改进的14C测年方法与新型的230Th/U测年技术用于澳大利亚大型鸟类蛋壳的年代测定：对Genyornis物种灭绝及早期人类抵达萨胡尔地区（Sahul）的启示

《Quaternary Science Reviews》：Improved 14C and novel 230Th/U burial dating of Australian megafaunal avian eggshells: implications for the extinction of Genyornis and early human arrival to Sahul

　　伊丽莎白·M·尼斯波洛（Elizabeth M. Niespolo）、诺-赫恩·金（Noe-Heon Kim）、约翰·索顿（John Southon）、弗朗索瓦·L·H·蒂索特（Fran?ois L.H. Tissot）、吉福德·H·米勒（Gifford H. Miller）
普林斯顿大学地球科学系，美国

**摘要**
晚更新世时期人类抵达澳大利亚的时间可能与澳大利亚巨型动物的灭绝相吻合，并对其产生了影响，其中包括大型不会飞的鸟类——纽顿鸟（Genyornis newtoni）。然而，目前的地质年代测定工具无法确定这些事件的具体时间、速度和顺序，也就无法判断是人类活动还是自然环境变化导致了这些动物的灭绝。纽顿鸟的蛋壳在沉积物中普遍存在，其中一些蛋壳带有烧灼痕迹，这表明人类可能对其进行了捕猎。尽管有多种方法可用于测定蛋壳中的碳14（14C）含量，但实验结果表明，在距今约4.5万年之前，物理和化学预处理方法可能会影响14C测年的准确性。通过对已灭绝的纽顿鸟和现存的澳洲鸸鹋（Dromaius novaehollandiae）的蛋壳进行铀-钍（230Th/U）测年，可以可靠地确定它们的年代。对保存完好的澳洲鸸鹋蛋壳进行的230Th/U测年结果显示，其年代与14C测年结果一致（误差范围为±1-4%，2σ，约2.5万至5万年前）。这些结果支持这样的观点：纽顿鸟在死亡后很快被埋葬，随后其体内的230Th/U系统趋于稳定。薄片岩相学分析也进一步证实了样品适合进行230Th/U测年。最年轻的、保存完好的纽顿鸟蛋壳的14C和230Th/U测年结果也表明其年代约为4.6万至4.4万年前。附近的考古遗址表明，这些遗址与纽顿鸟灭绝的时间大致相当或缺早于其灭绝时间。由于在古生物学和考古学沉积物中均发现了这些蛋壳，因此这些测年方法为研究纽顿鸟的灭绝时间及人类抵达澳大利亚的时间提供了新的途径。

**1. 引言**
根据已知最古老的考古遗址的地质年代数据，人类大约在5.5万年前就已经到达了萨胡尔地区（包括澳大利亚大陆、塔斯马尼亚和新几内亚；图1），因此也就到了澳大利亚。遗传学研究也支持这一时间点（Hudjashov等人，2007；Pedro等人，2020）。人类到来对萨胡尔地区的影响可能是巨大的，从局部焚毁到导致许多陆地巨型动物灭绝（例如Prideaux等人，2010）。另有研究表明，气候变化（尤其是中更新世开始的长期干旱）可能是动物灭绝的原因（Field等人，2013；Hocknull等人，2020；Wroe和Field，2006），但也有研究认为巨型动物的灭绝与气候变化无关（Miller等人，2016；Saltré等人，2016）。通过结合古生物学、考古学和古环境学记录，我们可以追踪人类对新环境的影响及其对巨型动物灭绝的可能影响。

**2. 背景**
随着智人（H. sapiens）从非洲扩散到世界各地，他们开始直接改变环境并获取新的食物来源，其中包括分布在非洲以外地区的巨型动物（体重超过45公斤的动物）。大量考古证据表明人类早在5万年前就已抵达澳大利亚（甚至更早，可达6.5万年前）。虽然许多证据认为人类在5万年前就已抵达澳大利亚（Bradshaw等人，2019；Hamm等人，2016；Norman等人，2022；Veth等人，2017；Roberts等人，1994；Roberts等人，1990），但这些证据主要依赖14C测年方法得出的数据，而这些方法的不确定性较大（约20%）。我们利用了人类首次抵达澳大利亚时当地的巨型鸟类蛋壳进行了研究：现存的澳洲鸸鹋（Dromaius novaehollandiae）和已灭绝的纽顿鸟（Genyornis newtoni）的蛋壳。纽顿鸟和澳洲鸸鹋的蛋壳既存在于古生物学沉积物中，也存在于考古学沉积物中（例如Balme等人，2019；Field等人，2013；Hamm等人，2016；Maloney等人，2018；Miller等人，2016），因此它们为研究人类抵达前后巨型动物的分布提供了重要线索。此外，由于其稳定的低镁方解石成分，这些蛋壳非常适合进行14C和230Th/U测年。

**多测年方法的应用**
我们采用多种测年方法对澳大利亚巨型动物的蛋壳进行了研究：首先评估了不同预处理方法对14C测年的影响；其次评估了先前用于鸵鸟蛋壳的230Th/U测年的有效性（Sharp等人，2019），并将其应用于澳洲鸸鹋和纽顿鸟的蛋壳。

**3. 结论**
目前的研究将人类抵达澳大利亚的时间确定为约6.5万至5万年前，但其确切时间和影响仍存在争议，部分原因是缺乏精确的测年方法。虽然14C测年在大多数样本上的有效范围为4.5万年前至5.5万年前，但在理想条件下仍能达到更长的时间范围（Hogg等人，2020；Cheng等人，2018）。虽然光释光测年技术提高了我们对澳大利亚动物和考古沉积物的理解，但其精度仍有限。为了更准确地揭示人类抵达澳大利亚的时间及其对巨型动物灭绝的影响，需要更精确的测年方法。即使在40至50千年的时间跨度内，14C年代的密度很高，由于与周围环境的小范围碳交换差异，这些年代也可能不够准确，因为非常少量的污染物就可能对接近14C上限的年代产生显著影响。到目前为止，14C测年法一直是这些沉积物的最精确的测定方法，最近测量的样本可以提供高达约55千年的校正年代（Hogg等人，2020年）。现在，加速器质谱（AMS）14C测年法已经广泛应用于古生物学和考古学沉积物的年代测定中（Bird等人，2003年；Janz等人，2009年；Miller等人，2016年；Niespolo等人，2020年；Tryon等人，2015年）。这些测量通常使用生物矿物的碳酸盐部分（占重量的97-99%）而非有机部分（占重量的1-3%），虽然研究骨骼时更倾向于使用分离出的胶原蛋白（占重量的30%）而非生物磷灰石矿物部分或其他有机部分（Sealy等人，2014年），但相比之下，由方解石构成的蛋壳具有更稳定的矿物部分。在一项研究中，研究人员分析了蛋壳的有机部分和矿物部分以及独立的年代数据，发现Dromaius蛋壳的有机部分存在明显的污染（Bird等人，2003年）。尽管有大量的材料可供测量，但在测量碳酸盐部分时仍可能存在因污染物导致的年代偏差。为了消除污染，有人提出通过去除蛋壳上的气孔通道（即用于雏鸟呼吸的开放通道）来提高14C年代的准确性（Loewy等人，2020年），这可能是由于气孔通道中嵌入了错误的14C年代物质。去除风化表面也是蛋壳14C测年准备中的常见做法，因为这些表面更容易被含有碳丰富物质的碎屑污染。对焚烧骨头的测试进一步表明，醋酸（HAc）预处理可以优先去除次级碳酸盐（Lanting等人，2001年；Lanting和Brindley，1998年），这对经常因人为改变而燃烧的蛋壳或从碱性土壤环境中收集的蛋壳尤其重要。尽管有这些发现，但目前还没有系统研究蛋壳碳酸盐的14C测年方法来评估各种潜在污染源的影响。此外，由于在95%置信区间内，接近14C年代上限时的不确定性约为4-13%，因此在确定任何遗址的年代精度和准确性方面存在统计上的限制，从而也影响了澳大利亚事件顺序的精确解析。

