华北泥河湾盆地以富含旧石器和哺乳动物化石而著称,被誉为“远古人类的东方故乡”和“东方奥杜威”,是我国第四纪地质学、古生物学、地层年代学、旧石器考古学和早期人类演化的一个重点研究地区。许家窑遗址是泥河湾盆地唯一既蕴含大量旧石器和哺乳动物化石,同时又出土了20件古人类化石(被称为许家窑人或侯家窑人,图2)的重要遗址。自上世纪七十年代发现许家窑人化石遗址以来,其年代一直是东亚古人类学研究关注的焦点问题。然而,由于该遗址剖面缺乏适合进行同位素精确定年的材料,致使其年代问题一直存在争议。早期通过哺乳动物牙齿的铀系定年揭示出的年代约为距今10万年,而后来的磁性地层学和旋回地层学的综合结果指示其年代上溯到了距今50万年。由于动物牙齿通常存在铀的迁移问题,这使得其铀系定年的结果通常要比真实年代年轻。而磁性地层学和旋回地层学的定年结果容易受到沉积间断和沉积速率变化的影响。

泥河湾盆地是我国北方的一个典型山间盆地,主体位于河北省西北部的阳原和蔚县。自上世纪20年代初英国地质学家巴尔博对泥河湾盆地进行古生物调查并命名“泥河湾层”和“泥河湾动物群”以来,泥河湾以自己丰富的科学内涵和魅力成为我国第四纪地质学、古生物学、古人类学、考古学和地层年代学等研究的热点地区。由于泥河湾层中缺乏适合同位素精确定年的材料,盆地内古人类遗址、哺乳动物化石和地层的精确年代一直存在较大争议。盆地内出露相对连续的晚新生代地层使得磁性地层学成为了有效定年方法。近年来,磁性地层学在确定泥河湾盆地古人类遗址、泥河湾标准地层和动物群的年代方面取得了重要突破。已有磁性地层学研究表明一百万年前的泥河湾盆地存在大量的古人类活动,其中最早的古人类活动已经上溯到约1.66
Ma;泥河湾河湖相地层的底界年代已上溯到约2.8
Ma;广义泥河湾动物群的最早年代已上溯到约2.4
Ma。然而,目前仍然不清楚泥河湾盆地是否存在更早的古人类遗址和动物群,以及泥河湾古湖形成的年代最早可上溯到何时。围绕这一科学问题,中国科学院地球环境研究所近年来在泥河湾盆地开展了大量的晚新生代磁性地层学研究,最新结果表明泥河湾最早的古人类遗址年代可达皇家88平台注册 11.7-1.6
Ma;扬水站剖面保存了泥河湾古湖形成初期的沉积,其河湖相沉积的底界可达3.7
Ma;稻地动物群是最早的泥河湾动物群,其年代约为2.5-1.8 Ma。

自2009年以来,中国科学院地球环境研究所敖红研究员带领国内外专家多次前往许家窑遗址考察,在已有研究基础上,提出了通过磁性地层学和高分辨率电子自旋共振测年法相结合来解决许家窑人年代问题的新思路。通过与中国地震局地质研究所刘春茹副研究员以及澳大利亚国立大学Andrew
P.
Roberts教授历时8年的合作研究,利用新的磁性地层年代学和电子自旋共振测年法综合研究揭示出许家窑遗址的年代为26–37万年。

上沙嘴遗址是1972年盖培在泥河湾考察时发现的遗址,刚发现时被认为是早更新世遗址,然而后来又认为它是晚更新世的遗址。通过对穿过上沙嘴遗址的剖面进行磁性地层学研究,结果表明上沙嘴遗址位于Matuyama极性时下部,接近Olduvai极性亚时顶部,因此其年代估计为1.7-1.6
Ma,与马圈沟遗址的年代相当。这一研究不仅给出了上沙嘴遗址的准确年代,而且为早期人类早在170万年前已在我国北方繁衍生息提供了新的证据。这一成果于8月15日在Nature出版社的Scientific
Reports
上正式发表(Ao H. et al., 2013, New evidence for early
presence of hominids in North China, Scientific Reports, Doi
10.1038/Srep02403),并被Nature出版社选为当月的研究亮点(Journal
Highlights)。

许家窑人是生活在我国中更新世晚期的一群体质特征非常特殊的古老型人类,呈现出晚更新世东亚现代人、中更新世中期欧洲尼安德特人和中更新世早期东亚直立人的混合特征。这与最近李占扬和吴秀杰研究员等在《Science》报道的河南省许昌市类似,许家窑人和许昌人都不是早期现代人和尼安德特人、也不是直立人。尤其是许家窑人比许昌人(10.5–12.5万年)要早二十多万年。最新研究表明中亚在中更新世晚期和晚更新世存在一种新的古老型人类,即在西伯利亚发现的丹尼索瓦人,被称为“中亚的尼安德特人”,其既具有尼安德特人的特征,也具有中亚早期现代人的特征。丹尼索瓦人在约40万年开始与尼安德特人分异演化,主要表现为向西以欧洲尼安德特人为代表的古老型人类,向东则以中亚的丹尼索瓦人为代表。在这些最近进展的基础上,并且发现许家窑人和西伯利亚的丹尼索瓦人具有相似的牙齿特征,因此敖红研究员领导的课题组大胆推测许家窑人可能是生活在中更新世欧亚大陆中部和东部的早期丹尼索瓦人。

扬水站剖面厚155 m,上部131 m为泥河湾组河湖相沉积,底部24
m为上新世或中新世风成红粘土。该剖面泥河湾组记录了Brunhes早期、Matuyama(包括Jaramillo和Olduvai极性亚时)、Gauss(包括Kaena和Mammoth极性亚时)和Gilbert晚期的极性。泥河湾组的底界位于Gilbert晚期,因此估计其年代约3.7
Ma。这表明泥河湾古湖至少在3.7
Ma的上新世中期已经形成。这一成果发表在Quaternary Science
Reviews
(Ao H. et al., 2013, Magnetostratigraphic evidence of a
mid-Pliocene onset of the Nihewan Formation–implications for early fauna
and hominid occupations in the Nihewan Basin, North China. Quaternary
Science Reviews
59, 30-42)。

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稻地剖面厚128米,记录了Brunhes早期、Matuyama(包括Jaramillo和Olduvai极性亚时)和Gauss晚期的极性时。稻地剖面有6个层位包含哺乳动物化石(统称为稻地动物群,属于广义的泥河湾动物群),通过磁极性序列提供的控制点年代线性插值估计它们的年代分别约为2.54、2.34、2.02、1.92、1.9、1.84和1.78
Ma。综合泥河湾盆地已发表的磁性地层学定年结果,地球环境所研究人员进一步建立了泥河湾盆地动物群和古人类遗址的磁性地层年代序列。泥河湾更新世古人类遗址和动物群的年代跨度分别是17-0.3Ma和2.5-0.5Ma。这些年代序列的综合结果为探讨我国北方更新世人类和哺乳动物演化提供了年代基础。这一成果发表在*Quaternary
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Geochronology(Ao
H. et al., 2013, Pleistocene magnetochronology of the fauna and
Paleolithic sites in the Nihewan Basin: Significance for environmental
and hominin evolution in North China.
Quaternary Geochronology*** 18,
78-92)。

图1 许家窑遗址发现的石器

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