Współczesne Homo sapiens uczestniczyły w wielu przemianach ekosystemów, ale trudno jest wykryć pochodzenie lub wczesne konsekwencje tych zachowań.Archeologia, geochronologia, geomorfologia i dane paleośrodowiskowe z północnego Malawi dokumentują zmieniający się związek między obecnością zbieraczy paszy, organizacją ekosystemu i aluwialnym tworzeniem wachlarzy w późnym plejstocenie.Po około XX wieku powstał gęsty system artefaktów mezolitu i wachlarzy aluwialnych.92 000 lat temu w środowisku paleoekologicznym nie było analogu w poprzednim rekordzie 500 000 lat.Dane archeologiczne i główna analiza współrzędnych pokazują, że wczesne pożary wywołane przez człowieka złagodziły sezonowe ograniczenia zapłonu, wpływając na skład roślinności i erozję.To, w połączeniu ze zmianami opadów spowodowanymi klimatem, ostatecznie doprowadziło do ekologicznego przejścia do wczesnego sztucznego krajobrazu sprzed rolnictwa.
Współcześni ludzie są potężnymi promotorami transformacji ekosystemów.Przez tysiące lat znacząco i celowo zmieniały środowisko, wywołując debatę na temat tego, kiedy i jak powstał pierwszy ekosystem zdominowany przez człowieka (1).Coraz więcej dowodów archeologicznych i etnograficznych pokazuje, że istnieje duża liczba rekurencyjnych interakcji między zbieraczami a ich środowiskiem, co wskazuje, że zachowania te są podstawą ewolucji naszego gatunku (2-4).Dane kopalne i genetyczne wskazują, że Homo sapiens istniał w Afryce około 315 000 lat temu (ka).Dane archeologiczne pokazują, że złożoność zachowań występujących na kontynencie znacznie wzrosła w ciągu ostatnich około 300 do 200 ka rozpiętości.Koniec plejstocenu (chibański) (5).Od czasu naszego pojawienia się jako gatunku ludzie zaczęli polegać na innowacjach technologicznych, ustaleniach sezonowych i złożonej współpracy społecznej, aby się rozwijać.Atrybuty te umożliwiają nam wykorzystanie wcześniej niezamieszkanych lub ekstremalnych środowisk i zasobów, więc dzisiaj ludzie są jedynym ogólnoglobalnym gatunkiem zwierząt (6).Ogień odegrał kluczową rolę w tej transformacji (7).
Modele biologiczne wskazują, że zdolność przystosowania się do gotowanej żywności można prześledzić co najmniej 2 miliony lat temu, ale dopiero pod koniec środkowego plejstocenu pojawiły się konwencjonalne archeologiczne dowody kontroli ognia (8).Rdzeń oceanu z zapisami pyłowymi z dużego obszaru kontynentu afrykańskiego pokazuje, że w ciągu ostatnich milionów lat szczyt węgla pierwiastkowego pojawił się po około 400 ka, głównie podczas przejścia z okresu interglacjalnego do zlodowacenia, ale również wystąpił podczas holocen (9).Pokazuje to, że przed około 400 ka pożary w Afryce subsaharyjskiej nie były powszechne, a wkład ludzki był znaczący w holocenie (9).Ogień jest narzędziem używanym przez pasterzy w holocenie do uprawy i utrzymania użytków zielonych (10).Jednak wykrycie tła i ekologicznego wpływu użycia ognia przez łowców-zbieraczy we wczesnym plejstocenie jest bardziej skomplikowane (11).
Ogień jest nazywany narzędziem inżynieryjnym służącym do manipulacji zasobami zarówno w etnografii, jak i archeologii, w tym zwiększania zysków ze źródeł utrzymania lub modyfikowania surowców.Działania te są zwykle związane z planowaniem publicznym i wymagają dużej wiedzy ekologicznej (2, 12, 13).Pożary w skali krajobrazowej umożliwiają myśliwym-zbieraczom odpędzanie zdobyczy, zwalczanie szkodników i zwiększanie produktywności siedlisk (2).Pożar na miejscu sprzyja gotowaniu, ogrzewaniu, obronie drapieżników i spójności społecznej (14).Jednak zakres, w jakim pożary łowiecko-zbierackie mogą rekonfigurować elementy krajobrazu, takie jak struktura społeczności ekologicznej i topografia, jest bardzo niejednoznaczny (15, 16).
Bez przestarzałych danych archeologicznych i geomorfologicznych oraz ciągłych danych środowiskowych z wielu lokalizacji, zrozumienie rozwoju zmian ekologicznych wywołanych przez człowieka jest problematyczne.Długoterminowe zapisy dotyczące osadów jeziornych z Wielkiej Doliny Ryftowej w Afryce Południowej, w połączeniu ze starożytnymi zapisami archeologicznymi na tym obszarze, sprawiają, że jest to miejsce do zbadania skutków ekologicznych spowodowanych przez plejstocen.Tutaj opisujemy archeologię i geomorfologię rozległego krajobrazu epoki kamienia w południowo-środkowej Afryce.Następnie połączyliśmy go z danymi paleośrodowiskowymi obejmującymi >600 ka, aby określić najwcześniejsze dowody sprzężenia zachowań człowieka i transformacji ekosystemu w kontekście pożarów spowodowanych przez człowieka.
Podaliśmy wcześniej niezgłoszony limit wieku dla złoża Chitimwe w dystrykcie Karonga, położonym na północnym krańcu północnej części Malawi w południowoafrykańskiej dolinie Rift (ryc. 1) (17).Złoża te składają się z wachlarzy aluwialnych czerwonej gleby i osadów rzecznych, zajmując około 83 kilometry kwadratowe, zawierających miliony produktów kamiennych, ale bez zachowanych szczątków organicznych, takich jak kości (Tekst uzupełniający) (18).Nasze dane dotyczące światła wzbudzonego optycznie (OSL) z zapisu Ziemi (ryc. 2 i tabele od S1 do S3) zmieniły wiek złoża Chitimwe na późny plejstocen, a najstarszy wiek aktywacji wentylatorów aluwialnych i pochówku z epoki kamienia wynosi około 92 ka ( 18, 19).Warstwa aluwialna i rzeczna Chitimwe pokrywa jeziora i rzeki plioceńsko-plejstoceńskiej warstwy Chiwondo z niezgodnością niskiego kąta (17).Osady te znajdują się w klinie uskokowym wzdłuż brzegu jeziora.Ich konfiguracja wskazuje na interakcję między wahaniami poziomu jeziora a aktywnymi uskokami sięgającymi do pliocenu (17).Chociaż działania tektoniczne mogły przez długi czas wpływać na topografię regionu i zbocze podgórskie, aktywność uskokowa na tym obszarze mogła ulec spowolnieniu od środkowego plejstocenu (20).Po ~800 ka, a niedługo po 100 ka, hydrologia jeziora Malawi jest napędzana głównie przez klimat (21).Dlatego żadne z nich nie jest jedynym wytłumaczeniem powstawania aluwialnych wachlarzy w późnym plejstocenie (22).
(A) Położenie stacji afrykańskiej w stosunku do współczesnych opadów (gwiazdka);niebieski jest bardziej wilgotny, a czerwony bardziej suchy (73);ramka po lewej stronie pokazuje jezioro Malawi i otaczające je obszary MAL05-2A i MAL05-1B Lokalizacja rdzenia /1C (fioletowa kropka), gdzie obszar Karonga jest zaznaczony zielonym konturem, a położenie złoża Luchamange jest podświetlone jako białe pudełko.(B) Północna część basenu Malawi, ukazująca topografię cieniu wzgórza w stosunku do rdzenia MAL05-2A, pozostałe złoże Chitimwe (brązowy płat) i lokalizację wykopalisk Projektu Wczesnego Mezolitu Malawi (MEMSAP) (żółta kropka);CHA, Chaminade;MGD, wieś Mwanganda;NGA, Ngara;SS, Sadara Południe;VIN, zdjęcie biblioteki literackiej;WW, Bieługa.