对于55千年之后的时期，目前还没有广泛适用的技术能够将这些沉积物的年代误差控制在5%以内（1σ）。最近的研究表明，鸵鸟蛋壳可以通过铀系地质年代学方法进行精确测定（Mackay等人，2022年；Niespolo等人，2021a，2021b；Sharp等人，2019年），但其有效性尚未在澳大利亚的蛋壳样本上得到验证。铀系地质年代学（230Th/U测年，以下简称）是一种成熟的方法，可以提供相对精度低于0.1%（2σ）的准确年代，特别是对于高质量的碳酸盐样本（例如，初始铀浓度高、未结合的钍浓度低），其适用的年代范围可以从几百年前（例如，Niespolo等人，2019年）一直到几千年前（例如，Cheng等人，2018年）。由于蛋壳在化石沉积物中的普遍存在及其作为测年材料的适用性，它们有可能成为许多地区的有前景的U-Th测年工具。在非洲以及地球上许多新居住地区，人类曾利用巨型鸟类的蛋及其壳作为食物和个人用途（例如，工具、珠子、水壶），因此在史前考古遗址中经常发现蛋壳（例如，Brooks等人，1990年；Miller等人，1999a，b；Miller等人，1999a，b）。这些蛋壳由厚度约为几毫米的低镁方解石组成，含有1-3%的有机物，非常适合进行230Th/U测年。然而，与其他高等动物的生物矿物（骨骼、牙齿）一样，蛋壳本身不含初级铀。对来自10多个撒哈拉以南考古遗址的鸵鸟蛋壳进行的激光烧蚀分析显示，大多数样本中的次级铀分布模式与该结构有关（Niespolo等人，2021a；Sharp等人，2019年）。尽管关于澳大利亚蛋壳的230Th/U年代数据较少（Magee等人，2009年），但这些研究通常没有考虑沉积环境中的铀吸收情况。之前的研究通常是对整个蛋壳碎片（或多个碎片）进行整体测量，从而得到开放系统的230Th/U年代（Magee等人，1995年；Miller等人，1999a，b；Rink等人，2003年；Roberts等人，1994年；Schwarcz和Morawska，1993年），或者在极少数情况下，在有独立年代约束的情况下得到沉积年代（Loewy等人，2020年；Magee等人，2009年）。尽管之前的研究已经认识到铀的次级来源（Rink等人，2003年），但它们没有考虑到长期铀吸收导致的年代异质性或铀损失的可能性。

“230Th/U埋藏测年”方法明确考虑了鸵鸟蛋壳在埋藏过程中从土壤孔隙水中吸收铀的情况（Sharp等人，2019年）。这种方法在纠正长期铀吸收的影响后能够提供准确的230Th/U年代，并且其内部可靠性标准使其成为考古和古生物学碳酸盐测年的一个有前景的新方法。例如，这种方法已经为东非和南非的分层考古沉积物（Mackay等人，2022年；Niespolo等人，2021a；Sharp等人，2019年）以及包含侵蚀和原位古生物学及考古材料的开阔景观（Niespolo等人，2021b）提供了从约25千年到120千年的准确年代。重要的是，与需要现场辐射测量的陷阱电荷技术不同，230Th/U测年也可以应用于档案样本（Niespolo等人，2021a；Sharp等人，2019年）。在这里，我们展示了230Th/U埋藏测年在澳大利亚两种新蛋壳类群中的新应用。我们直接比较了同一蛋壳碎片上的230Th/U埋藏年代和AMS 14C年代，以评估两种年代测定方法之间的潜在差异。我们还测试了40千年以上蛋壳的14C测年方法和精确度，包括一些经历过人为改变的蛋壳。

3. 方法
蛋壳样本来自G. Miller收集的档案材料，这些遗址列在表1中，并在图1中表示。样本的选择基于之前的14C和氨基酸消旋作用（AAR）地质年代学研究（Miller等人，2016年），这些研究表明它们至少满足以下一个条件：1）它们保存了已知最年轻的Genyornis蛋壳；2）它们包含50千年以内的Dromaius蛋壳（在14C测年范围内）；和/或3）它们同时包含约50千年前的Dromaius和Genyornis蛋壳。以Z Blowout（地点1，图1B）为例，有证据表明人类活动（例如燃烧）影响了Genyornis蛋壳，提供了人类与Genyornis之间互动的直接证据。根据这些标准，我们获得了以下样本：a) 可以在约50千年的14C范围内直接比较14C和230Th/U的结果；b) 比较同时期的Dromaius和Genyornis蛋壳年代；c) 评估接近50千年限制时的14C年代的可靠性。

表1. 样本地点和遗址ID的目录，包括每个蛋壳片段的UTh编号。物种D：Dromaius novaehollandiae；G：Genyornis newtoni。样本ID表示研究中的每个单独片段所属的物种。样本显示在补充图S1中。有关地点的位置信息，请参阅地点名称和图1。

3.1. 薄片制备
准备了十一个化石蛋壳片段用于薄片岩相学分析，另外还有一个现代鸵鸟蛋壳片段。为了制备薄片，使用带有钻石涂层的细刃珠宝锯从每个古代碎片上切割出至少2-3毫米深的新鲜表面，然后由Wagner Petrographic（犹他州）将其制成30微米厚的薄片，并进行双面抛光，最后不再覆盖盖片。薄片使用Leica DM750P岩相显微镜（Leica Microsystems，德国）进行观察，并用Leica ICC50数码相机进行拍照。

3.2. 14C方法
测试了多种处理澳大利亚蛋壳的方法，以评估哪种方法能够产生更精确的结果。为了测试不同处理方法的影响，一些样本使用了多种处理程序进行测年。在测量蛋壳中的碳酸盐部分之前，首先通过研磨去掉所有样本的外表面，并且大多数样本还钻除了气孔通道，以确保14C样品中不包含附着物质或风化表面。然后，每个样本大约30-50毫克的清洁蛋壳碳酸盐被送到加州加州大学欧文分校的Keck-Carbon Cycle AMS设施进行处理。每个样本在浸出前分别以两种方式之一进行破碎：一种是粗碎至约1毫米且不筛分；另一种是将蛋壳材料破碎并研磨至通过180微米筛子。对于大多数样本，在去除表面和气孔后，材料被破碎并研磨成小于180微米的粉末，并通过盐酸（HCl）化学浸出至少25%的样本，以避免表面现代碳污染，这是其他蛋壳14C测年的常规方法（Bird等人，2003年；Janz等人，2009年）。

为了比较HCl和HAc浸出的效果，我们对一些样本进行了双重处理，分别尝试了两种浸出程序（表3）。三种处理方案如下：方案1：“传统”的HCl预处理，不对破碎后的样品进行筛分；方案2：相同的酸预处理，但在破碎前先去除气孔；方案3：在真空条件下对破碎并研磨至小于180微米的样品进行HAc预处理。这种粉末化和HAc预处理方法最初是为焚烧骨头设计的，用于分离和测年煅烧骨头中的结构碳酸盐（Lanting等人，2001年；Lanting和Brindley，1998年）。由于焚烧骨头会导致骨头晶体结构的重新排列（Shipman等人，1984年），剩余的结构碳酸盐比可溶性碳酸盐离子或微晶次级方解石更具抗酸性。我们的目的是测试这种方法是否优先去除次级方解石或随着时间积累在蛋壳中的吸附碳酸盐离子，这些因素可能导致错误的年轻年代或不准确的14C年代。

