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快意乘風海上來,人潮翻涌10萬年

2023-12-14 09:30徐靜玥
化石 2023年4期
關鍵詞:距今古人類海平面

徐靜玥

人類自誕生伊始,既在適應不斷變化的生態環境,同時又在持續滿足本心的內在好奇,他們對未知世界的探索和認知從未停止。15世紀前歐洲人曾認為世界就像一個圓盤,圓盤外則是無盡深淵般的海洋,是不可到達之地,但商路阻隔迫使他們探索地球,催生了航海的技術發展,新航路的開辟成為激動人心的景象。然而,早在距今12.8萬年到1.1萬年前的晚更新世,我們的直系祖先現代人(學名:智人Homo sapiens)就已涉足這些“不可到達之地”,完成對各個大陸的“解鎖”,實現了全球范圍的散布。也許正是這種不斷求索且生生不息的精神,使人類得以戰勝種種挑戰,延續至今并創造了輝煌燦爛的歷史。持續十萬年的冒險奠定了我們當今在全世界分布的基礎,是我們對于未知世界的不懈探索?;乜催@段故事,一切也許要追溯到宇宙中的那顆始終不斷運動著的蔚藍星球,星球上冰消冰長,潮起潮落,滄海桑田,一支族群從茫茫稀樹草原翻山越海開始他們的征程。

星空中的“華爾茲”

地球上一切生命的歷史都是地球史的一部分,人類的故事也不例外,因此了解現代人的全球遷徙歷史,我們也不得不先將目光投向這顆星球。浩瀚奇幻的宇宙是數以億計的行星與其他天體的舞臺,地球也在這片巨幕下不知疲倦地跳躍著華爾茲,引力在天體之間相互作用,勾起地球步調的變化。一個微小的顫動足以引起地質時間中漫長的回聲,并對地球上的氣候變化產生重要的影響,第四紀冰期與間冰期的旋回也與地球運動軌道的微妙變動有著密切關系。前南斯拉夫氣候學家米蘭科維奇(M.Milankovitch)就為這天文與地質間微妙聯系而驚奇,他關注到地球運行軌道的三個主要要素:地軸傾斜度(Obliquity or Axial tilt),偏心率(Eccentricity)和歲差(Precession),三要素的協同變化引起了全球氣候的改變。

地球軌道三要素(圖源網絡)

我們都知道地球時刻在圍繞著太陽公轉,同時也不斷繞著地軸自轉。地軸傾斜度(Obliquity or Axial tilt)指的就是地球公轉軌道面和地軸之間的傾角(見54頁圖-a)。傾角的變化會導致日照量的變化,也就是地球從太陽那里獲得的熱量發生變化。當傾角較大時,北半球夏季接收到的太陽輻射量就多,氣候更加濕熱。地軸傾角的變化范圍是21.5°~24.5°,變化周期約為4萬1千年。

地球繞著太陽轉動的軌道其實是橢圓形,并且在不斷發生著變化。所謂偏心率(Eccentricity)即描述了地球繞太陽運行軌道的離心程度,也就是地球運行的軌道是傾向于橢圓還是更傾向于圓形(見54頁圖-b),結合地軸傾角的變化影響著日照量的變化幅度,當偏心率較大時,地球運動的軌跡就更偏橢圓,離太陽較遠,導致夏季較涼爽,冬季較寒冷,容易引發冰期。相反,當偏心率較小時,地球接近太陽,導致季節變化不太明顯,有利于間冰期的發展。偏心率的變化范圍是0.005~0.0607,周期約為10萬年和41萬3千年。

地球在跳著自轉和公轉這場華爾茲的同時自身也在有節奏地顫動,引起地球自轉軸在公轉過程中的變化,這就是歲差,也就是季節進動(Precession),它控制到太陽的距離和季節變化(日照量的季節變化),決定近日點何季出現(見54頁圖-c),并受到偏心率的調控。地球的進動會影響季節的開始和結束時間。當進動改變時,季節的時長和強度也會發生變化,進而影響冰期和間冰期的交替。