Wiek centrum OSL (czerwona linia) i zakres błędu 1-σ (25% szarości), wszystkie wieki OSL związane z występowaniem artefaktów in situ w Karonga.Wiek w stosunku do danych z ostatnich 125 ka pokazuje (A) oszacowania gęstości jądra wszystkich wieków OSL z osadów aluwialnych wachlarzowych, wskazujące na akumulację wachlarzową sedymentacyjną/aluwialną (cyjan) oraz rekonstrukcję poziomu wody w jeziorze w oparciu o charakterystyczne wartości analizy głównych składników (PCA) skamieniałości i minerały autigeniczne (21) (niebieskie) z rdzenia MAL05-1B/1C.(B) Na podstawie rdzenia MAL05-1B/1C (czarny, wartość blisko 7000 z gwiazdką) i rdzenia MAL05-2A (szary), zliczenia węgla makrocząsteczkowego na gram znormalizowane przez szybkość sedymentacji.(C) Wskaźnik bogactwa gatunkowego Margalef (Dmg) z pyłku kopalnego rdzenia MAL05-1B/1C.(D) Procent pyłku kopalnego z Compositae, lasów miombo i Olea europaea oraz (E) Procent pyłku kopalnego z Poaceae i Podocarpus.Wszystkie dane dotyczące pyłku pochodzą z rdzenia MAL05-1B/1C.Liczby na górze odnoszą się do poszczególnych próbek OSL wyszczególnionych w tabelach od S1 do S3.Różnica w dostępności danych i rozdzielczości wynika z różnych interwałów próbkowania i dostępności materiału w rdzeniu.Rysunek S9 pokazuje dwa rekordy makro węgla przeliczone na z-score.
(Chitimwe) Na stabilność krajobrazu po uformowaniu wachlarzowym wskazuje wytworzenie się czerwonej gleby i węglanów glebotwórczych, które pokrywają wachlarzowate osady całego obszaru badań (Tekst uzupełniający i Tabela S4).Powstawanie późnoplejstoceńskich wachlarzy aluwialnych w basenie jeziora Malawi nie ogranicza się do obszaru Karonga.Około 320 kilometrów na południowy wschód od Mozambiku, ziemski profil głębokości nuklidów kosmogenicznych 26Al i 10Be ogranicza formowanie się złoża Luchamange czerwonej gleby aluwialnej do 119-27 ka (23).To rozległe ograniczenie wiekowe jest zgodne z naszą chronologią OSL dla zachodniej części basenu jeziora Malawi i wskazuje na ekspansję regionalnych fanów aluwialnych w późnym plejstocenie.Potwierdzają to dane z ewidencji rdzenia jeziora, z których wynika, że ​​wyższemu tempu sedymentacji towarzyszy około 240 ka, co ma szczególnie wysoką wartość przy ok. 6 tys.130 i 85 ka (tekst uzupełniający) (21).
Najwcześniejsze dowody osadnictwa człowieka na tym obszarze są związane z osadami Chitimwe zidentyfikowanymi na ~92 ± 7 ka.Wynik ten opiera się na 605 m3 osadów wydobytych z 14 subcentymetrowych wykopalisk archeologicznych z kontrolą przestrzeni i 147 m3 osadów z 46 archeologicznych wykopów badawczych, kontrolowanych pionowo do 20 cm i poziomo do 2 metrów (Tekst uzupełniający i rysunki od S1 do S3) Ponadto przebadaliśmy również 147,5 km, urządziliśmy 40 geologicznych wyrobisk badawczych i przeanalizowaliśmy ponad 38 000 zabytków kultury z 60 z nich (tabele S5 i S6) (18).Te szeroko zakrojone badania i wykopaliska wskazują, że chociaż starożytni ludzie, w tym ludzie wczesni współcześni, mogli żyć na tym obszarze około 92 lata temu, akumulacja osadów związana z powstaniem, a następnie stabilizacją jeziora Malawi, nie zachowała dowodów archeologicznych aż do uformowania złoża Chitimwe.
Dane archeologiczne potwierdzają wniosek, że pod koniec czwartorzędu ekspansja w kształcie wachlarza i działalność człowieka w północnym Malawi istniały w dużych ilościach, a relikty kulturowe należały do ​​typów innych części Afryki, które były związane z wczesnymi współczesnymi ludźmi.Większość artefaktów jest wykonana z kwarcytowych lub kwarcowych kamyków rzecznych, z radialną, Levallois, platformą i losową redukcją rdzenia (rysunek S4).Morfologiczne artefakty diagnostyczne przypisuje się głównie technice typu Levallois, specyficznej dla epoki mezolitu (MSA), która do tej pory miała co najmniej około 315 ka w Afryce (24).Najwyższe złoże Chitimwe przetrwało do wczesnego holocenu, zawierając słabo rozpowszechnione wydarzenia późnej epoki kamienia i okazało się, że jest spokrewnione z późnoplejstoceńskimi i holocenowymi łowcami-zbieraczami w całej Afryce.Natomiast tradycje narzędzi kamiennych (takich jak duże narzędzia skrawające) zwykle kojarzone z wczesnym środkowym plejstocenem są rzadkie.Tam, gdzie wystąpiły, znaleziono je w osadach zawierających MSA w późnym plejstocenie, a nie we wczesnych stadiach osadzania (tab. S4) (18).Chociaż stanowisko istniało w ~92 tys. lat, najbardziej reprezentatywny okres działalności człowieka i osadów aluwialnych nastąpił po ~70 tys. lat, dobrze zdefiniowany przez zestaw wieków OSL (ryc. 2).Potwierdziliśmy ten wzór z 25 opublikowanymi i 50 wcześniej niepublikowanymi wiekami OSL (ryc. 2 i tabele od S1 do S3).Wynika z nich, że z 75 oznaczeń wieku 70 wydobyto z osadów po około 70 tys.Rycina 2 pokazuje 40 wieków związanych z artefaktami MSA in situ, w odniesieniu do głównych wskaźników paleośrodowiskowych opublikowanych ze środka basenu centralnego MAL05-1B/1C (25) i wcześniej niepublikowanego centrum basenu północnego MAL05-2A jeziora.Węgiel drzewny (sąsiadujący z wentylatorem, który wytwarza wiek OSL).
Korzystając ze świeżych danych z wykopalisk archeologicznych dotyczących fitolitów i mikromorfologii gleby, a także publicznych danych dotyczących pyłku kopalnego, węgla drzewnego, skamielin wodnych i minerałów autigenicznych z rdzenia Projektu Wiercenia Jeziora Malawi, zrekonstruowaliśmy ludzki związek MSA z jeziorem Malawi.Zajmują warunki klimatyczne i środowiskowe tego samego okresu (21).Te dwa ostatnie czynniki są główną podstawą do rekonstrukcji względnych głębokości jezior sięgających ponad 1200 ka (21) i są dopasowane do próbek pyłku i makrowęgla pobranych z tego samego miejsca w rdzeniu ~636 ka (25) w przeszłości .Najdłuższe rdzenie (MAL05-1B i MAL05-1C; odpowiednio 381 i 90 m) pobrano około 100 kilometrów na południowy wschód od obszaru objętego projektem archeologicznym.Krótki rdzeń (MAL05-2A; 41 m) został zebrany około 25 kilometrów na wschód od rzeki North Rukulu (ryc. 1).Rdzeń MAL05-2A odzwierciedla lądowe warunki paleośrodowiskowe w obszarze Kalunga, podczas gdy rdzeń MAL05-1B/1C nie otrzymuje bezpośredniego dopływu rzeki z Kalunga, więc może lepiej odzwierciedlać warunki regionalne.