表2. 原始和保存良好的Dromaius蛋壳的特征。Genyornis蛋壳也使用类似的标准进行了评估，尽管Genyornis蛋壳中缺乏颗粒化和抗性层。
| 极化方式 | 诊断特征 |
|---------|---------|
| 平面偏振光（PPL） | 颗粒层 | 均匀颜色 |
| 变色 | 减弱的生长线 |
| 抗性层 | 多孔性高 | 填充有次级矿物（主要是方解石） |
| 棱柱层 | 圆丘状线理 | 未观察到差异 |
| 乳突层 | 鸡冠状晶体习性 | 更密集的生长线 |
| 交叉偏振光（XPL） | 颗粒层 | 径向生长，c轴方向多变 |
| 抗性层 | 在XPL中的消光模式延伸到颗粒层 | 抗性层的多孔性消失 |
| 棱柱层 | 次平行柱状晶体习性，生长线不规则 | 未观察到差异；厚颗粒边界可能是重结晶的结果，但在自然生物矿化过程中也可能出现 |

表3. 三种蛋壳处理方法的14C数据比较。所有年代均以未校正的年龄和使用SHCal20校正后的年龄呈现（calib.org校正）。一个样本（M02-A086-1，来自Geny Heaven，位于表格的底部部分）使用多种方法进行了多次测年，以便直接比较并评估每种方法对14C年龄测值的影响及其重复性。样本名称及使用的方法如下：

- 样本M02-A021-1（Dromaius）：先去除孔洞，然后压碎并用HCl处理
- 样本M02-A021-3（Dromaius）：先去除孔洞，然后压碎并用HCl浸出
- 样本M95-A122-1（Dromaius）：先去除孔洞，过滤筛分至粒径<180μm，再用HAc处理

14C年龄及95%置信区间（calBP单位）如下：
| 样本名称 | 方法1 | 方法2 | 方法3 |
|----------------|-----------|-----------|-----------|
| M02-A021-1 | 22,080 | 22,080 | 22,120 |
| M02-A021-3 | 702 | 702 | 668 |
| M95-A122-1 | 25,990 | 25,978 | 668 |
| M95-A122-2 | 26,436 | 26,485 | 644 |
| M96-A055-1 | 25,133 | 25,143 | 25,152 |
| M00-A250-5 | 48,640 | 44,810 | 44,817 |
| M00-A250-7 | 45,781 | 49,089 | 49,529 |
| M96-A041-1 | 44,350 | 44,730 | 46,429 |
| M96-A041-2 | 44,185 | 45,484 | 45,964 |
| M96-A140-1 | 45,410 | 45,345 | 45,345 |
| M96-A140-2 | 44,404 | 44,184 | 44,044 |
| M96-A140-3 | 44,230 | 44,230 | 44,717 |
| M96-A140-4 | 47,080 | 48,541 | [54,980] |
| M14-A130-1 | 25,990 | 25,990 | [54,980] |
| M14-A130-3 | 48,350 | 48,593 | 50,400 |
| M14-A130-5 | 46,422 | 49,386 | 49,386 |
| M10-A713-1 | 46,035 | 46,035 | 48,210 |
| M10-A712-1 | 48,700 | 48,100 | 48,100 |
| M10-A701-1 | 26,470 | 30,355 | 30,618 |
| M10-A730-1 | 25,370 | 29,252 | 29,928 |
| M96-A140-1 | 44,390 | 44,044 | 44,044 |

在所有方法处理后，样品均用去离子水冲洗，干燥，然后在80°C的加热块上使用真空密封试管中的磷酸（H3PO4）进行水解，以释放二氧化碳（方法参考：Santos等人，2004年）。随后通过真空管线捕获二氧化碳，并将其冻结在一个含有铁粉催化剂的小反应管中，再加入氢氣在525°C下将二氧化碳还原为丝状石墨。在二氧化碳进入反应管之前，使用冷冻捕集器（分别使用干冰/甲醇和液氮及真空泵）去除其他气体（主要是水和氮气），以净化样品。所有14C年龄数据均使用南半球校正曲线（SHCal 2020，Hogg等人，2020年）进行校准。14C分析是在美国加利福尼亚州加州大学欧文分校的Keck Carbon Cycle AMS设施中进行的。

**3.3. LA-ICP-MS方法**
Dromaius和Genyornis的蛋壳通过LA-ICP-MS技术检测了铀（U）和钍（Th）的空间分布，以及230Th/U比值测年的可能性。一个现代Dromaius蛋壳以及两种鸟类所有古代蛋壳的元素浓度分析是在加州理工学院的Thermo iCAP RQ电感耦合等离子体质谱仪（ICP-MS）上，配备ESI Pharos 257 nm飞秒激光烧蚀系统进行的。对于所有样品，烧蚀过程使用10%的激光功率（相当于约0.2 J/cm2的注量密度）、10 Hz的频率、70 μm/s的扫描速度和60 μm的光斑大小；标准样品不需要预烧蚀。对于所有样品和标准样品，烧蚀过程使用50%的功率（在该光斑大小下相当于2.3 J/cm2的注量密度）、40 Hz的频率和10 μm/s的扫描速度。43Ca的分析停留时间为0.005秒；238U和232Th的分析停留时间为0.1秒；88Sr的分析停留时间也为0.001秒。

同一现代Dromaius蛋壳的元素浓度数据还在普林斯顿大学的Agilent 8900 QQQ-ICP-MS上，配备ESI Lasers NWRImageGEO 193 nm准分子激光烧蚀系统进行了分析。NIST612和GCT标准样品以及现代蛋壳的烧蚀条件相同：注量密度为3.5 J/cm2、重复频率为15 Hz、扫描速度为10 μm/s、光斑大小为65 μm。蛋壳还经历了1.0 J/cm2的预烧蚀过程。U的浓度数据参考了Grand Canyon Travertine（GCT或LC 190.3，Mertz-Kraus等人，2011年）。43Ca的分析停留时间为0.001秒；238U和232Th的分析停留时间为0.1秒。NIST612和GCT标准样品分别用于优化信号和作为U浓度的基准。

**3.4. 230Th/U地质年代学**
对于230Th/U比值测年，需要至少两个位于棱柱状（栅栏状）晶体层内的空间独立子样本，以应用内部可靠性标准（Sharp等人，2019年）。通过研磨去除风化的边缘，因为这些边缘可能在后期通过化学风化和/或碎屑的混入而积累了额外的U和Th（Sharp等人，2019年），同时避免边缘效应对一维扩散边界条件的影响（参见Kohn，2008年）。大型孔洞（单孔或分支孔道，用于雏鸟呼吸；例如Mikhailov，1997年）也需手动用Dremel工具和牙钻去除，因为这些孔洞可能含有二次沉淀物和埋藏过程中产生的碎屑（Loewy等人，2020年；Sharp等人，2019年）。由于Dromaius和Genyornis的蛋壳厚度约为1毫米，每个子样本是由棱柱状晶体组成的约200-300微米的薄片，其距离蛋壳外表面的距离是通过样品制备过程中的数字卡尺测量精确确定的。不能使用微型铣床钻取所需材料，因为这样可能会将孔内的粉末物质混合进去，而这些粉末可能含有不同年龄的二次沉淀物和富含232Th的碎屑沉积物。从每个Dromaius和Genyornis蛋壳碎片精确位置选择性地研磨出子样本，经过阳离子交换柱色谱分离后，使用Thermo-Fisher NEPTUNE Plus ICP-MS在加州伯克利地质年代学中心进行了溶解态溶质的分析。蛋壳薄片完全溶解在7 N HNO3中，并与含有229Th、233U和236U的混合标准样品平衡。标准样品使用New Brunswick National Lab CRM145铀溶液以及来自美国科罗拉多州Schwartzwalder矿的69 Ma铀矿样品进行校准，这些样品的U-Pb年龄一致（Ludwig等人，1985年），并且234U/238U和230Th/238U比值的结果也一致。U和Th通过与HNO3–HCl的两次阳离子交换反应分离，随后用HNO3和HClO4处理以去除任何残留的有机物质。同位素比值以活性比值的形式呈现，括号中的数字表示该比值。“(230Th/232Th)“比值用于衡量样品中碎屑污染的程度；经过碎屑校正后的比值和年龄是假设碎屑处于长期平衡状态计算得出的。年龄和不确定性使用Isoplot 3.75软件（Ludwig，2010年）进行计算和绘制。