軌道三要素影響地球接收到的太陽輻射量在全球的分配情況,進而影響到氣候的變化。米蘭柯維奇理論認為北半球高緯度地帶是對地球運動所帶來的變化高度敏感的地區,這個地區會將其接收到的氣候信息傳遞給地球的其他區域,例如當北半球高緯地區夏季太陽輻射量較低時則夏季溫度較低,兩極海冰融化少,反射更多的太陽光,熱量吸收少,低溫迅速傳導到其他地區。經過計算,他指出北緯65°夏季太陽輻射變化是驅動第四紀冰期間冰期的主要因素。

“亞馬遜熱帶雨林的一只蝴蝶震動一下翅膀,可以在兩周后引起美國得克薩斯州的一場颶風”,地球軌道數據上的每一點細微變化都將引起全球氣候的整體改變,這樣的“蝴蝶效應”在漫長的地質時間中不斷發生,對地球上所有生靈的演化與遷徙造成了重大影響。彼時這顆宇宙中往復運轉了46億年的藍色行星還不知道一個物種的故事在此處悄然發生改變。

深海氧同位素第5-3階段(MIS5~MIS3):十萬年滄海桑田

地球從未停止運行,而進入第四紀時期后,冰期、間冰期的多次交替和冰川的發展以及在這一背景下人類的演化和擴散,無一不在昭示著軌道因素對地球氣候的影響。根據米蘭科維奇理論,科學家可以推算:當地軸傾斜度最小、北半球夏季處于遠日點及偏心率相對較高時,地球氣候將進入冰期。而第四紀冰期間冰期交替變化造成的全球性氣候變化無疑影響著古人類的生存和演化,在冰后期更是影響到屬于我們的這一人種在世界范圍內的廣泛擴散??茖W家們從至少半個世紀以前就開始著手探索屬于“現代人”的歷史,了解氣候變化的機理,重建氣候變化的歷史,在此基礎上搭建軌道-氣候-人類活動之間聯系的橋梁。

有孔蟲與珊瑚礁(圖源網絡)

深海氧同位素階段(Marine Oxygen Isotope Stage,MIS)就是這一探索過程中里程碑式的結果,其通過深海沉積有孔蟲殼體中與冰量變化有關的氧同位素和古地磁測年相結合劃分出不同的階段,并結合黃土與石筍等沉積物年代地層構建出了MIS記錄曲線,為冰期的研究樹立了標尺。MIS記錄反映了地球古氣候中的冷暖階段交替,低值指示冷期或冰期,如MIS2、4、6、12、16等偶數階段,高值則指示暖期或間冰期,如MIS5、7、9、13等奇數階段。冰期發生時,氣候整體上寒冷干燥,伴隨著冰川的擴張,海平面下降,海岸線增長;反之,間冰期時則伴隨著冰川融化,海平面上升和海岸線后退??茖W家常通過珊瑚礁內的成分來重建海平面的變化,而氣候變化和海洋的進退不僅是古氣候研究的重要落腳點,同時又影響著全球古人類的遷徙與擴散。

