贝叶斯模型揭示伊比利亚北部马格达林期海洋放射性碳库效应的物种特异性差异

《Radiocarbon》：Bayesian estimates of the marine radiocarbon reservoir effect during the Magdalenian in northern Iberia

本研究针对伊比利亚北部沿海地区晚更新世马格达林期人类活动年代学构建中的关键问题——海洋放射性碳库效应（MRE）的时空异质性，通过贝叶斯建模分析Tito Bustillo洞穴遗址出土的陆生食草动物骨骼与海洋腹足类贝壳的放射性碳测年数据，首次量化了该地区约18 ka cal BP时期两种常见贝类（Littorina littorea与Patella vulgata）的△R值（分别为-298±44 14C yr和-495±122 14C yr）。结果表明，不同物种的△R值存在显著差异，且与邻近区域同期数据高度吻合，为精确校正该地区古人类遗址年代提供了关键参数，同时揭示了该时期北大西洋边缘海洋环境的稳定性。

　　

在探索旧石器时代晚期人类演化与迁徙历程时，精确的年代框架是重建古人类行为模式的关键。位于伊比利亚北部坎塔布连地区的洞穴遗址群保存了丰富的马格达林期（约20-17 ka cal BP）文化遗产，其中海洋贝类作为人类活动的直接证据常被用于放射性碳测年。然而，海洋样本因碳循环差异普遍存在“表观年龄偏老”现象，即海洋放射性碳库效应（Marine Reservoir Effect, MRE）。这一效应的量化参数△R（局部海洋碳库与全球海洋校准曲线间的差值）具有显著的时空与物种差异性，若未精准校正，将导致遗址年代误判，进而影响对古人类沿海适应策略的解读。

为攻克此难题，由阿斯ier·加西亚-埃斯卡萨加（Asier García-Escárzaga）与里卡多·费尔南德斯（Ricardo Fernandes）领衔的国际团队聚焦坎塔布连地区标志性遗址——蒂托·布斯蒂略洞穴（Tito Bustillo Cave），开展了针对性的年代学研究。该洞穴不仅以壮观的史前岩画闻名，其“生活区”地层更连续记录了马格达林期人类活动。研究人员创新性地联合使用陆生食草动物（如西班牙羱羊Capra pyrenaica和马鹿Cervus elaphus）骨骼与两种优势海洋贝类（常见滨螺Littorina littorea和普通帽贝Patella vulgata）贝壳样本，通过高精度加速器质谱（AMS）放射性碳测年技术，结合地层序列的贝叶斯 chronological modeling（时序模型），首次实现了对该地区马格达林期海洋碳库效应的物种特异性量化。

关键技术方法包括：1）对22份考古样本（陆生动物骨骼与海洋贝壳）进行AMS放射性碳测年，并利用δ¹³C值校正同位素分馏效应；2）基于OxCal软件构建贝叶斯模型，整合IntCal20（陆生样本）与Marine20（海洋样本）校准曲线，引入地层序列约束（如“相”与“边界”函数）优化年代估算；3）采用广义异常值模型检测地层扰动样本，确保△R计算的可靠性；4）通过对比同期陆-海样本校准年龄差，计算局部△R值及其置信区间。

研究结果

1. 遗址年代框架建立

贝叶斯模型将蒂托·布斯蒂略洞穴生活区的地层沉积定年于约18.9–16.9 ka cal BP之间，最古老单元（SU 102）起始于19,840–18,695 cal BP，最新单元（SU 203）结束于17,025–16,450 cal BP，完整覆盖马格达林期。这一结果与基于石器、骨器类型学的传统断代结论高度一致，证实该遗址为研究坎塔布连地区晚冰期人类活动的关键时空坐标。

2. 海洋碳库效应的物种差异

研究首次揭示L. littorea与P. vulgata的△R值存在显著差异（p < 0.05）。对于约18.2 ka cal BP的同期坑穴单元（SUs 106–108），L. littorea的△R值为-298±44 ¹⁴C yr（95% CI: -387至-210 ¹⁴C yr）；而较早单元SU 209（约18.6–18.3 ka cal BP）中P. vulgata的△R值为-495±122 ¹⁴C yr（95% CI: -733至-272 ¹⁴C yr）。尽管L. littorea在SU 209中的△R估计值（-300±124 ¹⁴C yr）与坑穴单元结果相近，但置信区间更宽，反映样本量对精度的影响。

3. 区域环境稳定性验证

本研究获得的P. vulgata△R值（-495±122 ¹⁴C yr）与80公里外Cualventi洞穴同期同物种数据（-426±92 ¹⁴C yr）高度吻合，表明马格达林期坎塔布连中部沿海的海洋碳循环状态空间均一性强，未受短尺度气候波动（如格林兰冰芯记录的GS-2事件）显著扰动。

结论与意义

本研究通过多学科交叉策略，明确了伊比利亚北部马格达林期海洋碳库效应的物种特异性规律，并提出针对性的△R校正值：L. littorea为-298±44 ¹⁴C yr，P. vulgata为-495±122 ¹⁴C yr。这一成果不仅为区域考古年代学提供了可追溯的校准参数，更揭示了不同贝类物种的碳来源差异（如代谢碳掺入或基底碳酸盐摄入）可能是导致△R分异的内在机制。此外，跨遗址数据的吻合性暗示该时期北大西洋边缘海洋环境相对稳定，为后续研究晚冰期海平面变化与古人类资源利用策略提供了重要年代学锚点。论文发表于《Radiocarbon》，其方法论框架（如贝叶斯模型整合地层信息）为全球其他沿海考古遗址的MRE研究树立了新范式。