**4. 结果**
**4.1. 薄片岩石学**
为部分Dromaius和Genyornis蛋壳制备了薄片，以评估其保存状况，并将其保存程度与地球化学数据相比较。表2简要描述了用于评估蛋壳保存状态的各个程度；图3提供了每种保存状态的代表性样本（从“保存良好”到“保存较差”）。所有薄片及其描述和显微照片（图S1-S13）都包含在补充材料中。

**图3. 蛋壳的代表性薄片显微照片（平面偏振光下）**。比例尺为500 μm。右上角：蛋壳横截面的示意图，显示了从外表面向内部切割时形成的基本棱柱状和乳头状层结构。A：现代Dromaius蛋壳，具有三个层次的特征：外层的抗侵蚀层或颗粒层、中间的棱柱状层和内部的乳头状层。B、C：古代Dromaius蛋壳（M10-A701-UTh-1，Z矿床；M14-A130-UTh-5，Arcoona Camp），其保存程度不同，尤其是外层的颗粒层；但内部的棱柱状层保存良好。D、E：古代Genyornis蛋壳没有外层颗粒层，但有一层非常薄的垂直层；D中的样本（M10-A712-UTh-1，Z矿床）保存良好，尽管有些发暗；E中的样本（M96-A140-UTh-4，Moppa Collina）保存较差，表现为外层重新结晶的棱柱状层和棱柱状层纹理的变化。

现代Dromaius蛋壳（CT-MEES-1）的保存状态最佳。其外层颗粒层在交叉偏振光下具有明亮的消光特征，而棱柱状层相对较暗。在最外层的颗粒层中有微弱的生长线，抗侵蚀层多孔。保存最差的Dromaius蛋壳M14-A130-UTh-5（来自Arcoona Camp，图3）在最外层的颗粒层中生长线不明显；抗侵蚀层因填充了二次方解石而缺乏孔隙性。棱柱状层与原始蛋壳相同；乳头状层看起来更厚，生长线也不如原始蛋壳明显。其余的考古Dromaius蛋壳的保存状态介于这两者之间。大多数情况下，古代Dromaius蛋壳的抗侵蚀层孔隙中充满了二次方解石，但对棱柱状层和乳头状层的影响较小，除非其保存状况较差。

保存良好的Genyornis蛋壳的特征包括基于EBSD图谱（Grellet-Tinner等人，2016, 2017；Miller等人，2017）确定的三个结构层：一层非常薄的垂直晶体层终止于蛋壳外表面，棱柱状层和乳头状层。对于保存良好的Genyornis蛋壳，乳头状层具有密集且细小的生长线和保存完好的有机核心。在棱柱状层中，晶体整体呈柱状，晶界粗糙。外层具有鳞片状纹理（与蛋壳表面大致平行；Mikhailov，1997），生长线几乎不可见；内部的棱柱状晶体显示出清晰的平行生长线。保存较差的Genyornis蛋壳显示出整个蛋壳中方解石溶解的痕迹。生长线几乎不可见或在两层中都受到遮挡。保存较差的样本中，晶粒宽度较大，晶界较为粗糙。

表2总结了不同保存程度的特征。每个样本及其保存状况的详细描述位于补充材料中。大多数样本保存良好。有一个样本（补充材料）在制备薄片过程中似乎受损，因为它大部分缺失了外表面，但完整的蛋壳碎片没有这种物理损失。

**4.2. 14C结果**
14C结果列在表3中。为了验证预处理方法对年龄结果的影响，对主要年龄超过40千年的样本应用了三种制备方法，因为对于40千年以内的样本，年龄的细微差异影响较小。图4比较了使用方法1和方法2处理的双重测年样本的未校准14C年龄。大多数使用HCl预处理并保留孔洞（方法1）的样本与去除孔洞（方法2）的样本在不确定性范围内呈1:1的比例关系（图4a）。其中一个样本（M96-A140-1，来自Moppa Collina）的两个结果不一致，去除孔洞后，该Genyornis样本的年龄明显偏年轻（43,937 – 42,348 cal BP）。此测试后的所有样本均去除了孔洞，包括所有使用方法3（筛选/HAc浸出法）处理的样本。为了测试不同制备方法的影响，选取了一个Genyornis样本M02-A086-1（来自Geny Heaven），对其应用了所有列出的制备步骤组合。该样本来自一个有Genyornis蛋巢的遗址。它保存完好（即没有物理或化学风化的迹象），且孔道可见（即未被二次碳酸盐和/或碎屑填充）。测试的组合包括：方法1（HCl/不筛选）、方法2（HCl/筛选）、方法3（HAc/筛选）；还测试了通过酸的不同比例（质量比的25%、50%和75%）去除样本质量。这些测试的未校准14C结果见图4（未校准年龄，以便更容易比较平均值和标准差）。总体而言，方法2测得的年龄略小于方法1，但都在各自的不确定性范围内。75% HAc预处理后的校准年龄约为51.9至46.2 ka BP，而其他方法的校准年龄约为49.1至45.0 ka BP。

**图4. A、B：两种制备方法的未校准14C年龄比较。**协议2（HCl/去除孔洞）倾向于得出比协议1（HCl/保留孔洞）更年轻的年龄，而协议3（HAc/去除孔洞，筛选）得出的年龄则略老于协议2。C. 对单个Genyornis蛋壳碎片（M02-A086-1，来自Geny Heaven）使用多种制备方法的比较表明，HAc（方块）特别是协议3（紫色方块）得出的年龄比其他所有方法都更老，这与HAc优先去除次生（年轻）方解石的解释一致。图4b显示了制备协议2和3之间的未校正年龄比较。异常年轻的Genyornis蛋壳M96-A140-1（来自Moppa Collina）也使用了协议3进行测试，其校正后的年龄与协议2相比有所不同。在许多其他情况下，虽然两种方法的年龄有所重叠，但协议3得到的年龄略老。总之，对于未校正的14C年龄在约40至55千年前的样本，去除孔洞会使年龄显得更年轻，但通常仍在包含孔洞的样本的年龄不确定性范围内。其次，更细的粉碎处理和使用弱醋酸预处理相比于标准的异质粉碎和HCl浸提方法会产生略老的年龄（图4c），尽管需要测试更多样本来支持这一观点。

4.3 结果：通过LA-ICP-MS测得的元素浓度
我们首次报告了现存鸸鹋（Dromaius）和已灭绝的Genyornis蛋壳中的空间分辨微量元素浓度。由于230Th/U埋藏测年需要知道蛋壳中的初始238U和常见232Th浓度，因此我们评估了现代Dromaius蛋壳以及大约7至50千年前的古代蛋壳。现代Dromaius蛋壳的剖面显示，在连续的方解石结构中（例如，蛋壳表面内的棱柱层）U浓度接近零，而在晶体结构过渡边界处有不可忽视的初级U和Th。现代Dromaius蛋壳在最外层和最内层含有少量的232Th，在栅栏层中无法检测到Th。

下载：下载高分辨率图像（1MB）
下载：下载全尺寸图像

图5. 现代和古代Dromaius蛋壳中U和Th/U浓度的平均剖面，这些蛋壳的年龄不同且来自不同的地点；平均值是根据四条单独的线条计算得出的。晶体结构根据与外表面的距离标记为：R：抗性层（包括装饰层或颗粒层）；P：棱柱层；C：圆锥层。U含量在棱柱层中最稳定，232Th/238U比率最低。古代蛋壳并未显示出随年龄变化的系统性浓度变化。

