海拔差异导致的水文气候变化，促使人类在Sawuer山脉中的Tongtian洞穴进行居住和迁移活动

《CATENA》：Elevational disparity in hydroclimate shifts drove human occupation and abandonment of Tongtian cave in the Sawuer mountains

基于三个泥炭层的花粉和n-烷烃分析，揭示了Sawuer山脉中晚Holocene植被与湿度变化。结果显示约800 BP后持续干旱化与区域变冷共同导致平原定居点废弃，人群向山区迁移。环境对比凸显气候对欧亚草原人类活动的影响。

　　

张东亮|冉敏|塔蒂亚娜·布莱亚哈丘克

中国科学院新疆生态与地理研究所干旱地区生态安全与可持续发展国家重点实验室，中国乌鲁木齐北京南路818号

摘要

在索维尔山脉的通天洞中记录的间断性人类居住年代（约5200-3200年前）被初步归因于全球降温趋势，尽管该定居点周边地区缺乏直接的古气候证据。为填补这一知识空白，我们通过分析三份泥炭沉积物中的花粉和正烷烃生物标志物，重建了植被和气候情况，这些沉积物覆盖了约5600年的时间跨度。研究结果表明，在研究期间该地区经历了逐渐的降温过程，并且水文状况发生了显著变化：在约800年前之前，湿度一直较高；此后则持续下降。在人类居住期间，山区温暖湿润的环境直接促进了植被的生产力。与相邻低地山谷中同时期的干旱条件相比，这种环境差异尤为明显——在极端变暖的情况下，蒸发加剧了水分短缺。低海拔地区的逐渐干燥最终使得平原上的定居点无法持续存在，促使人们迁移到更为适宜的山区环境。

引言

通天洞（北纬47°10′46.18″，东经86°8′12.21″；海拔1826米）位于准噶尔盆地西北部的索维尔山脉东北坡（图1），是中国西北部的一个重要的史前遗址。该遗址提供了从旧石器时代晚期到青铜时代的连续人类居住记录（Zhou等人，2020年）。该地层被划分为七个层次，在T0505和T0103文化层中发现了三种类型的陶器碎片（砂质和黏土质素陶器、点状装饰陶器和雕刻陶器）。这些陶器与属于阿法纳谢沃（Afanasievo）、切穆尔切克（Chemurchek）和安德罗诺沃（Andronovo）文化复合体的细石器一起被发现。动物考古学遗存包括绵羊的骨头、牙齿和粪便，以及鼠兔（Ochotona dauurica ssp. altaina）、田鼠（Microtus oeconomus）和小型鸟类的骨骼（Zhou等人，2020年）。

该遗址的考古意义在于它作为跨欧亚文化交流的关键节点，其沉积物中发现了驯化小麦（Triticum aestivum）和小米（Panicum miliaceum）的遗存（Zhou等人，2020年）。这些发现表明，通天洞是东西欧亚大陆之间农作物传播的重要枢纽（Dong等人，2023年；Zhou等人，2020年）。值得注意的是，约4300年前的地层中发现了小麦遗存与粪便的共存，这使得通天洞成为中国乃至整个东欧亚草原地区最早记录的牧业遗址（Zhang等人，2024c；Zhou等人，2020年）。然而，文化层在约3200年前突然终止，随后沉积物以黄土为主，这一转变被认为反映了区域气候的变化（Zhou等人，2020年）。

通天洞所在的地区主要受西风气候影响，在全新世期间（约11,750–0年前）经历了逐渐的降温和湿润趋势（Zhang等人，2024a）。这种气候特征为理解该地区环境变化与人类活动之间的相互作用提供了关键背景。目前对通天洞定居动态的解释强调温度的波动性，认为最初的人类居住发生在温暖的全新世时期（约8200-4200年前），而在全新世晚期（约4200–0年前）由于气候变冷，人类放弃了该地（Zhou等人，2020年）。然而，这种温度模型存在两个关键局限性：（1）来自阿尔泰山和天山山脉的现有古气候重建数据（距离研究地点超过200公里）反映的是综合的温度-降水信号，而非离散的气候参数；（2）尽管该地区的现代农牧系统对降水变化非常敏感（Dong等人，2023年；Xiang等人，2023年），但索维尔山脉缺乏覆盖全新世晚期的可靠水文气候记录（Zhang等人，2024b）。

为了解决这些不确定性，我们对距离通天洞约10公里的三个泥炭序列（sw1、sw2和sw3）进行了花粉分析。此外，还对sw3进行了正烷烃分析，并将这些数据与之前从sw1和sw2获得的正烷烃记录相结合（Zhang等人，2024b），从而重建了全新世晚期的植被和水分变化。鉴于干旱/半干旱地区人类定居点与自然环境的紧密依赖关系，本研究综合分析了植被动态和水文变化——这两个环境要素与人类生存密切相关。通过这项分析，我们深入评估了这一战略位置的历史定居点建立（由有利气候条件驱动）和废弃（由不利气候异常触发）背后的潜在气候驱动因素，为理解气候变化与人类定居点演变之间的相互作用提供了实证支持。

部分摘录

遗址描述

索维尔山脉呈东西向构造走向，构成了准噶尔盆地西部的最北端地质边界（图1）。这一山脉形成了明显的气候分界线：北部山坡拦截了来自西风系统的湿润空气团，而南部山坡由于地形雨影效应和靠近干旱的准噶尔盆地而更加干燥（Zhang等人，2024b）。这些地形降水模式...

泥炭积累速率

根据贝叶斯年龄-深度模型（图2；Zhang等人，2024b），sw1、sw2和sw3泥炭岩芯的基底年龄分别为约3091年前、约2243年前和约5597年前。通过定量分析泥炭积累速率（PAR，厘米/年），确定了不同的沉积机制。sw1岩芯的颜色从深棕色逐渐变为浅棕色，平均PAR为0.068厘米/年（图2a）。PAR可以分为四个不同的阶段：

索维尔山脉的多指标综合环境信息

通过整合sw1、sw2（Zhang等人，2024b）和sw3岩芯中的正烷烃指标，我们发现三种序列中的正烷烃链长度范围从C₂₁到C₃₃（图7）。然而，三个岩芯中的主要成分存在细微差异。sw1泥炭中奇数C₂₅-C₃₁成分的平均百分比分别为21.62%、22.16%、20.21%和19.50%；sw2泥炭中奇数C₂₇-C₃₁成分的平均百分比分别为19.34%、24.47%和26.88%

结论

这项多指标研究通过分析索维尔山脉中的三个泥炭岩芯，重建了全新世中晚期的环境动态。岩层记录显示了一个逐渐降温的趋势，在约800年前发生了关键的水文变化——在此之前所有岩芯的湿度都较高，此后八个世纪逐渐变得干燥。与阿尔泰地区花粉衍生的降水记录进行比较后，发现了不同的水分驱动因素：

CRediT作者贡献声明

张东亮：撰写——审稿与编辑，撰写——初稿，监督，数据管理，概念构思。冉敏：撰写——初稿，数据管理。塔蒂亚娜·布莱亚哈丘克：撰写——初稿，正式分析，数据管理。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

本研究得到了国家自然科学基金（编号：42471183）、中国科学院青年创新促进会（编号：2022447）和国家自然科学基金（编号：42372219）的财政支持。我们感谢匿名审稿人的宝贵意见，这些意见显著改进了手稿的质量。