>>> 2006年第1期
人类最早出现在东北亚高纬度地区的新证据
作者：朱日祥等
潘永信 王红强 史瑞萍 王永成 施光海 吴乃琴
＊本文刊载得到Nature出版集团公司的许可，由邓成龙先生译自：
Zhu R X, Potts R, Xie F, Hoffman K A, Deng C L, Shi C D, Pan Y X, Wang H Q, Shi R P, Wang Y C, Shi G H, Wu N Q. New evidence on the earliest human presence at high northern latitudes in northeast Asia. Nature, 431, 559～562, 2004.
确定早期人类扩散到亚洲的时间是人类演化研究的中心课题之一。在华北泥河湾盆地马圈沟湖相沉积剖面发掘出四层无可争议的石器层。本项研究的磁性地层学结果表明，这四层石器层的年龄介于Olduvai极性亚时和Cobb Mountain事件之间的近34万年时间间隔内。层位最低的旧石器的年龄约1.66 Myr，代表了东亚地区利用石器加工动物遗骨最古老的记录。层位最高的旧石器的年龄约1.32 Myr，可与以前确认的这一地区最古老的小长梁石器层对比。马圈沟的结果表明，人类在东北亚北纬40度的首次出现只略晚于西亚地区，同时指示源自非洲的长途快速扩散可能开始于一个温暖气候期，从而能够使早期人类在一个较长的时期定居于东亚高纬地区。
马圈沟剖面位于泥河湾盆地东部边缘。该剖面以湖相沉积为主，夹湿地和湖滨相沉积，沉积物主要为灰黄色、灰绿色粘土和粉砂质粘土及粉砂。剖面下伏红色侏罗纪火山角砾岩，顶部的黄土沉积已经被剥蚀。该剖面共产出四层石器，从上到下依次为半山（44.3～45.0米）、马圈沟—Ⅰ（65.0～65.5米）、马圈沟—Ⅱ（73.2～73.56米）和马圈沟—Ⅲ（75.0～75.5米）（图二）。
半山石器层（面积2平方米，厚70厘米）于1990年发现并发掘，共95件石制品埋藏于砂砾石质粉砂中。马圈沟—Ⅰ石器层（面积20平方米，厚50厘米）发掘于1993年，从粘土质粉砂中发掘出111件石制品。2001、2002年在马圈沟重新组织发掘，在马圈沟—Ⅱ石器层（面积40平方米，厚36厘米）的黄褐色粘土质粉砂中发掘出226件石制品，在马圈沟—Ⅲ石器层（面积85平方米，厚50厘米）的灰黑色粉砂质粘土中发掘了443件石制品。马圈沟—Ⅲ石器层的沉积物中含丰富的贝壳（如Gyraulus chihliensis和Planorbis youngi）、水生植物（如Trapa sp.）的叶子和果实，指示低能、有机质丰富的湖滨或沼泽环境。本层中原地埋藏石制品的密度整体较低（10.4个/立方米），但石制品和动物化石在整个探方中大约5厘米厚的单元里面可以达到170个/立方米，在单个平方米中可以高达620个/立方米。这个密度接近于非洲上新世—更新世考古地点。马圈沟—Ⅲ层出土的石制品和动物化石保存完好，这可以从保存下来的动物踩踏沉积表面形成的凹坑、石制品非常新鲜的特征以及骨化石表面有石器打击的痕迹和大量由踩踏引起的细小擦痕看出来。
马圈沟的四层石器层出土了无可争议的石器，并显示出反复打击的剥片方式。石制品主要是保存有石片疤的石核和台面、半锥体清楚的石片。每个石器层同时也包含剥过石片的石核，这些石核显示人工打击台面和反复叠压的石片疤。这些石核可以归类为砍砸器、刮削器以及在非洲上新世—更新世石器组合中出现的多面器。马圈沟石核由燧石、砂岩、石英和安山岩等断块打制而成，不同于典型的由火山熔岩卵圆形砾石制成的东非奥杜韦石制品。马圈沟Ⅰ～Ⅲ的石制品相对于十分细粒的沉积物质而言是巨大的碎屑，表明是人类从遗址以外的岩石露头搬运来的。