相比之下，古代Dromaius蛋壳在整个蛋壳中都有可变的非零238U和232Th浓度。在古代蛋壳中，次生U在最外层的抗性层中最高（[U]约为10^2至10^3 ppb）。一般来说，外层抗性层具有多样的238U模式和较高的232Th含量。[238U]在棱柱区内递减，并在该层中保持相对稳定（约10^1至10^2 ppb，从约0.2到0.7标准化距离）。而在从棱柱层到内表面多孔乳突层的过渡处，[U]接近零（初级值），随后在乳突层中[238U]较高且不规则（[232Th/238U] < 0.01）。这些模式，包括棱柱层中的模式，与鸵鸟蛋壳中的U和Th/U模式相似（Mackay等人，2022年；Niespolo等人，2021a, 2021b年；Sharp等人，2019年）。一些样本的232Th含量较高，这为排除这些样本用于230Th/U测年提供了有用的筛选工具。

在古代Genyornis蛋壳中，虽然没有现代类似物，但我们可以通过研究大量保存良好的到保存较差的蛋壳记录来表征其地球化学特征。图6展示了保存良好的样本和保存较差的样本。在保存良好的样本中，来自不同地理区域、不同年代的样本的[U]模式是一致的。238U直接进入棱柱层，最初浓度较高（约10^3至10^4 ppb），然后降到数十ppb，并在棱柱层中保持相对稳定的值。在许多样本中，棱柱层的U含量比周围晶体层更为一致，但在棱柱层内的较短距离内显示出波动或起伏的模式（与Struthio和Dromaius蛋壳的棱柱层相比）。在乳突层中，像Dromaius和Struthio蛋壳一样，[238U]在样本中的一个点达到最低值，随后在乳突层的其余部分呈现出高且不规则的模式。232Th/238U比率在蛋壳表面内的棱柱层最低，在接触蛋壳的多孔乳突层处最高。232Th/238U比率在棱柱层到乳突层的过渡处增加（图6和补充材料）。

在一个地点（Arcoona Camp，M14-A130），发现了一起Dromaius和Genyornis蛋壳的集合，它们的U和Th/U剖面在图7中一并展示。尽管在最外层表面具有不同的晶体结构，但Dromaius和Genyornis碎片的棱柱层中的[U]浓度相似。232Th/U比率在外表面根据这些不同的蛋壳结构而变化，但对于保存完好的样本来说，它们在棱柱层中的最小值都是相同的。

下载：下载高分辨率图像（993KB）
下载：下载全尺寸图像

图7. 来自Arcoona camp同一集合的相同年代的Dromaius和Genyornis蛋壳的U和Th/U剖面（见图1）。U和232Th/238U模式遵循蛋壳结构，棱柱层中的[U]相似，这表明U的吸收受到当地沉积物孔隙水中U可用性的限制。

4.4 230Th/U年龄
230Th/U年龄来自古代蛋壳的棱柱层。由于蛋壳中的铀是通过沉积后的次级过程吸收的，因此必须评估至少两个蛋壳材料子样本，以确定230Th/U直接年龄模型是否能够反映从外表面到内部的单阶段一维扩散吸收，从而确定埋藏年龄。棱柱层是U快速吸收的区域，在这里[U]剖面最为平坦。评估了来自棱柱层的两个子样本，一个更接近最外层蛋壳表面（外片层，标准化距离约为0.3至0.5），另一个更接近内层蛋壳表面（内片层，标准化距离约为0.5至0.7）（表4）。由于我们没有测量直接接触含U孔隙水的蛋壳外表面的230Th/U年龄，如果样本产生的外片层年龄大于内片层年龄，可以通过将每个子样本的年龄与（外）扩散表面的标准化距离的平方进行比较来确定一个“埋藏”年龄；这基于扩散方程的一维解线性化了年龄与距离之间的关系（Kohn, 2008; Sharp等人，2019）。如果外片层和内片层在1σ不确定性范围内的年龄无法区分，则使用两个结果的加权平均值来计算埋藏年龄。对于产生的外片层年龄小于内片层年龄的样本，只能从内片层年龄推断出最小年龄。