Szybkość osadzania zarejestrowana w rdzeniu wiertła kompozytowego MAL05-1B/1C zaczęła się od 240 ka i wzrosła od średniej wieloletniej 0,24 do 0,88 m/ka (rysunek S5).Początkowy wzrost związany jest ze zmianami w promieniowaniu słonecznym modulowanym orbitalnie, które w tym okresie spowoduje zmiany o wysokiej amplitudzie w poziomie jeziora (25).Jednak gdy mimośród orbity spada po 85 ka i klimat jest stabilny, tempo osiadania jest nadal wysokie (0,68 m/ka).Zbiegło się to z naziemnym zapisem OSL, który wykazał obszerne dowody ekspansji wentylatorów aluwialnych po około 92 tys. i był zgodny z danymi dotyczącymi podatności wykazującymi pozytywną korelację między erozją a pożarem po 85 tys. (Tekst uzupełniający i Tabela S7).Biorąc pod uwagę zakres błędu dostępnej kontroli geochronologicznej, nie można ocenić, czy ten zestaw zależności ewoluuje powoli z postępu procesu rekurencyjnego, czy też wybucha gwałtownie po osiągnięciu punktu krytycznego.Zgodnie z geofizycznym modelem ewolucji basenu, od środkowego plejstocenu (20) rozszerzanie się szczeliny i związane z nią osiadanie uległy spowolnieniu, więc nie jest to główna przyczyna rozległego procesu formowania się wachlarzy, który określiliśmy głównie po 92 tys.
Od środkowego plejstocenu klimat był głównym czynnikiem wpływającym na poziom wody w jeziorach (26).W szczególności wypiętrzenie basenu północnego zamknęło istniejące wyjście.800 ka na pogłębienie jeziora aż do wysokości progu współczesnego wyjścia (21).Znajdujący się na południowym krańcu jeziora wylot ten zapewniał górną granicę poziomu wody w jeziorze w okresach wilgotnych (w tym dzisiaj), ale pozwalał na zamknięcie basenu, gdy poziom wody w jeziorze spadał w okresach suchych (27).Rekonstrukcja poziomu jeziora pokazuje naprzemienne cykle suche i mokre w ostatnich 636 tys.Zgodnie z dowodami z pyłków kopalnych, okresy ekstremalnych susz (>95% zmniejszenie całkowitej ilości wody) związane z niskim nasłonecznieniem latem doprowadziły do ​​ekspansji roślinności półpustynnej, z drzewami ograniczonymi do stałych dróg wodnych (27).Te (jeziorne) niżówki są skorelowane z widmami pyłku, wykazując wysoki udział traw (80% lub więcej) i kserofity (Amaranthaceae) kosztem taksonów drzew i niskiego ogólnego bogactwa gatunkowego (25).W przeciwieństwie do tego, gdy jezioro zbliża się do poziomu współczesnego, roślinność blisko związana z afrykańskimi lasami górskimi zwykle rozciąga się na brzeg jeziora [około 500 m n.p.m.].Dziś afrykańskie lasy górskie pojawiają się tylko w niewielkich, dyskretnych płatach powyżej około 1500 m npm (25, 28).
Ostatnia ekstremalna susza miała miejsce od 104 do 86 ka.Potem, chociaż poziom jeziora powrócił do wysokich warunków, powszechne stały się otwarte lasy miombo z dużą ilością ziół i składników ziół (27, 28).Najważniejszym afrykańskim taksonem lasów górskich jest sosna Podocarpus, która nigdy nie powróciła do wartości zbliżonej do poprzedniego wysokiego poziomu w jeziorach po 85 ka (10,7 ± 7,6% po 85 ka, podczas gdy podobny poziom w jeziorze przed 85 ka wynosi 29,8 ± 11,8% ).Wskaźnik Margalefa (Dmg) pokazuje również, że bogactwo gatunkowe ostatnich 85 ka jest o 43% niższe niż poprzednio utrzymujący się wysoki poziom jeziora (odpowiednio 2,3 ± 0,20 i 4,6 ± 1,21), na przykład między 420 a 345 ka ( Uzupełnienie tekst i rysunki S5 i S6) (25).Próbki pyłku z mniej więcej czasu.88–78 ka zawiera również wysoki procent pyłku Compositae, co może wskazywać na zakłócenie roślinności i mieści się w zakresie błędu najwcześniejszego okresu zamieszkiwania terenu przez człowieka.
Metodę anomalii klimatycznych (29) wykorzystujemy do analizy danych paleoekologicznych i paleoklimatycznych z rdzeni wywierconych przed i po 85 ka, a także badamy związek ekologiczny między roślinnością, liczebnością gatunków i opadami oraz hipotezę oddzielenia wywnioskowanej czystej prognozy klimatycznej.Napęd w trybie podstawowym ~550 ka.Na ten przekształcony ekosystem wpływ mają opady i pożary wypełniające jeziora, co znajduje odzwierciedlenie w braku gatunków i nowych kombinacji roślinności.Po ostatnim okresie suszy odzyskano tylko niektóre elementy lasu, w tym ognioodporne elementy afrykańskich lasów górskich, takie jak oliwa z oliwek, oraz ognioodporne elementy tropikalnych lasów sezonowych, takich jak Celtis (Tekst uzupełniający i rysunek S5) ( 25).Aby przetestować tę hipotezę, zamodelowaliśmy poziomy wody w jeziorze pochodzące z ostrakodu i autigenicznych substytutów mineralnych jako zmienne niezależne (21) i zmienne zależne, takie jak węgiel drzewny i pyłki, na które może mieć wpływ zwiększona częstotliwość pożarów (25).
Aby sprawdzić podobieństwo lub różnicę między tymi kombinacjami w różnym czasie, do głównej analizy współrzędnych (PCoA) użyliśmy pyłku z Podocarpus (wiecznie zielone drzewo), trawy (trawy) i oliwki (ognioodporny element afrykańskich lasów górskich). i miombo (dzisiejszy główny składnik leśny).Wykreślając PCoA na interpolowanej powierzchni reprezentującej poziom jeziora, gdy każda kombinacja została utworzona, zbadaliśmy, jak kombinacja pyłków zmienia się w odniesieniu do opadów i jak ta zależność zmienia się po 85 ka (Rysunek 3 i Rysunek S7).Przed 85 tys. próbki o podłożu ziarnistym agregowały w kierunku suchym, podczas gdy próbki z podokarpu agregowały w kierunku wilgotnym.W przeciwieństwie do tego, próbki po 85 ka są zgrupowane z większością próbek przed 85 ka i mają różne wartości średnie, co wskazuje, że ich skład jest nietypowy dla podobnych warunków opadowych.Ich pozycja w PCoA odzwierciedla wpływ Olei i miombo, z których oba są preferowane w warunkach bardziej podatnych na ogień.W próbach po 85 tys. sosna Podocarpus występowała licznie tylko w trzech kolejnych próbach, które wystąpiły po rozpoczęciu odstępu między 78 a 79 tys.Sugeruje to, że po początkowym wzroście opadów wydaje się, że las na krótko odzyskał siły, zanim ostatecznie się zawalił.
