒。2.0 ka BP以來,黑碳δ13C逐漸偏正,指示燃料中C4植物比例的增加,與夏季風(fēng)減弱的趨勢解耦,表明人類活動對區(qū)域植被的影響已超越氣候變化的控制。森林砍伐后草本優(yōu)先生長及人類大規(guī)模種植甘蔗等C4植物,造成了華南C4植物比例的增加。
基于風(fēng)化指標(biāo)CIA、K/Al、高嶺石/伊利石比值,重建了沉積物源區(qū)的化學(xué)風(fēng)化歷史。7.0?2.9 ka BP期間,華南地區(qū)化學(xué)風(fēng)化整體呈現(xiàn)減弱的趨勢,與東亞季風(fēng)區(qū)氣候變化耦合,表明溫度降低、降水減少是風(fēng)化強(qiáng)度減弱的主要原因。2.9 ka BP以來,化學(xué)風(fēng)化強(qiáng)度異常增強(qiáng),與東亞季風(fēng)減弱的趨勢相悖,與溫度、降水解耦,而與人類活動的增強(qiáng)一致,表明人類活動的影響超越了自然控制,成為化學(xué)風(fēng)化的主導(dǎo)因素。農(nóng)業(yè)發(fā)展造成的土壤擾動、水土流失、淋濾增強(qiáng)等可能是化學(xué)風(fēng)化增強(qiáng)的重要原因。此外,基于重金屬富集因子,區(qū)分了沉積物中自然來源和人為來源重金屬,進(jìn)而重建了人類活動引起的重金屬排放歷史。7.0?2.0 ka BP,研究區(qū)的重金屬含量接近背景值,主要來自巖石自然風(fēng)化。2.0 ka BP以來,人為重金屬排放日益增加,推測與鐵器時(shí)代以來的開采、冶煉活動有關(guān)。
綜合對比多指標(biāo)沉積記錄與考古、歷史資料,華南地區(qū)人類活動的歷史可劃分為三個(gè)階段:采集漁獵時(shí)代(7.0?2.9 ka BP),植被組成和化學(xué)風(fēng)化受氣候控制,重金屬主要是自然來源,營采集漁獵生產(chǎn)方式的古人類對自然環(huán)境多為被動響應(yīng),對環(huán)境的影響很?。贿^渡時(shí)期(2.9?2.0 ka BP),在氣候變化和人口壓力增加的共同作用下,生計(jì)方式逐漸由采集漁獵向農(nóng)耕經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變,人類開始以刀耕火種的方式進(jìn)行大面積的毀林開荒,改變了植被組成和火活動的自然規(guī)律;集約化農(nóng)業(yè)時(shí)代(2.0 ka BP以來),隨著人口增加和技術(shù)進(jìn)步,森林砍伐、耕種、金屬冶鑄等人類活動逐漸超越自然影響,成為區(qū)域植被組成、火事件、化學(xué)風(fēng)化和重金屬排放的主導(dǎo)因素。
本研究重建了7千年以來華南地區(qū)高分辨率的自然環(huán)境與人類活動相互作用的歷史,將人類活動的影響從環(huán)境因素中區(qū)分出來,彌補(bǔ)了華南區(qū)域性記錄稀缺、考古記錄不連續(xù)的問題,并通過系統(tǒng)總結(jié)珠江流域地質(zhì)記錄與考古、歷史記載,提出華南地區(qū)人類世開始的時(shí)間約為2?3 ka BP,為區(qū)域人類世的劃分提供了重要的海洋證據(jù)。

圖2?過去7千年以來華南植被組成演化與氣候變化、人類文明發(fā)展對比

圖3?過去7千年以來華南化學(xué)風(fēng)化、重金屬排放與氣候變化、人類文明發(fā)展進(jìn)程對比

圖4?過去7千年以來華南人類活動歷史演化模式
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士研究生鞠夢珊,通訊作者為海洋所萬世明研究員。研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)等支持。
論文信息:
Mengshan Ju, Shiming Wan*, Peter D. Clift, Wenqiang Pei, Dongfeng Jiao, Jin Zhang, Wenjun Jiao, Debo Zhao, Zhaojie Yu, Zehua Song, Anchun Li, 2024. History of human activity in South China since 7 cal ka BP: Evidence from a sediment record in the South China Sea. Quaternary Science Reviews, DOI: 10.1016/j.quascirev.2024.108683
原文鏈接:https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S0277379124001847
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