早期現代人出現的最早記錄可以推至距今約30萬年前,但是其在全球范圍內的散布不過是距今十幾萬年前的時間,至末次冰期極盛期(MIS2階段,距今約2萬6千年~1萬9千年)前基本實現了全球范圍內的廣泛分布。故而我們可以將視線鎖定MIS5到MIS3階段,即距今12.8~2.6萬年,這段時間是我們直接祖先是如何征服歐亞大陸的關鍵期。MIS5階段氣候經歷了暖-冷-暖-冷-暖的交替變化,整體來說這是一次較為溫暖的間冰期,學術界稱為末次間冰期(距今約12萬8千年~7萬1千年),溫度較之前寒冷的冰期有所上升,伴隨而來的是海平面上升,MIS5的末期溫度溫暖濕潤,年均溫高于現在2-5℃。之后,MIS4階段(距今約7萬1千年~5萬7千年)的突然到來促使氣溫驟降,降溫幅度可達12℃,全球冰川在這一階段有所擴張。之后的MIS3階段(距今約5萬7千年~2萬6千年)又進入一個暖期,氣候稍微轉暖,之后又再次變冷,全球部分地區可能發生了一定規模的冰進。到MIS3階段的晚期氣候再度轉為暖濕,冰川消融,部分濱海地區再度發生海進,可見在這近十萬年中氣候波動頻繁,海平面消長不斷。深海氧同位素等恢復MIS5~MIS3的氣候狀況結合全球海平面變化的研究,為我們了解現代人遷徙提供了地理背景,這段故事的神秘面紗已慢慢被我們揭開。這10萬年中,使用舊石器中期石器技術的早期現代人在晚更新世早期(MIS5階段)已經開始沿南方路線自非洲向東南亞擴散,MIS3階段是現代人演化和擴散的重要時期,彼時這顆藍色星球之上,現代人作為一個欣欣向榮的物種群體,從他們的先輩手中接過了演化的接力棒,屬于我們這個人群的故事在歷史舞臺上拉開了帷幕。

現代人的“出非洲記”

目前所發現的最早的現代人是在北非摩洛哥地區Jebel Irhoud遺址,距今約31.5萬年,此外是還有在埃塞俄比亞地區發現的兩具顱骨(19.5萬年的Omo遺址和16萬年Herto遺址)。關于現代人起源的問題目前來看尚且迷霧重重,主流的假說包括:近來非洲起源模式(Recent African Origin/RAF),雜交與取代模式(The (African)Hybridization and Replacement/H&R),多地區進化模式(Multiregional Evolution/ME)和同化模式(Assimilation/As),這些假說討論的核心實際上在于現代人的起源地(是否僅在非洲)以及現代人與其他古人類之間發生基因融合與交流的程度。無論在哪種假說中,非洲都是現代人的起源、演化和交流的中心地之一?,F代人從非洲向世界各地的擴散也一直是研究的熱點問題,那么十多萬年前的早期現代人,是在何時踏足非洲以外的世界各個角落的呢?

早期現代人的擴散路線(圖片來源:Christopher J.Bae等,2013)

北非和地中海盆地人類從非洲擴散的主要潛在出入口點。小圖部分展示該地點海平面處于-130m(淺藍色遮光)時的跨海岸距離。(圖片來源:G. N. Bailey等,2019)

傳統觀點認為早期現代人的“出非洲記”大致有南北兩條不同路線,南方路線的時間早于北方路線。他們從非洲之角啟航,跨越曼德海峽到達阿拉伯半島南部并繼續向東散布到印度半島及東南亞地區,乃至踏足一個全新的大陸——大洋洲,這段故事可以追溯至距今約12萬年~6萬年。此外還有從北非到達西亞地區再向歐亞大陸擴散的北方路線,這段旅程大約發生于距今6萬年~3萬年(見上圖<上>)。值得一提的是南線北線之間并不是單線發生和前后進行的,而是多線并行,不斷擴散的,每次擴散的機制和動因可能都不相同。

早期現代人在沒有任何現代交通工具的加持下,翻山越嶺,跨越江河湖海,踏足數千乃至數萬公里之外的世界確實是充滿謎團的故事。連接尼羅河谷(Nile Valley)和黎凡特(Levant)的西奈半島(Sinai Peninsula)狹窄的陸地走廊可能是早期人類從非洲通往外部世界的陸上橋頭堡,此外,海平面的升降也許為他們提供了通向外部世界的契機,如冰期時海平面的下降使直布羅陀海峽(Strait of Gibraltar)兩岸距離變窄(見上圖<下>)。

古人類的海濱風光:菲律賓地區1-BubogⅠ、2-BubogⅡ及3-Bilat Cave遺址(圖片來源:Dolores Elkin等,2023)