马圈沟—Ⅲ层的脊椎动物化石（1014个）最有代表性，大部分是象，其他物种包括三门马、桑氏鬣狗、披毛犀、鹿、羚羊、鸵鸟和食肉类等。马圈沟—Ⅲ和半山石器层的哺乳动物与小长梁遗址的典型物种是一致的。由踩踏引起的沉积磨损不利于准确识别利用石制工具屠宰动物的特征。然而，几个鹿、马的长骨头上显示了石制工具打击的特征，显示了早期人类敲骨取髓的行为。虽然在沉积间断期间也有石器和骨化石的堆积，但石器和骨化石表面没有显示风蚀的特征，因此，这些石器和骨化石不是来自不同的层位，而是同时期堆积的。这些有石器加工痕迹的骨头表明，古人类已经能够从马圈沟—Ⅲ石器层中保存的动物身上获取食物。
我们对厚95.6米的马圈沟剖面做了详细的古地磁研究，并与相距1.5公里、厚128.8米的郝家台平行剖面进行对比。郝家台剖面由出露在沟谷中的水平地层组成，保存着泥河湾地层完整的上半部分，上伏全新世土壤和马兰黄土。所有郝家台样品采自天然露头。马圈沟剖面上部75.2米的样品采自天然露头，下面打了两口人工井，以获取更古老的古地磁记录。第一口井位于马圈沟—Ⅲ遗址东南约20米，对应在剖面上的深度范围是75.2～86.2米；第二口井位于遗址西北方向约50米，对应在剖面上的深度范围是75.2～95.6米。马圈沟和郝家台剖面的地层序列可以通过两个显著的标志层进行对比：砾石层（马圈沟剖面45米和郝家台剖面105米深度处）和含软体动物化石的灰黄色粘土层（马圈沟66米和郝家台122.4米深度处）。
磁化率各向异性、热磁分析和磁滞回线测量等岩石磁学测试结果显示，准单畴颗粒的磁铁矿是剩磁的主要载体，并且沉积磁组构自沉积以来没有受到扰动。在检验两剖面古地磁记录的可靠性之后，通过对天然剩磁进行系统退磁建立了两个剖面的磁极性地层。在附录中可以获得完整的岩石磁学和系统退磁信息。
对每个样品通过热退磁或交变退磁去掉次生剩磁之后，获得由特征剩磁向量的方向计算出虚地磁极纬度。然后，利用这些虚地磁极确定两剖面的磁极性地层序列。
在郝家台剖面获得了四个极性带，包括两个正极性带：N1（0～49.0米）和N2（75.8～80.2米）；两个负极性带：R1（49.0～75.8米）和R2（80.2～128.8米）。在马圈沟剖面获得了五个极性带，包括两个正极性带和三个负极性带，这些极性带与郝家台剖面的极性序列对应如下：N2（17.2～22.0米）和N3（85.0～90.5米）；R1（0～17.2米）、R2（22.0～85.0米）和R3（90.5～95.6米）。所有石器层都位于马圈沟剖面的极性带R2内。
由于全新世土壤、马兰黄土及末次间冰期古土壤覆盖于郝家台湖相沉积物之上，说明郝家台剖面的湖相沉积可能延续至中更新世晚期甚至晚更新世，因此，郝家台剖面的磁极性序列可与第四纪标准地磁极性年表对比。具体地说，郝家台剖面的磁极性带N1和N2分别对应于布容极性时和哈拉米洛极性亚时，马圈沟剖面的磁极性带N2和N3分别对应于哈拉米洛极性亚时和奥杜韦极性亚时。因此，马圈沟和郝家台剖面的泥河湾层从稍早于奥杜韦极性亚时开始发育，一直延续到布容正极性时。
这一磁性地层学对比结果得到了生物年代地层学的支持，即半山和马圈沟—Ⅲ层的泥河湾哺乳动物群指示年代为晚上新世—早更新世。另外，两个短的转换场行为（标记为e1和e2）在马圈沟和郝家台的磁极性带R2中都有记录（马圈沟e1：29.5～30.5米，郝家台e1：88.7～89.9米；马圈沟e2：36.5～37.3米，郝家台e2：94.1～94.7米）。考虑到磁极性带R2位于奥杜韦极性亚时顶界与哈拉米洛极性亚时底界之间，持续时间约0.70 Myr，根据平均沉积速率作线性内插，得出e1和e2的年龄分别为1.16 Myr和1.24 Myr。这些年龄值非常接近于Punaruu和Cobb Mountain地磁漂移的40Ar～39Ar年龄，即1.10～1.11 Myr和1.21～1.24 Myr。因此，马圈沟和郝家台两个剖面的地层不仅记录了松山极性时粗线条的磁性地层（即哈拉米洛和奥杜韦正极性亚时），而且还记录了其中的一些精细结构（即Punaruu和Cobb Mountain地磁漂移）。