Każdy punkt reprezentuje pojedynczą próbkę pyłku w danym momencie, przy użyciu tekstu uzupełniającego i modelu wieku na rycinie 1. S8.Wektor reprezentuje kierunek i gradient zmian, a dłuższy wektor reprezentuje silniejszy trend.Znajdująca się pod spodem powierzchnia reprezentuje poziom wody w jeziorze jako przedstawiciel opadów;ciemnoniebieski jest wyższy.Średnia wartość wartości cech PCoA jest podana dla danych po 85 ka (czerwony romb) oraz wszystkich danych z podobnych poziomów jezior przed 85 ka (żółty romb).Korzystając z danych całego 636 ka, „symulowany poziom jeziora” wynosi od -0,130-σ do -0,198-σ w pobliżu średniej wartości własnej PCA na poziomie jeziora.
W celu zbadania związku między pyłkiem, poziomem wody w jeziorze i węglem drzewnym, zastosowaliśmy nieparametryczną wielowymiarową analizę wariancji (NP-MANOVA), aby porównać ogólne „środowisko” (reprezentowane przez macierz danych pyłku, poziomu wody w jeziorze i węgla drzewnego) przed i po przejściu 85 ka.Stwierdziliśmy, że zmienność i kowariancja znalezione w tej macierzy danych są statystycznie istotnymi różnicami przed i po 85 ka (Tabela 1).
Nasze dane dotyczące paleośrodowiska lądowego z fitolitów i gleb na skraju Jeziora Zachodniego są zgodne z interpretacją opartą na proksymie jeziornym.Wskazują one, że pomimo wysokiego poziomu wody w jeziorze, krajobraz przekształcił się w krajobraz zdominowany przez tereny leśne otwartego baldachimu i zadrzewione murawy, podobnie jak obecnie (25).Wszystkie lokalizacje analizowane pod kątem fitolitów na zachodnim krańcu basenu znajdują się po ~45 ka i wykazują dużą ilość pokrywy nadrzewnej odzwierciedlającej wilgotne warunki.Uważają jednak, że większość ściółki to otwarte lasy porośnięte bambusem i trawą paniki.Według danych dotyczących fitolitów palmy nieognioodporne (Arecaceae) występują tylko na linii brzegowej jeziora i są rzadkie lub nieobecne na śródlądowych stanowiskach archeologicznych (tabela S8) (30).
Ogólnie rzecz biorąc, wilgotne, ale otwarte warunki w późnym plejstocenie można również wywnioskować z ziemskich paleosol (19).Glina lagunowa i węglan gleby bagiennej ze stanowiska archeologicznego w wiosce Mwanganda można prześledzić od 40 do 28 calka BP (wcześniej skalibrowany Qian'anni) (Tabela S4).Warstwy węglanowe gleby w złożu Chitimwe są zwykle sferoidalne wapienne (Bkm) i gliniasto-węglanowe (Btk), co wskazuje na położenie względnej stabilności geomorfologicznej i powolne osiadanie od dalekosiężnego wachlarza aluwialnego Około 29 calka BP (uzupełnienie tekst).Erodowana, stwardniała gleba laterytowa (skała litowa) utworzona na szczątkach dawnych wachlarzy wskazuje na warunki krajobrazu otwartego (31) i silne opady sezonowe (32), wskazujące na stały wpływ tych warunków na krajobraz.
Poparcie dla roli ognia w tym przejściu pochodzi z sparowanych zapisów makro węgla drzewnego z rdzeni wiertniczych, a napływ węgla drzewnego z Basenu Centralnego (MAL05-1B/1C) generalnie wzrósł z około.175 kart.W przybliżeniu następuje duża liczba pików.Po 135 i 175 ka oraz 85 i 100 ka poziom jeziora się poprawił, ale las i bogactwo gatunkowe nie uległy poprawie (Tekst uzupełniający, Ryc. 2 i Ryc. S5).Związek między napływem węgla drzewnego a podatnością magnetyczną osadów jeziornych może również wykazywać wzorce długoterminowej historii pożarów (33).Wykorzystaj dane z Lyons et al.(34) Jezioro Malawi kontynuowało erozję spalonego krajobrazu po 85 tys. 0,0001).W basenie północnym krótszy rdzeń MAL05-2A ma najgłębszy punkt zakotwiczenia datowania, a najmłodszy tuf Toba ma ~74 do 75 ka (35).Chociaż brakuje mu długoterminowej perspektywy, otrzymuje dane bezpośrednio z dorzecza, z którego pochodzą dane archeologiczne.Zapisy dotyczące węgla drzewnego z basenu północnego pokazują, że od czasu oznaczenia kryptotefra Toba, wkład terygenicznego węgla drzewnego stale wzrastał w okresie, gdy dowody archeologiczne są najbardziej powszechne (ryc. 2B).
Dowody na pożary spowodowane przez człowieka mogą odzwierciedlać celowe wykorzystanie w skali krajobrazu, rozległe populacje powodujące większe lub większe zapłony na miejscu, zmianę dostępności paliwa poprzez wycinanie lasów podszytowych lub połączenie tych działań.Współcześni łowcy-zbieracze używają ognia do aktywnej zmiany nagród za żerowanie (2).Ich działania zwiększają liczebność zdobyczy, utrzymują mozaikowy krajobraz oraz zwiększają zróżnicowanie termiczne i niejednorodność stadiów sukcesji (13).Ogień jest również ważny dla działań na miejscu, takich jak ogrzewanie, gotowanie, obrona i kontakty towarzyskie (14).Nawet niewielkie różnice w rozmieszczeniu pożarów poza naturalnymi uderzeniami piorunów mogą zmienić wzorce sukcesji lasów, dostępność paliwa i sezonowość wypalania.Zmniejszenie zadrzewienia i drzew podszytowych najprawdopodobniej zwiększy erozję, a utrata różnorodności gatunkowej na tym obszarze jest ściśle związana z utratą afrykańskich zbiorowisk górskich lasów (25).
W danych archeologicznych sprzed rozpoczęcia MSA kontrola ognia przez człowieka była dobrze ugruntowana (15), ale jak dotąd jego użycie jako narzędzia zarządzania krajobrazem zostało odnotowane tylko w kilku kontekstach paleolitycznych.Należą do nich w Australii.40 ka (36), Highland Nowa Gwinea.45 ka (37) traktat pokojowy.50 ka Jaskinia Niah (38) na nizinnym Borneo.W obu Amerykach, kiedy ludzie po raz pierwszy wkroczyli do tych ekosystemów, zwłaszcza w ciągu ostatnich 20 ka (16), sztuczny zapłon był uważany za główny czynnik rekonfiguracji zbiorowisk roślinnych i zwierzęcych.Wnioski te muszą być oparte na odpowiednich dowodach, ale w przypadku bezpośredniego nakładania się danych archeologicznych, geologicznych, geomorfologicznych i paleośrodowiskowych argument przyczynowości został wzmocniony.Chociaż podstawowe dane morskie dotyczące wód przybrzeżnych Afryki wcześniej dostarczyły dowodów na zmiany pożarowe w przeszłości około 400 ka (9), tutaj przedstawiamy dowody na wpływ człowieka z odpowiednich zbiorów danych archeologicznych, paleośrodowiskowych i geomorfologicznych.
Identyfikacja pożarów spowodowanych przez człowieka w zapisach paleośrodowiskowych wymaga dowodów na aktywność pożarową oraz czasowe lub przestrzenne zmiany roślinności, udowadniając, że zmiany te nie są przewidywane wyłącznie przez parametry klimatyczne, a czasowe/przestrzenne nakładanie się zmian warunków pożarowych i zmian u ludzi zapisy (29) Tutaj, pierwsze dowody powszechnego zasiedlania MSA i formowania się wachlarzy aluwialnych w basenie jeziora Malawi miały miejsce mniej więcej na początku poważnej reorganizacji regionalnej roślinności.85 kart.Obfitość węgla drzewnego w rdzeniu MAL05-1B/1C odzwierciedla regionalny trend produkcji i osadzania węgla drzewnego na poziomie około 150 ka w porównaniu z resztą rekordu 636 ka (rysunki S5, S9 i S10).To przejście pokazuje istotny wkład ognia w kształtowanie składu ekosystemu, którego nie da się wytłumaczyć samym klimatem.W sytuacjach pożarów naturalnych wybuch pioruna zwykle następuje pod koniec pory suchej (39).Jeśli jednak paliwo jest wystarczająco suche, w każdej chwili może dojść do pożaru spowodowanego przez człowieka.W skali sceny ludzie mogą stale zmieniać ogień, zbierając drewno opałowe spod lasu.Końcowym rezultatem każdego rodzaju pożaru spowodowanego przez człowieka jest to, że może on spowodować większe zużycie roślinności drzewiastej, utrzymujące się przez cały rok i we wszystkich skalach.
