泥河湾盆地是位于华北平原与内蒙古高原过渡带上的一个山间盆地。盆地内出露了良好的晚新生代河湖相地层,其中保存了大量古人类遗址和哺乳动物化石。目前在盆地发现的旧石器遗址已超过60处,石器数万件,因此它被称为东方Olduvai和远古人类的东方故乡。然而盆地的河湖相沉积物缺乏适合进行同位素精确定年的材料,致使盆地内诸多旧石器遗址的年代问题一直存在争议。直到近十年来,在对泥河湾盆地沉积物进行深入的剩磁机理研究基础上,运用磁性地层学确定了的一系列旧石器遗址的年代,在早期人类走出热带非洲进入欧亚大陆的时代、迁徙路线、扩散速度及其适应环境的能力等方面取得了系列创新性成果。但是,泥河湾盆地仍有大量古人类遗址的年代没有解决。

近日,中科院地球环境研究所敖红副研究员等发表在Geochemistry Geophysics
Geosystems
的论文被美国地球物理学会选为研究亮点(Journal
Highlights)。根据论文对地球科学的贡献,每月都将从美国地球物理学会主办的各期刊中(如JGR、GRLG3等)遴选最新及最具原创性的突出论文,并为之提供简短的研究亮点(Journal
Highlights)介绍,让来自世界各地的科学家和专家了解地球物理学的最新成果。

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图片 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。

以往在运用古地磁学确定泥河湾盆地古人类遗址年代的研究中,大多基于主要极性带年代的线性插值来获得文化层年代,而主要极性带内的短尺度地磁极性漂移事件并没有较好的应用到古人类遗址定年中来。近日,中科院地球环境研究所敖红副研究员将主要地磁极性带与极性漂移事件相结合,运用地磁极性漂移事件的年代有效约束了泥河湾盆地飞梁和兰坡两处古人类遗址的年代。古地磁结果表明兰坡遗址正好对应Gilsa正极性漂移事件,其年代约160万年;飞梁遗址发生在Cobb
Mountain正极性漂移事件的初期,其年代约120万年。这一研究表明古地磁记录中的短尺度地磁极性漂移事件在古人类遗址定年研究中具有重要应用前景。同时该研究为我国北方在150万前已具有早期人类活动这一观点提供了新的证据。

长期以来,运用古地磁确定早更新世古人类遗址的思路主要基于主要极性带年代的线性插值,而主要极性带内的短尺度地磁极性漂移事件并没有较好的应用到古人类遗址定年中来。敖红等的研究将主要地磁极性带与极性漂移事件相结合,提出可用地磁极性漂移事件的年代有效约束古人类遗址年代的新思路。运用这一新思路,敖红及其合作者确定了华北泥河湾盆地飞梁和兰坡两处古人类遗址的年代。研究表明兰坡遗址正好对应Gilsa正极性漂移事件,其年代约160万年。飞梁遗址发生在Cobb
Mountain正极性漂移事件的初期,其年代约120万年。这一研究提供了早期人类在150万年已迁徙至我国北方的新证据,并拓展了运用古地磁学确定古人类遗址年代的应用前景。

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)。

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