西班牙阿塔普埃尔卡考古古人类洞穴沉积物中自生磷酸盐的特征分析与年代测定研究

本研究针对西班牙阿塔普埃尔卡洞穴遗址沉积层中的自生磷酸盐，通过X射线衍射(XRD)、X射线荧光(XRF)及电子自旋共振(ESR)光谱技术进行表征，结合ESR和U系法测定其形成年代。研究发现，7个样本以羟基磷灰石为主，1个为纤磷钙铝石，均受方解石或沉积物污染；年代学分析揭示了中晚更新世（170-180 ka、110-120 ka等）的多期次成矿事件，证实其形成晚于宿主沉积层，为局部成岩过程。成果发表于《Quaternary Geochronology》，为第四纪自生磷灰石的ESR/U系测年提供了方法学参考。

　　

在西班牙北部的阿塔普埃尔卡山脉，一系列洞穴遗址因保存了丰富的古人类化石和旧石器时代遗存而闻名于世。这些洞穴的沉积层中，自生磷酸盐（authigenic phosphate）的形成过程长期困扰着研究者——它们究竟是原始沉积的“时间胶囊”，还是后期地质活动的产物？这个问题直接关系到遗址年代框架的可靠性。更棘手的是，传统测年技术难以精准锁定这类矿物的形成时间，而铀系（U-series）和电子自旋共振（ESR）方法在应用于此类材料时又面临剂量率计算和铀分布不均等挑战。

为破解这一难题，来自西班牙的研究团队对阿塔普埃尔卡遗址群中三个关键洞穴（Gran Dolina、Galería Complex和Sima del Elefante）的8个自生磷灰石样本展开多维度分析。通过X射线衍射（XRD）和X射线荧光（XRF）鉴定矿物组成，结合ESR和激光剥蚀U系测年技术，研究者不仅揭示了这些磷酸盐的化学本质，更首次系统构建了其形成年代序列。论文发表于《Quaternary Geochronology》，为理解洞穴沉积物的成岩历史提供了关键数据。

技术方法上，研究采用XRD/XRF进行矿物表征，ESR测量辐射缺陷浓度，结合铀钍含量测定计算内部剂量率。激光剥蚀U系技术（LA-U-series）实现微区年龄分析，样本来自Gran Dolina等洞穴不同地层单元。

矿物组成与污染特征
XRD分析显示7个样本以羟基磷灰石（hydroxyapatite）为主，1个为纤磷钙铝石（crandallite），所有样本均含有方解石或沉积物杂质。XRF数据表明铀浓度普遍较高（具体数值原文未提供），这对ESR剂量率计算构成挑战。

年代学框架的建立
ESR和U系联合测年揭示多期次成矿事件：Gran Dolina在170-180 ka和110-120 ka有两期磷酸盐形成；Galería Complex在约250 ka和40 ka经历成岩作用；Sima del Elefante可能存在约360 ka的矿化事件。所有年龄均显著晚于宿主沉积层年代，证实其为后生成因。

方法学启示
研究指出ESR测年的关键难点在于高铀浓度导致的内部剂量率估算偏差，且缺乏针对此类材料的α效率（alpha efficiency）参数。LA-U-series数据则显示铀分布的高度空间异质性，反映磷酸盐形成过程的复杂性和非均一性。

结论部分强调，这些自生磷酸盐的形成与局部水文活动而非区域岩溶动力学相关，不同洞穴的成岩事件彼此独立。该研究不仅厘清了阿塔普埃尔卡遗址的成岩时序，更开创性地评估了ESR/U系技术在此类材料中的应用边界——尽管存在铀分布不均等限制，多方法联用仍能有效约束成矿年代。这对于全球其他喀斯特遗址的年代学研究具有范式意义，也为理解古人类遗存的地球化学保存环境提供了新视角。