但是早期現代人顯然無法滿足于此,因此舊石器時代跨海遷徙的可能性也被提出,在沿途島嶼的海濱地帶也發現有舊石器時代遺址。冰期海平面下降時,海岸間位置最窄的過境點是直布羅陀海峽兩岸,約12公里,海岸之間還是互不可見的。而從東南亞地區到達大洋洲必經的海上路段“華萊士線”(見59頁下圖),即使在冰期海平面下降時也未有陸地連接,沿著海岸線的擴散乃至航海工具的應用似乎必不可少,那么早期現代人自非洲向外的“舊石器時代新航路開辟”的旅程上有什么樣的故事呢?我們不妨一起來翻看這本塵封的“出非洲記”。

古人類的“海岸高速帶”

現代人的擴散既是物種的遷徙史,也是文化的傳播史。即使是工業文明發達的現代,大洲之間的旅程也是漫長而不易的。但在數萬年前,人類文明初萌的時代,現代人的足跡卻在幾萬年間幾乎遍及全球。不同于研究者們從已知向未知的演繹,古人類在踏上他們的冒險之旅時對目光以外的遠方是完全未知的,卻能夠短期內如此大范圍的擴散,僅通過陸地可能難以實現。結合大量沿海地區及島嶼上遺址的發現,無論是向北還是向南,都可以推測現代人的擴散可能既包括陸地路線也包括沿海路線。冰期時海平面下降,更多陸地露出水面,這些浮出的陸地為古人類提供了洲際擴散的橋梁,間冰期良好的資源環境則為古人類創造了優渥的條件,吸引人們沿海岸線走向遠方。

首先發生的可能是現代人向南方的擴散,其中沿著印度洋海岸向東的擴散被認為是古人類遷徙的“海岸高速帶”。盡管部分遺址可能現在被淹沒在水下,古人類的身影在這條“海岸高速”上也在不斷涌現,而他們得以沿著海岸遷徙離開不了古人類對海洋資源的利用能力。傳統觀點認為現代人在距今4萬年以后才開始利用海洋資源,然而事實證明人類總是容易低估過去。實際上早期現代人對各種海洋資源的利用已經可以追溯到距今12萬年之久。非洲東北部Eritrea的Abdur遺址距今約12.5萬年,在遺址中與珊瑚礁相關的海灘沉積物里發現了舊石器時代中期(Middle Stone Age)類型的遺存,同時發現了包括牡蠣和貽貝在內的可食用物種的哺乳動物骨骼和軟體動物殼,研究者認為這可能是現代人在海灘上生存活動的證據。相關研究也顯示,尼安德特人和現代人都可以利用海岸線的生物資源,現代人甚至可以利用深海生物資源(見59頁上圖)。正是早期現代人強大的適應和利用環境的能力支撐了他們在世界上的探險之旅。

湖泊/河流、海岸線和海洋適應與相關人類物種和時間的關系示意圖(改自Manuel Will等,2019)

早期現代人擴散的南方路線中的部分遺址(據李浩,2022)

為了應對劇烈波動的氣候環境帶來的生存挑戰,冰期時下降的海平面與露出的海道為現代人求索更多樣的生存環境提供了機遇。于是,他們憑借著更加先進的石器技術和強大的環境適應能力,在距今12~5萬多年間,早期現代人就沿著這條“海岸高速帶”向南擴散,途經阿拉伯半島、印度半島、東南亞島嶼等地最終到達澳大利亞。在距今5萬年后,南方擴散路線上的考古證據逐漸增多(見上圖<下>)。然而近年來在中國南方地區也發現了距今12萬年到8萬年左右的早期現代人的化石,如湖南道縣福巖洞等,又為現代人的擴散歷程的研究提出了新的問題與設想,顯然在這條“南方路線”上還有著許多未知的故事等待著我們的探索。