表4. Dromaius（D）和Genyornis（G）蛋壳的230Th/U分析数据和年龄。样本名称以“O”或“I”结束，分别表示外片层或内片层。
| 样本名称 | 标本重量（mg） | U（ppb） | 232Th（ppb） | (230Th/232Th)a | (232Th/238U)± (%) | (234U/238U)± (%) | 未校正年龄（ka） | 残渣校正年龄（ka） | 初始（234U/238U） | 校正年龄（ka BP） | 埋藏或最小年龄（ka BP） |
| ---- | -------------- | -------- | -------- | ------------ | -------------- | -------------- | -------------- | -------------- | -------------- | -------------- |
| M02-A021-1-OD | 41.3 | 210.6 | 10.0 | 16.9 | 10.0 | 153 | 30.3 | 0.2 | 60 | 0.8 | 51 | 1.2 | 37 | 90.1 | 7 | 25.5 | ±0.3 | 24.4 | 1 ±0.6 | 41.2 | 5 | 8 ±0.0 | 30 | 24.3 | 4 ±0.6 | 25.3 | 7 | ±0.3 | 1.2 | 5 | ±0.0 |
| M02-A021-1-I | 53.7 | 81.1 | 17.9 | 1.6 | 78 | 56.9 | 20.0 | 0 | 45 | 4 | 0.5 | 40.2 | 6 | 7 | 0.3 | 90.4 | 1.2 | 37 | ±0.3 | 25.4 | 4 ±0.3 | 1.2 | 5 | ±0.0 |
| M02-A021-3-OD | 70.1 | 38.6 | 0.8 | 52 | 134.0 | 0 | 0 | 195 | 1.1 | 20.2 | 67 | 0.5 | 8 | 1.2 | 36 | 0.2 | 5 | 0.2 | 67 | 0.26 | 26.1 | 3 ±0.2 | 6 | 1.2 | 5 | ±0.0 |
| M02-A021-3-I | 61.9 | 99 | 117.7 | 0.6 | 63 | 145.7 | 0 | 0 | 177 | 0.6 | 0.2 | 65 | 8 | 0.5 | 1.2 | 30 | 27 | 26.1 | 4 ±0.3 | 26.0 | 1.2 | 5 | ±0.0 |
| M02-A086-1-OG | 98.2 | 0 | 104.1 | 4.0 | 348.2 | 70.0 | 1.5 | 8 | 220.3 | 7 | 49.7 | 6 ±0.4 | 49.1 | 0 | 55 | 1.67 | 6 ±0.0 | 57 | 49.0 | 3 ±0.5 | 49.9 | 1 |
| M02-A086-1-I | 120.3 | 188.0 | 11 | 151 | 47.6 | 0 | 40 | 30.7 | 40.5 | 9 | 0 | 41 | 1.5 | 8 | 36 | 0 | 50.2 | 0 | 42 | 49.9 | ±0.4 | 36 | 49.9 | ±0.4 |
| M10-A701-1-OD | 96.4 | 32 | 66.3 | 46.7 | 97 | 4 | 70.0 | 8 | 248 | 0.2 | 50.3 | 69 | 0.5 | 43 | 0 | 35 | 41.7 | ±1.1 | 35 | 2 | 3 ±0.0 | 135 | 1 | 35 | 2 ±0.3 | 183 | ±0.0 |
| M10-A701-1-I | 66.0 | 11 | 29 | 0 | 91 | 11.8 | 50.0 | 25 | 31 | 1.1 | 65 | 1.0 | 32 | 8 | 2.8 | 30 | 88 ±0.4 | 3 | 1.6 | 7 | ±0.0 |
| M14-A130-1-OG | 59.7 | 57 | 0 | 9 | 164.2 | 10.0 | 6 | 4 | 7 | 0 | 8 | 120.6 | 7 | 47 | 0 | 248 | 0.2 | 99 | 0 | 44.7 | ±0.4 | 44.4 | 1 | 26 | 2 ±0.0 |
| M14-A130-3-OG | 70.9 | 57 | 3 | 9 | 47 | 6 | 21 | 74 | 0 | 0 | 29 | 25 | 9 | 46 | 1 | 24 | 4 | 9 | 0 | 24 | 0.3 | 55.9 | ±0.8 | 45 | 3.8 | 1.4 | 1.2 | 67 | ±0.0 |
| M14-A130-3-I | 67.3 | 54 | 7 | 0 | 6 | 45 | 9 | 11 | 38 | 30.3 | 0 | 49 | 7 | 40.7 | 1.2 | 19 | 20.4 | 8 | 56 | 1 ±1.4 | 5 | 2.9 | ±0.1 |
| M14-A130-5-OD | 62.3 | 27 | 4 | 32 | 4.1 | 92 | 25.1 | 20.0 | 179 | 81.6 | 10.4 | 5 | 36 | 0 | 58 | 1.2 | 22 | 0.6 | 120.6 | 150.3 | 4 ±0.9 | 49.0 | 3 ±1.1 |
| M14-A130-5-I | 57 | 44 | 3 | 55 | 1 | 6 | 47 | 0 | 9 | 16 | 4 | 59 | 1 | 23 | 46 | 1 | 22 | 51 | 1.2 | 66 | 5 | 1.2 | 6 | ±0.0 |
| M96-A140-1-OG | 63.5 | 51 | 56 | 17 | 48 | 32 | 8 | 52 | 0 | 155 | 10 | 20.4 | 36 | 5 | 31 | 25 | 1 | 28 | 50.4 | 51 | 1.2 | 6 | ±0.0 |
| M96-A140-1-I | 72 | 50 | 67 | 141 | 8 | 50.0 | 103 | 8 | 47 | 0 | 24 | 8 | 0 | 58 | 1 | 22 | 50.2 | 0 | 8 | 26 | 1 | 86 | ±0.0 |
| M10-A712-1-OG | 78.5 | 41 | 53 | 2 | 199 | 53 | 40.0 | 46 | 9 | 0 | 45 | 0 | 81 | 154 | 0 | 42 | 0 | 50.2 | 8 | 1.1 | 42 | 0 | 135 | 2 ±0.2 |
| M10-A712-1-I | 58 | 141 | 30 | 2 | 53 | 37 | 100 | 6 | 54 | 7 | 0 | 8 | 24 | 8 | 0 | 54 | 1 | 22 | 9 | 0 | 44 | 7 | ±0.4 |
| M14-A130-3-OG | 70.9 | 57 | 3 | 9 | 46 | 7 | 0 | 0 | 29 | 20 | 40 | 0 | 49 | 8 | 0 | 46 | 1 | 24 | 0 | 36 | 55.9 | ±0.8 |
| M14-A130-3-I | 67 | 35 | 47 | 0 | 56 | 45 | 9 | 11 | 32一个Dromaius蛋壳仅提供了一个可靠的年龄，而一个Genyornis蛋壳样本未能通过内部标准来验证其年龄解释的有效性，因此它们没有在图中展示。六个Genyornis蛋壳的两个亚样本的230Th/U结果显示在表4中；其中五个样本提供了可解释的（埋藏或最小）年龄（图8）。经过碎屑校正后的可靠年龄范围为44.41至53.82千年前，不确定性在0.43至2.97千年前之间（0.87%至5.94%，2σ）。较大的不确定性（>4%）与230Th/232Th比值在5到12之间的样本相关；然而，即使对于这些样本，Genyornis蛋壳的230Th/U年龄的不确定性也小于3千年前。五个样本中有四个提供了符合内部可靠性的埋藏年龄；第四个样本提供了内部蛋片的最低年龄（M02-A086-1，来自Geny Heaven），第五个样本由于两个蛋片的230Th/232Th比值<5而无法提供可靠年龄（M10-A713-1，来自Z blowout），这表明碎屑的贡献较大。在提供埋藏年龄的四个样本中，有四个样本的年龄与14C校正结果一致。这些样本的年龄范围在约53至46千年前之间。一个样本M14-A130-1（来自Arcoona Camp）提供的埋藏年龄（46.2 ± 1.2千年前）与所有14C结果（52.7 – 48.4千年前；即使在95%置信区间内也有约1千年的差异）不符。通过观察薄片，这个样本看起来“中等”保存状况，因为棱柱层中的生长线几乎看不见，并且特征普遍变暗。本研究中Genyornis蛋壳的最年轻年龄约为46千年前（M96-A140-1，来自Moppa Collina），其230Th/U埋藏年龄与14C年龄一致，且与Arcoona Camp的样本年龄相似。

5. 讨论
5.1. 使用LA-ICP-MS激光剥蚀数据对保存良好的古老蛋壳进行U和Th/U浓度分析，证实了原始蛋壳结构与U浓度模式的变化以及钍的存在（通过检测232Th/238U比值来确定；图5、图6、图7）。虽然没有现代Genyornis蛋壳来评估原始U的存在与否，但Dromaius蛋壳栅栏层中不可测量到的U的存在（图5，补充图S16）使人们相信这不仅是鸵鸟蛋壳的特征，也是其他鸟类的特征。这与高等动物不将U纳入其骨骼和牙齿等生物矿物的知识一致。古代Dromaius和Genyornis蛋壳显示出在大多数蛋壳中U吸收的清晰且一致的模式。激光剥蚀图谱表明U从外表面扩散到棱柱层，然后在过渡到密集方解石的外乳突层时降至最低[U]值。[U]在乳突层中不稳定，似乎没有从内表面进入棱柱层。这可能是由于在棱柱层到乳突层晶体过渡处存在一个致密的方解石区域，正如在鸵鸟蛋壳中观察到的那样（Richards等人，2000年）。232Th/238U比值在晶体边界和含有次生污染物的宏观孔隙中较高（?0.1），而在棱柱层中最低（?0.01）。这表明U在棱柱层中的吸收较快且污染较少（通过232Th），类似于鸵鸟蛋壳的栅栏晶体，并证实棱柱层是最适合进行230Th/U测年的材料。尽管这种观察在事后看来可能是显而易见的，但Dromaius蛋壳样本的[U]图谱是首次对具有不同于鸵鸟蛋壳的外表面矿物结构的任何蛋壳进行的评估，因为它们有一个抗颗粒的外层并带有装饰（图3）。Genyornis蛋壳通常被认为缺乏类似于鸵鸟蛋壳的垂直晶体层的外结构，尽管一些作者认为存在这样的层（Grellet-Tinner等人，2017年；Grellet-Tinner等人，2016年；Miller等人，2017年）；Genyornis蛋壳也有与其他分类单元不同的孔结构，因此不清楚这些结构如何影响[U]模式。由于扩散模型依赖于U从外表面进入并在棱柱层中快速吸收，在这项工作之前，尚不清楚澳大利亚蛋壳是否也会保留相同的U吸收模式。Dromaius和Genyornis蛋壳棱柱层中相对平坦的[U]图谱表明，虽然外层矿物结构对棱柱层是一个物理屏障，但它们并不是阻止U快速吸收的地球化学屏障。这对于研究具有不同外层矿物结构的其他蛋壳分类单元也有进一步的意义：例如，Casuarius spp.（鹤鸵）和Rhea spp.（美洲鸵）的蛋壳具有与Dromaius蛋壳相似的装饰；Dinornithiformes（恐鸟）和Aepyornithiformes（象鸟）的蛋壳具有类似的孔和矿物结构（Choi等人，2023年）。有几个地点的同期Dromaius和Genyornis蛋壳揭示了U的来源和上限是否是土壤孔隙水中的U含量，正如先前研究所假设的那样（Niespolo等人，2021a；Sharp等人，2019年）。如果[U]从外表面进入蛋壳的棱柱层，那么U必须来源于蛋壳外的局部环境，即土壤和土壤孔隙水渗出物。图7显示了一个地点（M14-A130，来自Arcoona Camp）的蛋壳中[U]和232Th/238U的比较，这些蛋壳的年代接近14C测年的限制，大约在45千年前至54.7千年前（表3，表4）。尽管这些蛋壳的棱柱层和接触土壤渗出物的表面结构有显著差异，但所有蛋壳的棱柱层中的[U]含量相似。由于U模式相对平坦，它们表明U快速进入棱柱层（即高扩散性，如果是扩散受限的话）；也许一旦U穿过较慢的外部缓冲层（无论是Dromaius蛋壳的抗性层，还是鸵鸟或Genyornis蛋壳的垂直层），U就会迅速被吸收并分布到棱柱层中。这一点得到了230Th/U年龄的支持，在大多数情况下，内层和外层棱柱层亚样本之间的年龄没有区别，并且与14C年龄一致（测定蛋壳生物矿化的时间）。一些样本（例如图6）没有显示出特征的U和Th模式，也不遵循蛋壳的生物矿物结构。某些碎片的238U模式不规则，经常伴随着蛋壳内部的232Th/238U比值较高。与薄片的比较表明这些样本已经重结晶（补充材料，图S12和S13）。在这些情况下，激光剥蚀结果非常有帮助，可以停止进一步的测年工作，节省时间和昂贵的230Th/U地质年代测定成本。此外，对于无法使用激光剥蚀ICP-MS的研究人员，也可以先通过检查薄片来预筛选样本。