W Afryce Południowej już 164 ka (12) stosowano ogień do obróbki cieplnej kamieni narzędziowych.Już w 170 ka (40 ka) ogień był używany jako narzędzie do gotowania bulw skrobiowych, z pełnym wykorzystaniem ognia w czasach starożytnych.Zamożna sceneria podatna na zasoby (41).Pożary krajobrazowe zmniejszają pokrywę nadrzewną i są ważnym narzędziem utrzymania środowisk łąkowych i leśnych, które są elementami definiującymi ekosystemów, w których pośredniczy człowiek (13).Jeśli celem zmiany roślinności lub zachowania ofiary jest zwiększenie wypalania spowodowanego przez człowieka, to zachowanie to oznacza wzrost złożoności kontrolowania i rozmieszczania ognia przez wczesnych współczesnych ludzi w porównaniu z wczesnymi ludźmi i pokazuje, że nasz związek z ogniem przeszedł przesunięcie współzależności (7).Nasza analiza dostarcza dodatkowego sposobu na zrozumienie zmian w wykorzystaniu ognia przez ludzi w późnym plejstocenie oraz wpływu tych zmian na ich krajobraz i środowisko.
Ekspansja wentylatorów aluwialnych z późnego czwartorzędu w rejonie Karonga może być spowodowana zmianami w sezonowym cyklu spalania w warunkach większych niż przeciętne opadów, co prowadzi do zwiększonej erozji zbocza wzgórza.Mechanizmem tego zjawiska może być reakcja skali zlewni wywołana zaburzeniami wywołanymi pożarem, nasilona i utrzymująca się erozja górnej części zlewni oraz ekspansja wentylatorów aluwialnych w środowisku podgórskim w pobliżu jeziora Malawi.Reakcje te mogą obejmować zmianę właściwości gleby w celu zmniejszenia przepuszczalności, zmniejszenia chropowatości powierzchni i zwiększenia spływu z powodu połączenia warunków wysokich opadów i zmniejszonej pokrywy nadrzewnej (42).Dostępność osadów jest początkowo poprawiana przez oderwanie materiału pokrywającego, a z czasem wytrzymałość gleby może się zmniejszyć z powodu ogrzewania i zmniejszonej wytrzymałości korzeni.Złuszczanie wierzchniej warstwy gleby zwiększa przepływ osadu, który jest kompensowany przez akumulację wachlarzowatą w dół i przyspiesza tworzenie się czerwonej gleby na wachlarzowatej.
Wiele czynników może kontrolować reakcję krajobrazu na zmieniające się warunki pożarowe, z których większość działa w krótkim czasie (42-44).Sygnał, który tu kojarzymy, jest oczywisty w skali tysiąclecia.Analiza i modele ewolucji krajobrazu pokazują, że wraz z zaburzeniami roślinności spowodowanymi powtarzającymi się pożarami, tempo denudacji zmieniło się znacząco w skali tysiąclecia (45, 46).Brak regionalnych zapisów kopalnych, które pokrywają się z obserwowanymi zmianami w zapisach węgla drzewnego i roślinności, utrudnia rekonstrukcję wpływu ludzkich zachowań i zmian środowiskowych na skład zbiorowisk roślinożernych.Jednak duże zwierzęta roślinożerne, które zamieszkują bardziej otwarte krajobrazy, odgrywają rolę w ich utrzymaniu i zapobieganiu inwazji roślinności drzewiastej (47).Nie należy oczekiwać, że dowody na zmiany w różnych składnikach środowiska wystąpią jednocześnie, ale należy je postrzegać jako szereg skumulowanych skutków, które mogą wystąpić w długim okresie czasu (11).Stosując metodę anomalii klimatycznych (29) uważamy działalność człowieka za kluczowy czynnik kształtujący krajobraz północnego Malawi w późnym plejstocenie.Jednak efekty te mogą opierać się na wcześniejszym, mniej oczywistym dziedzictwie interakcji człowiek-środowisko.Szczyt węgla drzewnego, który pojawił się w zapisie paleośrodowiskowym przed najwcześniejszymi datami archeologicznymi, może zawierać składnik antropogeniczny, który nie powoduje tych samych zmian w systemie ekologicznym, co zanotowano później, i nie obejmuje osadów, które są wystarczające, aby z całą pewnością wskazywać na działalność człowieka.
Krótkie rdzenie osadowe, takie jak te z sąsiedniego basenu jeziora Masoko w Tanzanii lub krótsze rdzenie osadowe w jeziorze Malawi, pokazują, że względna liczebność pyłku taksonów trawiastych i leśnych uległa zmianie, co przypisuje się w ciągu ostatnich 45 lat.Naturalna zmiana klimatu ka (48-50).Jednak dopiero długoterminowa obserwacja pyłków jeziora Malawi >600 ka wraz z otaczającym je odwiecznym krajobrazem archeologicznym pozwala zrozumieć klimat, roślinność, węgiel drzewny i działalność człowieka.Chociaż ludzie najprawdopodobniej pojawią się w północnej części dorzecza jeziora Malawi przed 85 ka, to około 85 ka, zwłaszcza po 70 ka, wskazuje, że obszar ten jest atrakcyjny do zamieszkania przez ludzi po zakończeniu ostatniej dużej suszy.W tym czasie nowe lub bardziej intensywne/częstsze używanie ognia przez ludzi jest oczywiście połączone z naturalną zmianą klimatu w celu odtworzenia relacji ekologicznej > 550-ka iw końcu ukształtował się wczesnoprzedrolniczy sztuczny krajobraz (ryc. 4).W przeciwieństwie do wcześniejszych okresów, sedymentacyjny charakter krajobrazu chroni stanowisko MSA, które jest funkcją rekurencyjnej relacji między środowiskiem (dystrybucja zasobów), zachowaniem człowieka (wzorce aktywności) i aktywacją wentylatorów (osadzanie/pochówek na miejscu).
(A) O.400 ka: Nie można wykryć żadnych istot ludzkich.Wilgotne warunki są podobne do dzisiejszych, a poziom jeziora jest wysoki.Zróżnicowana, nieognioodporna osłona nadrzewna.(B) Około 100 ka: Nie ma żadnych danych archeologicznych, ale obecność ludzi można wykryć poprzez napływ węgla drzewnego.W suchych zlewniach występują skrajnie suche warunki.Podłoże skalne jest na ogół odsłonięte, a osady powierzchniowe są ograniczone.(C) Około 85 do 60 ka: Poziom wody w jeziorze wzrasta wraz ze wzrostem opadów.Istnienie człowieka można odkryć za pomocą archeologii po 92 ka, a po 70 ka nastąpi spalenie wyżyn i rozbudowa wachlarzy aluwialnych.Powstał mniej zróżnicowany, ognioodporny system roślinności.(D) Około 40 do 20 ka: Wzrósł wkład węgla drzewnego do środowiska w basenie północnym.Formacja aluwialnych fanów trwała, ale pod koniec tego okresu zaczęła słabnąć.W porównaniu z poprzednim rekordem 636 ka poziom jeziora pozostaje wysoki i stabilny.
