海洋所研究揭示過(guò)去7千年以來(lái)華南人類(lèi)活動(dòng)歷史
近日,國(guó)際地學(xué)期刊Quaternary Science Reviews《第四紀(jì)科學(xué)評(píng)論》在線(xiàn)發(fā)表了中國(guó)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(guò)去7千年以來(lái)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(lèi)活動(dòng)(農(nóng)業(yè)、冶金等)在約2.9?2千年前逐漸超過(guò)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(lèi)文明的發(fā)展,人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地球表層系統(tǒng)的影響不斷增強(qiáng),引發(fā)了關(guān)于“人類(lèi)世”的討論。盡管人類(lèi)世的提案最近被否決,但是并沒(méi)有否認(rèn)人類(lèi)世的核心——人類(lèi)活動(dòng)對(duì)地球已經(jīng)產(chǎn)生巨大影響。人類(lèi)活動(dòng)作為一種地質(zhì)營(yíng)力,何時(shí)開(kāi)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(lèi)文明發(fā)展進(jìn)程來(lái)具體分析。我國(guó)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(lèi)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(zhǎng)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(lèi)文明發(fā)展對(duì)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(guò)渡地帶,是華南陸源物質(zhì)的重要沉積匯,是從??搓憽⒅亟ㄈA南地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)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(guò)對(duì)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(lái)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(lèi)活動(dòng)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(lái)華南植被組成和火活動(dòng)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(duì)C3的比例整體略微減少,這伴隨著中全新世以來(lái)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(lèi)大規(guī)模的C3森林砍伐和焚燒。2.0 ka BP以來(lái),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(shì)解耦,表明人類(lèi)活動(dòng)對(duì)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(zhǎng)及人類(lèi)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(shì),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(lái),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(shì)相悖,與溫度、降水解耦,而與人類(lèi)活動(dòng)的增強(qiáng)一致,表明人類(lèi)活動(dòng)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(dòng)、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(lái)源和人為來(lái)源重金屬,進(jìn)而重建了人類(lèi)活動(dòng)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(lái)自巖石自然風(fēng)化。2.0 ka BP以來(lái),人為重金屬排放日益增加,推測(cè)與鐵器時(shí)代以來(lái)的開(kāi)采、冶煉活動(dòng)有關(guān)。
綜合對(duì)比多指標(biāo)沉積記錄與考古、歷史資料,華南地區(qū)人類(lèi)活動(dòng)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(lái)源,營(yíng)采集漁獵生產(chǎn)方式的古人類(lèi)對(duì)自然環(huán)境多為被動(dòng)響應(yīng),對(duì)環(huán)境的影響很小;過(guò)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(lèi)開(kāi)始以刀耕火種的方式進(jìn)行大面積的毀林開(kāi)荒,改變了植被組成和火活動(dòng)的自然規(guī)律;集約化農(nóng)業(yè)時(shí)代(2.0 ka BP以來(lái)),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(lèi)活動(dòng)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(lái)華南地區(qū)高分辨率的自然環(huán)境與人類(lèi)活動(dòng)相互作用的歷史,將人類(lèi)活動(dòng)的影響從環(huán)境因素中區(qū)分出來(lái),彌補(bǔ)了華南區(qū)域性記錄稀缺、考古記錄不連續(xù)的問(wèn)題,并通過(guò)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(lèi)世開(kāi)始的時(shí)間約為2?3 ka BP,為區(qū)域人類(lèi)世的劃分提供了重要的海洋證據(jù)。

圖2?過(guò)去7千年以來(lái)華南植被組成演化與氣候變化、人類(lèi)文明發(fā)展對(duì)比

圖3?過(guò)去7千年以來(lái)華南化學(xué)風(fēng)化、重金屬排放與氣候變化、人類(lèi)文明發(fā)展進(jìn)程對(duì)比

圖4?過(guò)去7千年以來(lái)華南人類(lèi)活動(dòng)歷史演化模式
論文第一作者為中國(guó)科學(xué)院海洋研究所博士研究生鞠夢(mèng)珊,通訊作者為海洋所萬(wàn)世明研究員。研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專(zhuān)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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