5.2. 使用230Th/U进行测年
十个样本接受了230Th/U测年（四个Dromaius样本和六个Genyornis样本；表4）。如果以下假设成立，则230Th/U埋藏年龄可以解释为沉积时代的年龄：1) [U]的模式表明U从外表面进入棱柱层并被保留；2) 块片的230Th/U年龄表明其发生在沉积环境中的埋藏之后；3) 在一个离散的时间间隔内。图8显示了这三个Dromaius和五个Genyornis样本，这些样本可以完全验证这些假设，因为它们的Th碎屑校正影响较低（(230Th/232Th) > 5）。一个Dromaius样本满足计算埋藏年龄的标准，另外两个提供了最低年龄（图8）。一个Dromaius样本只提供了一个（内部块片）年龄（M10-A701-1），因为外部块片的碎屑贡献较高；另一个Genyornis样本的两个块片的230Th/232Th比值<5，因此无法评估碎屑校正后的年龄（M10-A713-1）。这两个样本都来自Z blowout；第三个来自Z blowout的样本（M10-A712-1）的碎屑Th含量也相对较高，但仍足以进行碎屑校正后的年龄评估，尽管精度低于典型的230Th/U测年（表4；约4-6%的2σ不确定性）。也许这个地点的沉积物中含有更多的Th；未来对Z blowout的更多样本分析将有助于阐明该地点高碎屑Th的原因。四个Genyornis样本满足计算埋藏年龄的标准，其中一个样本仅提供了内部块片的最低年龄（图8）。

图9显示了Dromaius蛋壳的14C和230Th/U年龄的比较。一个样本从两个亚样本（M02-A021-3，来自Darling Lakes）得出了埋藏年龄，并与其14C校正年龄一致。其他三个Dromaius蛋壳样本提供了最低年龄，其中两个与14C校正年龄一致。其中一个样本仅有一个可靠年龄，因为外部亚样本中的碎屑Th含量较高（M10-A701-1，来自Z blowout）。激光剥蚀图谱显示棱柱层外部的232Th含量较高（通过升高的232Th/238U比值）（补充材料图S18）。

图10显示了Genyornis蛋壳的14C和230Th/U年龄的比较。六个Genyornis样本中的三个（M96-A140-1来自Moppa Collina，M10-A712-1来自Z blowout，M14-A130-3来自Arcoona Camp）的230Th/U埋藏年龄也与14C校正年龄一致。一个Genyornis样本提供了最低的230Th/U年龄，与配对的14C年龄重叠（M02-A086-1来自Geny Heaven）。另一个样本（M10-A713-1，来自Z blowout）由于共同的Th含量较高，无法与14C结果进行比较。最后，一个样本没有提供准确的230Th/U埋藏年龄，只有一个最低年龄（M14-A130-1，来自Arcoona Camp）。它提供了一个明显的埋藏年龄，但观察薄片中的蛋壳成岩作用表明它可能反映了后期成岩作用和/或二次埋藏期间的叠加，而不是初始埋藏时间。该地点的其他样本提供的230Th/U埋藏年龄与其14C结果一致（Genyornis样本-3和Dromaius样本-5），因此与Z blowout的样本不同，这个错误样本在这个地点显得是个例外。最后，这里研究的最年轻的Genyornis样本（M96-A140-1，来自Moppa Collina）约为46至44千年前，其年龄与两种方法的结果一致。这一结果与先前关于Genyornis在约47千年前灭绝的观点一致（Miller等人，2016年），尽管现在精度更高，我们可能能够辨别出灭绝的区域模式（根除）并解决Genyornis在澳大利亚最后一次出现的问题。样品M10-A701-UTh-1（来自Z地点的Dromaius蛋壳）显示出一些碎屑中的Th元素被添加到了棱柱状层的外层。这些样品的年代数据无法仅通过测定蛋壳碎片中230Th/U同位素的比例来解释。从这些例子中可以清楚地看出，将富含碎屑的蛋壳部分纳入测年样本中会对结果产生显著影响：可能会导致年代测定不准确，或者样品受到过多的常见Th元素污染，从而无法对U和Th的同位素测量进行可靠的碎屑校正。此外，如果不考虑U元素在蛋壳中的二次吸收，那么基于230Th/U同位素的数据缺乏用于年代解释的内部可靠性标准。

尽管前面的章节已经概述了如何解释年代数据，但通过分析蛋壳片对的U同位素组成，可以进一步明确埋藏年代的准确性。例如，其他关于陆地碳酸盐的研究已经将(234U/238U)0比值作为碳酸盐沉淀源水U同位素组成的代理指标，并据此推断相对降雨量的变化（例如Griffiths等人，2016年，2010年；Maher等人，2014年；Oerter等人，2016年）。在鸵鸟蛋壳中，(234U/238U)0比值可能反映了土壤孔隙水中的U含量（Niespolo等人，2021a年），即使在较小的空间尺度上，这种含量也可能是不均匀的（例如Maher等人，2014年；Sharp等人，2003年）。然而，如果U元素的吸收和保留过程迅速且在埋藏初期发生，那么单个蛋壳片内的(234U/238U)0比值应该是相似的。对于许多样本而言，年代数据和(234U/238U)0比值支持从外表面开始的一次性、快速的U元素吸收和保留过程。有一个样本（M14-A130-5，来自Arcoona Camp）显示其蛋壳片之间的年代没有差异，且其230Th/U测年结果与14C测年结果一致，但蛋壳片的(234U/238U)0比值存在明显差异（见表4）。这表明在棱柱状层形成过程中后期，有来自沉积物孔隙流体的U元素被添加进来，且这些孔隙流体具有独特的U同位素组成。尽管U元素吸收历程复杂，但这些子样本的230Th/U测年结果仍然与其14C校准年代相符——这表明这一添加事件发生在沉积之后很短的时间内。通过进一步的研究，来自分层沉积物的蛋壳的(234U/238U)0比值可能有助于揭示该地区的古环境信息。