Antropocen reprezentuje kumulację zachowań budujących niszę rozwijanych przez tysiące lat, a jego skala jest unikalna dla współczesnego Homo sapiens (1, 51).We współczesnym kontekście, wraz z wprowadzeniem rolnictwa, krajobrazy stworzone przez człowieka nadal istnieją i intensyfikują się, ale są one raczej przedłużeniem wzorców ustanowionych w plejstocenie niż rozłączeniami (52).Dane z północnego Malawi pokazują, że ekologiczny okres przejściowy może być przedłużony, skomplikowany i powtarzalny.Ta skala transformacji odzwierciedla złożoną wiedzę ekologiczną wczesnych współczesnych ludzi i ilustruje ich transformację do naszych dzisiejszych globalnych gatunków dominujących.
Zgodnie z protokołem opisanym przez Thompsona i in., badanie na miejscu i rejestracja artefaktów i charakterystyki bruku na badanym obszarze.(53).Umieszczenie wykopu testowego i wykop w głównym miejscu, w tym pobieranie próbek mikromorfologicznych i fitolitów, było zgodne z protokołem opisanym przez Thompsona i in.(18) oraz Wright i in.(19).Nasza mapa systemu informacji geograficznej (GIS) oparta na mapie badań geologicznych regionu Malawi pokazuje wyraźną korelację między warstwami Chitimwe Beds a stanowiskami archeologicznymi (ryc. S1).Odstęp między geologicznymi i archeologicznymi wyrobiskami badawczymi w rejonie Karonga ma na celu pobranie najszerszej reprezentatywnej próbki (Rysunek S2).Geomorfologia, wiek geologiczny i badania archeologiczne Karonga obejmują cztery główne metody badań terenowych: badania pieszych, archeologiczne doły badawcze, geologiczne doły badawcze i szczegółowe wykopaliska terenowe.Razem, techniki te umożliwiają pobieranie próbek z głównej ekspozycji złoża Chitimwe w północnej, środkowej i południowej części Karonga (ryc. S3).
Badania na miejscu i rejestracja artefaktów i elementów bruku na obszarze badań pieszych odbywały się zgodnie z protokołem opisanym przez Thompsona i in.(53).Takie podejście ma dwa główne cele.Pierwszym z nich jest zidentyfikowanie miejsc, w których zabytki kultury uległy erozji, a następnie umieszczenie w tych miejscach wykopów archeologicznych pod górę w celu przywrócenia reliktów kulturowych in situ z zakopanego środowiska.Drugim celem jest formalne zapisanie rozmieszczenia artefaktów, ich cech i ich związku ze źródłem pobliskich materiałów kamiennych (53).W tej pracy trzyosobowy zespół przeszedł odległość od 2 do 3 metrów w sumie 147,5 kilometra liniowego, przemierzając większość narysowanych łóżek Chitimwe (tabela S6).
Prace najpierw skupiły się na warstwach Chitimwe, aby zmaksymalizować obserwowane próbki artefaktów, a po drugie skoncentrowały się na długich odcinkach liniowych od brzegu jeziora po wyżyny, które przecinają różne jednostki sedymentacyjne.Potwierdza to kluczową obserwację, że artefakty znajdujące się między zachodnimi wyżynami a brzegiem jeziora są związane tylko z korytem Chitimwe lub nowszymi osadami późnego plejstocenu i holocenu.Artefakty znalezione w innych złożach są poza miejscem lokalizacji, przeniesione z innych miejsc w krajobrazie, co widać po ich obfitości, wielkości i stopniu wietrzenia.
Wykopaliska archeologiczne na miejscu i wykopaliska głównego stanowiska, w tym pobieranie próbek mikromorfologicznych i fitolitów, przebiegały zgodnie z protokołem opisanym przez Thompsona i in.(18, 54) oraz Wright i in.(19, 55).Głównym celem jest poznanie podziemnego rozmieszczenia artefaktów i osadów w kształcie wachlarza w większym krajobrazie.Artefakty są zwykle zakopane głęboko we wszystkich miejscach złoża Chitimwe, z wyjątkiem krawędzi, gdzie erozja zaczęła usuwać wierzch osadu.Podczas nieformalnego dochodzenia dwie osoby przeszły obok łóżek Chitimwe, które były wyświetlane jako elementy mapy na mapie geologicznej rządu Malawi.Kiedy ci ludzie natknęli się na ramiona osadu Chitimwe Bed, zaczęli chodzić wzdłuż krawędzi, gdzie mogli obserwować artefakty erozji z osadu.Przechylając wykopy nieznacznie w górę (3 do 8 m) od aktywnie erodujących artefaktów, wykop może ujawnić ich pozycję in situ w stosunku do osadów, które je zawierają, bez konieczności prowadzenia szeroko zakrojonych wykopów bocznych.Doły testowe są umieszczone w taki sposób, aby znajdowały się w odległości od 200 do 300 metrów od najbliższej najbliższej studni, wychwytując w ten sposób zmiany w osadzie złoża Chitimwe i zawartych w nim artefaktach.W niektórych przypadkach wyrobisko testowe ujawniło miejsce, które później stało się pełnowymiarowym miejscem wykopalisk.
Wszystkie doły badawcze rozpoczynają się kwadratem o wymiarach 1 × 2 m, zwrócone są w kierunku północ-południe i są wykopywane w dowolnych jednostkach po 20 cm, o ile kolor, tekstura lub zawartość osadu nie zmienią się znacząco.Zanotuj sedymentologię i właściwości gleby wszystkich wydobytych osadów, które przechodzą równomiernie przez suche sito 5 mm.Jeśli głębokość osadzania nadal przekracza 0,8 do 1 m, przestań kopać w jednym z dwóch metrów kwadratowych i kontynuuj kopanie w drugim, tworząc w ten sposób „schodek”, aby bezpiecznie wejść w głębsze warstwy.Następnie kontynuuj wykopy, aż dotrzesz do podłoża skalnego, co najmniej 40 cm archeologicznie sterylnych osadów będzie poniżej stężenia artefaktów, lub wykopaliska staną się zbyt niebezpieczne (głębokie), aby kontynuować.W niektórych przypadkach głębokość osadzania wymaga rozszerzenia wykopu testowego do trzeciego metra kwadratowego i wejścia do wykopu w dwóch krokach.
Doły badawcze geologiczne wykazały wcześniej, że złoża Chitimwe często pojawiają się na mapach geologicznych ze względu na swój charakterystyczny czerwony kolor.Gdy zawierają rozległe strumienie i osady rzeczne oraz aluwialne osady wachlarzowe, nie zawsze mają kolor czerwony (19).Geologia Otwór testowy został wykopany jako prosty wykop przeznaczony do usunięcia zmieszanych górnych osadów w celu odsłonięcia podziemnych warstw osadów.Jest to konieczne, ponieważ złoże Chitimwe ulega erozji w paraboliczne zbocze wzgórza, a na zboczu znajdują się zapadnięte osady, które zwykle nie tworzą wyraźnych naturalnych części ani wykopów.W związku z tym wykopaliska te odbywały się albo na szczycie złoża Chitimwe, prawdopodobnie doszło do podziemnego kontaktu między złożem Chitimwe a plioceńskim korytem Chiwondo poniżej, albo miały miejsce tam, gdzie należało datować osady terasy rzecznej (55).