陸地上的奇幻漂流

在早期現代人擴散的近10萬年的歷史中,盡管他們具備了海岸線生存的能力,但是數百萬年演化進程里,大陸始終是人類生存繁衍的主戰場,即使是在南方路線上,內陸路線也是我們關注的重要部分?,F代人到達島嶼之后能夠很快地靈活適應島上的生態環境,對于海洋資源的利用也多發現在島嶼地區,而在島嶼之外的沿海遺址則總體較少??梢姮F代人不止有著一條“海岸高速帶”,內陸上的他們通過長時間的適應陸地生態環境,使他們應對資源更加“如魚得水”。距今6萬年前后,部分早期現代人從非洲地區沿著阿拉伯半島,伊朗高原不斷向北方擴散,足跡遍布西歐、東歐、西亞、中亞到東亞地區?;祟悓W、古基因組學、考古學等多方面證據表明,距今約5~3萬年間,早期現代人曾沿中亞、西伯利亞、蒙古、中國西北地區等向東擴散至中國的華北腹地。

利用GIS根據最小成本路徑分析的結果繪制的現代人從中亞到中國北部的擴散路徑(圖片來源:Feng Li等,2019)

古人類在內陸的擴散路徑更加復雜多樣,不同于在南方路線上與海洋和島嶼結緣,在他們北上的歷程中海洋扮演的角色則黯然失色,然而“腳踏實地”的路程也充滿艱辛。在廣袤的大陸上,他們需要走出森林,踏上高原,越過高山,橫渡沙漠,跨過草原,需要抵御風沙嚴寒和各式各樣的危險。有研究表明,現代人在內陸的擴散也離不開湖泊與河流的幫助,比如印度半島的印度河和納爾默達河。在向東亞的擴散中也是如此,GIS模型顯示,在MIS4階段和MIS2階段兩個相對較干的時段,沙漠區域或許難以支撐古人類的生存,然而在相對濕潤的階段,如MIS5階段和MIS3階段,西北沙漠地區大量古湖泊的存在可為古人類的擴散提供便利條件。

到MIS3階段的晚期(距今2.6萬年左右),現代人的足跡已經幾乎遍布世界,我國東北地區也發現了大量遺址,青藏高原腹地也發現了這一時期的現代人遺存,現代人真正占領了世界。未來在無論是新月地帶誕生的西方文明還是黃河長江流域綻放的東方之花,一切的燦爛文化皆可追溯至此。

帶上“地”的眼睛

舊石器時代現代人擴散的故事早在漫長的時間前就已完結,然而現在的人們對于未知歷史的探索卻從未終結。而在探索這段故事的歷程中,我們不難發現,對過去的追尋從來不是考古學者一群人的狂歡,我們探索中也不止于遺址材料的堆砌,地學手段、古DNA研究等各種方法的應用以及多視角的探索為我們的研究注入活力。尤其在古人類遷徙與擴散的歷史中,微觀到一個遺址沉積物與形成過程的研究,延伸到海岸沉積帶的重建以及大陸架考古的發展,海平面的變遷乃至古氣候變化的驅動機制,再到具象世界里古人類對于沙漠、海洋、高山與草原等各種不同地理環境的適應以及地理信息(GIS)視角下的擴散路徑等,都是我們關注的熱點話題。值得一提的是,地學手段的廣泛應用都為我們的考古學研究提供了全新的視角,“求未求得者”是新方法運用的根本意義。21世紀的地球科學進入“地球系統科學”的時代,多圈層的相互作用受到廣泛的關注,“人類圈”更是被單獨提出,而地學考古手段在考古學研究中的更多應用,及考古學帶來的人類行為研究也為地球系統科學注入了新的活力。汪品先先生曾言,“越到科學發展的前沿,學科之間的界限就越加模糊”;劉慈欣的科幻小說《帶上她的眼睛》中也指出人類尚在探索的未知之境除了頭頂的天空宇宙,便是腳下的大地。古人類的故事本就是藏在沉積物中的故事,我們不妨帶上“地”的眼睛,將目光繼續投射向人類與考古的故事,走上新的征程,在未知之境永恒好奇,永遠求索,如此生生不息。

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