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兰州大学科研团队在史前草原丝绸之路气候变化方面取得重要进展

2023-06-02

中亚草原之路对史前东西方文明交流有重要意义。阿尔泰山地区是欧亚大陆的核心地带，也是亚洲中部草原丝绸之路的关键区域和早期东西方文明交流的重要通道之一。考古学和遗传学证据发现，青铜时代早期颜那亚（Yamnaya）人群在约5ka（ka=千年前）从东欧草原东南部迁徙至南西伯利亚地区以及阿尔泰山西侧，发展为阿凡那谢沃（Afanasievo）文化（图1）。该时期人群远距离迁徙的驱动力有多种假说，包括农业和语言的扩散和传播、马的驯化以及乳制品等次级动物产品的使用等。然而，区域人群扩散的气候背景因素研究还不够深入。全新世温度变化具有较大的争议，气候代用指标与气候模式模拟的结果呈现相反的趋势，被称之为“全新世温度之谜”。近期较多研究尝试用气候代用指标的季节性偏差、指标的多解性和全新世温度变化的空间异质性等去解释这个谜题，但仍然存在较多的不确定性。

图1 温暖适宜气候驱动中亚草原带史前人群扩散示意图

兰州大学黄小忠教授团队以位于阿尔泰山南坡的喀纳斯湖和临近的铁外克湖为研究对象，利用喀纳斯湖沉积物硅藻硅同位素（δ³⁰Si_diatom）和生物硅含量等指标揭示了该地区全新世以来的温度变化历史。结果发现，在6.5-3.6 ka时段，阿尔泰山地区气候总体温暖，喀纳斯湖硅藻生长繁盛，期间在4.7-4.3 ka气候异常温暖，湖水显著分层，硅藻硅同位素明显偏重。结合铁外克湖钻孔孢粉、碳氮同位素等指标，并与区域湿度记录对比，显示在6.5-3.6 ka期间阿尔泰山地区的气候适宜。而在约5 ka左右，在里海水位降低显示区域干旱，在该区域生活的颜那亚人群迁移到西伯利亚南部及阿尔泰山地区，在更温暖的4.8-4.7ka时，颜那亚人迁徙到高海拔的高加索地区以及纬度更高的北欧地区（图1）。这项研究为中亚地区史前人口扩张的驱动力提供了新视角和新证据。该研究题目为“Prehistoric population expansion in Central Asia promoted by the Altai Holocene Climatic Optimum（阿尔泰山全新世中晚期适宜气候促进中亚草原带史前人类扩张）”，发表在知名综合期刊Nature Communications上。

图2 全球多个温度（红色条带指示温暖）和湿度（蓝色条带指示湿润）记录对比

本项成果是黄小忠课题组于2021年发表在《第四纪科学评论》（Quaternary Science Reviews）研究工作的进一步延伸。该研究发现在新疆博斯腾湖沉积物中出现热带、亚热带分布的嗜热种单角盘星藻，指示4.7-4.3 ka的高温事件，温暖气候能保障史前人群在阿尔泰山生活（切木尔切克文化），随着气候突然在4.2ka和3.6ka变冷，人群向低纬度地区扩散，形成了塔里木盆地早期人群（如小河遗址）（Huang et al., 2021 QSR），以及黄土高原地区4ka以后大规模牧业发展（Huang et al., 2021 GRL），进一步促进东西方文明交流。

兰州大学云顶集团yd2222019级博士研究生向丽雄为论文第一作者，黄小忠教授是论文第一通讯作者。黄小忠教授是该研究的主要设计者，从2011年起在喀纳斯湖地区开展了10余次野外工作，向丽雄收集分析大量的考古数据以及测量分析了铁外克湖碳、氮同位素等，兰州大学自然地理2020届硕士、诺丁汉大学博士生孙明杰在英国地质调查局（BGS）测量了硅藻的硅同位素和生物硅含量，英国诺丁汉大学Virginia N. Panizzo博士指导了硅藻的硅同位素测定（第二通讯作者）。合作作者还有中国科学院西北生态环境资源研究院陈雪梅博士，兰州大学博士研究生黄宠、郑敏等；整体研究在中国科学院青藏高原研究所陈发虎院士跟踪指导下完成。

该成果得到了国家自然科学基金重大项目课题《人类世的历史背景》（41991251）、国家重点研究发展计划（2017YFA0603403）和国家自然科学基金面上项目（41571182）资助。野外和室内分析得到许多同事、同学的帮助，在此一并致谢。