Pełnoskalowe wykopaliska archeologiczne są prowadzone w miejscach, które obiecują dużą liczbę zespołów narzędzi kamiennych in-situ, zwykle opartych na dołach testowych lub miejscach, w których można zobaczyć dużą liczbę reliktów kulturowych erodujących ze zbocza.Główne wykopane relikty kultury zostały odzyskane z jednostek sedymentacyjnych wykopanych oddzielnie na kwadracie o wymiarach 1 × 1 m.Jeśli zagęszczenie artefaktów jest duże, jednostką kopiącą jest dziobek o średnicy 10 lub 5 cm.Wszystkie wyroby z kamienia, kości kopalne i ochrę zostały narysowane podczas każdego większego wykopu i nie ma ograniczeń co do wielkości.Rozmiar ekranu to 5mm.Jeśli relikty kultury zostaną odkryte podczas wykopalisk, zostaną im przypisane unikalne odkrycia z rysunkami kodu kreskowego, a numery odkryć w tej samej serii zostaną przypisane do przefiltrowanych odkryć.Zabytki kultury są znakowane trwałym atramentem, umieszczane w workach z wzorami i pakowane razem z innymi reliktami kultury z tego samego tła.Po analizie wszystkie zabytki kultury są przechowywane w Centrum Kulturalno-Muzealnym Karonga.
Wszystkie wykopaliska prowadzone są według warstw naturalnych.Są one podzielone na sploty, a grubość splotu zależy od gęstości artefaktu (na przykład, jeśli gęstość artefaktu jest niska, grubość splotu będzie wysoka).Dane tła (na przykład właściwości osadów, relacje tła oraz obserwacje interferencji i gęstości artefaktów) są zapisywane w bazie danych programu Access.Wszystkie dane dotyczące współrzędnych (na przykład wyniki narysowane w segmentach, wysokość kontekstu, narożniki kwadratowe i próbki) są oparte na współrzędnych Universal Transverse Mercator (UTM) (WGS 1984, Zone 36S).W głównym miejscu wszystkie punkty są rejestrowane za pomocą tachimetru Nikon Nivo C serii 5”, który jest zbudowany w lokalnej sieci jak najbliżej na północ od UTM.Lokalizacja północno-zachodniego narożnika każdego wykopu i lokalizacja każdego wykopu Ilość osadów podano w Tabeli S5.
Sekcja sedymentologii i charakterystyk gleboznawstwa wszystkich wykopanych jednostek została zarejestrowana przy użyciu amerykańskiego Programu Klasy Części Rolnej (56).Jednostki osadowe są określane na podstawie wielkości ziarna, kątowości i charakterystyki ściółki.Zwróć uwagę na nienormalne wtrącenia i zaburzenia związane z jednostką osadu.Rozwój gleby jest determinowany przez akumulację półtoratlenku lub węglanu w glebie podziemnej.Często odnotowuje się również wietrzenie podziemne (na przykład redoks, tworzenie resztkowych grudek manganu).
Miejsce poboru próbek OSL określa się na podstawie szacowania, która facja może dać najbardziej wiarygodną ocenę wieku zakopania osadów.W miejscu pobierania próbek wykopano rowy, aby odsłonić autigeniczną warstwę osadową.Zbierz wszystkie próbki użyte do datowania OSL, umieszczając nieprzezroczystą stalową rurkę (około 4 cm średnicy i około 25 cm długości) w profilu osadu.
Datowanie OSL mierzy wielkość grupy elektronów uwięzionych w kryształach (takich jak kwarc lub skaleń) w wyniku ekspozycji na promieniowanie jonizujące.Większość tego promieniowania pochodzi z rozpadu izotopów promieniotwórczych w środowisku, a niewielka ilość dodatkowych składników na tropikalnych szerokościach geograficznych pojawia się w postaci promieniowania kosmicznego.Przechwycone elektrony są uwalniane, gdy kryształ jest wystawiony na działanie światła, które występuje podczas transportu (zdarzenie zerowania) lub w laboratorium, gdzie oświetlenie następuje na czujniku wykrywającym fotony (np. fotopowielacz lub aparat z naładowanym urządzenie sprzęgające) Dolna część emituje, gdy elektron powraca do stanu podstawowego.Cząsteczki kwarcu o wielkości od 150 do 250 μm są oddzielane przez przesiewanie, traktowanie kwasem i rozdzielanie gęstości, a następnie stosowane jako małe porcje (<100 cząstek) umieszczane na powierzchni płyty aluminiowej lub wiercone w odwiercie 300 x 300 mm. cząstki są analizowane na aluminiowej szalce.Zakopana dawka jest zwykle szacowana przy użyciu metody regeneracji pojedynczej alikwoty (57).Oprócz oceny dawki promieniowania otrzymywanego przez ziarna, datowanie OSL wymaga również oszacowania mocy dawki poprzez pomiar stężenia radionuklidów w osadzie pobranej próbki za pomocą spektroskopii gamma lub analizy aktywacji neutronów oraz wyznaczenie próbki odniesienia dawki kosmicznej Lokalizacja i głębokość pogrzeb.Ostateczne określenie wieku uzyskuje się poprzez podzielenie dawki pogrzebowej przez moc dawki.Jednak w przypadku zmiany dawki mierzonej przez pojedyncze ziarno lub grupę zbóż, potrzebny jest model statystyczny, aby określić odpowiednią dawkę zakopaną, którą należy zastosować.Zakopana dawka jest tutaj obliczana przy użyciu modelu ery centralnej, w przypadku datowania pojedynczych porcji lub w przypadku datowania pojedynczych cząstek, przy użyciu modelu skończonej mieszaniny (58).
Na potrzeby tego badania trzy niezależne laboratoria wykonały analizę OSL.Poniżej przedstawiono szczegółowe indywidualne metody dla każdego laboratorium.Ogólnie rzecz biorąc, stosujemy metodę dawki regeneracyjnej, aby zastosować datowanie OSL do małych porcji (dziesiątki ziaren) zamiast analizy pojedynczych ziaren.Dzieje się tak, ponieważ podczas eksperymentu ze wzrostem regeneracyjnym szybkość odzyskiwania małej próbki jest niska (<2%), a sygnał OSL nie jest nasycony na naturalnym poziomie sygnału.Główną podstawę tej oceny stanowi międzylaboratoryjna zgodność określania wieku, zgodność wyników w obrębie badanych profili stratygraficznych i pomiędzy nimi oraz zgodność z interpretacją geomorfologiczną wieku 14C skał węglanowych.Każde laboratorium oceniło lub wdrożyło porozumienie dotyczące pojedynczego ziarna, ale niezależnie stwierdziło, że nie nadaje się ono do zastosowania w tym badaniu.Szczegółowe metody i protokoły analityczne stosowane przez każde laboratorium znajdują się w materiałach i metodach uzupełniających.
Artefakty kamienne odzyskane z kontrolowanych wykopalisk (BRU-I; CHA-I, CHA-II i CHA-III; MGD-I, MGD-II i MGD-III; i SS-I) są oparte na systemie metrycznym i jakości cechy.Zmierz wagę i maksymalny rozmiar każdego przedmiotu (za pomocą skali cyfrowej do pomiaru masy wynosi 0,1 g; za pomocą suwmiarki cyfrowej Mitutoyo do pomiaru wszystkich wymiarów wynosi 0,01 mm).Wszystkie zabytki kultury są również klasyfikowane według surowców (kwarc, kwarcyt, krzemień itp.), wielkości ziarna (drobne, średnie, grube), jednorodności wielkości ziarna, koloru, rodzaju i pokrycia kory, wietrzenia/zaokrąglenia krawędzi i jakości technicznej (całe lub rozdrobnione) Rdzenie lub płatki, płatki/narożniki, kamienie młotkowe, granaty i inne).
Rdzeń jest mierzony wzdłuż jego maksymalnej długości;maksymalna szerokość;szerokość wynosi 15%, 50% i 85% długości;maksymalna grubość;grubość wynosi 15%, 50% i 85% długości.Przeprowadzono również pomiary w celu oceny właściwości objętości rdzenia tkanek półkulistych (promieniste i Levallois).Zarówno nienaruszone, jak i złamane rdzenie są klasyfikowane zgodnie z metodą resetowania (jednoplatformowa lub wieloplatformowa, promieniowa, Levallois itp.), a łuszczące się blizny są liczone na ≥15 mm i ≥20% długości rdzenia.Rdzenie z 5 lub mniej bliznami 15 mm są klasyfikowane jako „losowe”.Rejestruje się pokrycie korowe całej powierzchni rdzenia, a względne pokrycie korowe każdej strony rejestruje się na rdzeniu tkanki półkulistej.
Arkusz jest mierzony wzdłuż jego maksymalnej długości;maksymalna szerokość;szerokość wynosi 15%, 50% i 85% długości;maksymalna grubość;grubość wynosi 15%, 50% i 85% długości.Opisz fragmenty według pozostałych części (proksymalne, środkowe, dystalne, rozszczepione po prawej i rozszczepione po lewej).Wydłużenie oblicza się dzieląc maksymalną długość przez maksymalną szerokość.Zmierzyć szerokość, grubość i kąt platformy zewnętrznej nienaruszonych i proksymalnych fragmentów warstwy, a następnie sklasyfikować platformy zgodnie ze stopniem przygotowania.Zanotuj pokrycie korowe i lokalizację na wszystkich przekrojach i fragmentach.Krawędzie dystalne są klasyfikowane zgodnie z rodzajem zakończenia (pióro, zawias i górny widelec).Na całym wycinku zapisz liczbę i kierunek blizny na poprzednim wycinku.W przypadku napotkania należy zapisać lokalizację modyfikacji i inwazyjność zgodnie z protokołem ustalonym przez Clarksona (59).W przypadku większości kombinacji wykopów zainicjowano plany renowacji, aby ocenić metody renowacji i integralność osadzania terenu.
Artefakty kamienne odzyskane z dołów testowych (CS-TP1-21, SS-TP1-16 i NGA-TP1-8) opisano według prostszego schematu niż kontrolowane wykopy.Dla każdego artefaktu zarejestrowano następujące cechy: surowiec, wielkość cząstek, pokrycie kory, stopień wielkości, zwietrzenie/uszkodzenie krawędzi, komponenty techniczne i zachowanie fragmentów.Notatki opisowe dotyczące cech diagnostycznych płatków i rdzeni są rejestrowane.
Z odsłoniętych odcinków w wykopach i rowach geologicznych wycięto kompletne bloki osadów.Kamienie te mocowano na miejscu bandażami gipsowymi lub papierem toaletowym i taśmą pakową, a następnie przewożono do Laboratorium Geologicznego Archeologicznego Uniwersytetu w Tybindze w Niemczech.Tam próbka jest suszona w temperaturze 40°C przez co najmniej 24 godziny.Następnie są utwardzane pod próżnią przy użyciu mieszaniny nieaktywowanej żywicy poliestrowej i styrenu w stosunku 7:3.Jako katalizator stosuje się nadtlenek ketonu metylowo-etylowego, mieszaninę żywicy ze styrenem (3 do 5 ml/l).Gdy mieszanina żywicy zżeluje, podgrzać próbkę w temperaturze 40°C przez co najmniej 24 godziny do całkowitego utwardzenia mieszaniny.Utwardzoną próbkę pociąć za pomocą piły do ​​płytek na kawałki o wymiarach 6 × 9 cm, nakleić na szkiełko i zmielić do grubości 30 μm.Uzyskane wycinki skanowano za pomocą skanera płaskiego i analizowano przy użyciu światła spolaryzowanego płasko, światła spolaryzowanego krzyżowo, światła padającego ukośnie i niebieskiej fluorescencji gołym okiem i przy powiększeniu (od x50 do x200).Terminologia i opis cienkich przekrojów są zgodne z wytycznymi opublikowanymi przez Stoops (60) i Courty et al.(61).Glebotwórcze guzki węglanowe zebrane z głębokości > 80 cm przecina się na pół tak, aby można było zaimpregnować połowę i wykonać w cienkich plastrach (4,5 × 2,6 cm) przy użyciu standardowego stereomikroskopu i mikroskopu petrograficznego oraz katodoluminescencji (CL) Mikroskop badawczy .Kontrola rodzajów węglanów jest bardzo ostrożna, ponieważ powstawanie węglanu tworzącego glebę jest związane ze stabilną powierzchnią, podczas gdy tworzenie się węglanu wód gruntowych jest niezależne od powierzchni lub gleby.
Próbki wywiercono z powierzchni przecięcia grudek węglanowych tworzących glebę i podzielono na pół do różnych analiz.Do badania cienkich warstw FS wykorzystał standardowe mikroskopy stereoskopowe i petrograficzne Grupy Roboczej Geoarcheologii oraz mikroskop CL Grupy Roboczej Eksperymentalnej Mineralogii, które znajdują się w Tybindze w Niemczech.Podpróbki do datowania radiowęglowego zostały wywiercone przy użyciu precyzyjnych wierteł z wyznaczonego obszaru liczącego około 100 lat.Druga połowa guzków ma średnicę 3 mm, aby uniknąć obszarów z późną rekrystalizacją, bogatymi wtrąceniami mineralnymi lub dużymi zmianami wielkości kryształów kalcytu.Ten sam protokół nie może być stosowany dla próbek MEM-5038, MEM-5035 i MEM-5055 A.Próbki te są wybierane z próbek luźnego osadu i są zbyt małe, aby można je było przeciąć na pół w celu cięcia cienkiego.Przeprowadzono jednak badania cienkoprzekrojowe na odpowiednich próbkach mikromorfologicznych sąsiednich osadów (w tym brodawek węglanowych).
Przesłaliśmy próbki datowania 14C do Centrum Stosowanych Badań Izotopowych (CAIS) na Uniwersytecie Georgia w Atenach, USA.Próbka węglanu reaguje ze 100% kwasem fosforowym w opróżnionym naczyniu reakcyjnym, tworząc CO2.Niskotemperaturowe oczyszczanie próbek CO2 z innych produktów reakcji oraz katalityczna konwersja do grafitu.Stosunek grafitu 14C/13C zmierzono za pomocą akceleratora spektrometru masowego 0,5 MeV.Porównaj stosunek próbki ze stosunkiem zmierzonym za pomocą standardu kwasu szczawiowego I (NBS SRM 4990).Marmur kararyjski (IAEA C1) jest używany jako tło, a trawertyn (IAEA C2) jest używany jako wzorzec wtórny.Wynik jest wyrażony jako procent współczesnego węgla, a podana nieskalibrowana data jest podawana w latach radiowęglowych (BP lat) przed 1950, przy okresie półtrwania 14C wynoszącym 5568 lat.Błąd jest przytaczany jako 1-σ i odzwierciedla błąd statystyczny i eksperymentalny.Na podstawie wartości δ13C zmierzonej metodą spektrometrii masowej stosunku izotopów, C. Wissing z Laboratorium Biogeologii w Tubingen, Niemcy, podał datę frakcjonowania izotopów, z wyjątkiem UGAMS-35944r mierzonego w CAIS.Próbkę 6887B analizowano w dwóch powtórzeniach.W tym celu wywiercić drugą podpróbkę z guzka (UGAMS-35944r) z obszaru próbkowania wskazanego na powierzchni cięcia.Krzywa kalibracyjna INTCAL20 (tabela S4) (62) zastosowana na półkuli południowej została wykorzystana do skorygowania frakcjonowania atmosferycznego wszystkich próbek do 14C do 2-σ.