5.3 14C测年及样本制备
初步测试不同的14C测年制备方法表明，不同的化学处理方法可能会影响蛋壳14C测年的准确性。例如，在使用两种不同方法制备蛋壳时，如果样本的年龄在约7000年至45000年之间，即14C测年通常能够获得高置信度准确结果的年龄段内，那么结果会一致；然而，对于距离约55000年14C测年极限较近的样本（约10000年内的样本），则会产生不同的结果，这表明可能存在其他需要考虑的因素。例如，来自围岩的外来碳酸盐可能会引入死碳，从而导致样本年龄偏老和不精确；或者某些现代碳酸盐污染可能只有通过HAc浸?才能去除；此外，测量得到的14C年龄可能存在其他未考虑的不确定性来源。在测试的三种方法中，方法3（粉碎成细粉并使用75%的HAc浸?）似乎更能够有效去除次生碳酸盐，因为HCl浸?方法会使年龄普遍偏年轻。虽然在较年轻的年龄段内这些方法之间的差异可能较小或无法区分，但由于孔隙空间中其他碳酸盐的混入或次生碳酸盐未能被优先浸?，即使是微小偏差也会对接近14C测年极限的样本年龄解释产生显著影响。由于这一时间段与Genyornis或其他相关巨型动物的最后一次出现时间相关，因此在解释蛋壳的14C测年结果时考虑制备方法非常重要。而且，由于大多数蛋壳的14C测年采用了类似方法1和2的预处理方法（如忽略孔隙去除并使用HCl处理），因此某些关键地点可能需要使用这种更新的方法以及230Th/U测年来重新校订年代。

尽管之前的大多数Genyornis蛋壳14C测年采用了更为传统的制备方法1，但这些年代数据表明Genyornis在该时间点之后已经灭绝（Miller等人，2016年）：没有证据证明Genyornis在约46000年前后仍然存在。不同地区的Genyornis样本显示出了更为明显的时间差异：来自西澳大利亚的样本（本研究的M10地点）都比约48000年前更古老，超出了14C测年的校准极限（>54980 cal BP），而来自干旱内陆地区的样本则稍年轻一些（在考虑95%置信区间的情况下，最年轻约为44000 BP）。由于从Miller收集的最年轻沉积物中采集了Genyornis蛋壳样本，如果使用方法3进行更多的14C测年，并结合精度更高的230Th/U测年结果，或许能够更准确地确定这些地区的Genyornis出现时间。将这些数据与氨基酸消旋测年的丰富档案结合起来，后者可以提供相对年龄，同时可以通过精确可靠的放射性同位素年龄来确定绝对时间尺度，从而更精确地判断Genyornis是否在该地区存在过区域性灭绝。

5.4 岩相学指标辅助230Th/U地质年代学研究
我们知道许多鸟蛋壳具有相似的结晶结构（例如Mikhailov，1997年），最近和古老的Dromaius蛋壳以及古老的Genyornis蛋壳的薄片显示，在更新世时间尺度上，方解石的结晶结构（及其微观结构）得到了很好的保存（见图3）。补充材料提供了每个样本的详细保存程度描述，这些描述总结在表2中。表5总结了保存程度、棱柱状层（已测年层）中U和Th的浓度分布模式，以及14C测年和230Th/U测年结果是否一致。配对的激光烧蚀数据和抛光薄片显示，保存良好的岩相学特征的蛋壳与上述U和Th的模式相符。一些在薄片中发生重结晶的蛋壳对应于棱柱状层中不稳定的[U]含量和/或高而不稳定的232Th/238U比值，如M96-A140-4（Genyornis；见图6和补充材料图S14）。因此，薄片可以初步判断一个蛋壳片段是否适合进行230Th/U测年，尤其是在激光烧蚀ICP-MS浓度数据不可用的情况下。然而，激光烧蚀可能是一个更好的筛选工具，因为它可以直接反映碎屑污染的程度，而一致的[U]和Th/U比值以及与蛋壳结构的对应关系也可以推断出相对的成岩作用程度。

表5. 基于薄片和微量元素浓度分布的年龄与保存程度比较。星号表示每个分类单元中保存最好的样本。详见补充材料中的显微照片和样本描述。
| 样本名称 | 分类单元 | 薄片保存程度 | 棱柱状层中的U和Th/U | 14C与230Th/U测年结果是否一致 |
| M02-A021-1D | 中等 | [U]约为100 - 60 ppb，表面光滑；Th/U约为0.01 | 与230Th/U测年结果一致 |
| M02-A021-3D | 无法确定 | [U]约为150 - 45 ppb；Th/U < 0.01 | 与230Th/U测年结果一致 |
| M10-A701-1D | 良好 | [U]约为8 - 5 ppb；Th/U约为0.01 | 与230Th/U测年结果一致 |
| M14-A130-5D | 中等 | [U]约为60 - 30 ppb；Th/U约为0.01 | 与230Th/U测年结果一致 |
| M14-A130-7D | 中等到较差 | [U]约为40 - 25 ppb；Th/U约为0.1 | 与230Th/U测年结果不一致 |
| AM95-A122-1D | 中等 | [U]约为17 - 7 ppb；Th/U从1逐渐降低至0.05 | 与230Th/U测年结果一致 |
| AM96-A055-1D | 中等 | [U]约为50 - 35 ppb，表面光滑；Th/U约为0.005 | 与230Th/U测年结果一致 |
| AM96-A058-1D | 中等 | [U]约为100-45 ppb；Th/U从0.1逐渐降低至0.01 | 与230Th/U测年结果不一致 |
| AM96-A140-4G | 较差 | [U]约为10,000-100 ppb；Th/U约为0.1-0.001 | 与230Th/U测年结果不一致 |
| AM96-A140-1G | 无法确定 | [U]约为160-40 ppb；Th/U约为0.002 | 与230Th/U测年结果一致 |
| M10-A711-1G | 良好 | [U]约为12 - 5 ppb；Th/U约为0.05 | 与230Th/U测年结果一致 |
| M10-A712-1G | 良好 | [U]约为10 ppb；Th/U约为0.01 | 与230Th/U测年结果一致 |
| M10-A713-1G | 良好 | [U]约为16 - 10 ppb；Th/U约为0.1 - 0.01 | 与230Th测年结果不一致；230Th测年结果不可靠 |
| M14-A130-1G | 中等 | [U]约为50 - 20 ppb；Th/U约为0.01 | 与230Th测年结果不一致；230Th测年结果过年轻 |
| M14-A130-3G | 无法确定 | [U]约为75 - 30 ppb，表面不均匀；Th/U约为0.02 - 0.005 | 与230Th/U测年结果一致 |
| M02-A086-1G | 无法确定 | [U]约为70-60 ppb；Th/U约为0.001 | 与230Th/U测年结果一致 |

5.5 对人类到达和Genyornis灭绝的影响
这项研究展示了利用考古和古生物蛋壳进行准确230Th/U埋藏测年的潜力，并优化了预处理方法，以获得接近约50000年14C测年极限的精确14C年龄。由于人类到达时间发生在这一14C测年极限之前或附近，因此通过对考古蛋壳进行230Th/U埋藏测年可以提供评估人类早期到达澳大利亚的新方法。来自Z地点的样本来自固化的、风化的沙丘沉积物，其中包含不同程度烧焦的Genyornis和Dromaius蛋壳，直接证明了人类对Genyornis的捕食行为，从而间接证明了人类在西澳大利亚的存在。该地点的一个Genyornis样本（M10-A712-1）产生了可靠的230Th/U埋藏年龄（50.1 ± 1.8 ka BP；3.6% 2σ），与其14C年龄（>54980 – 48100 cal BP，95%置信区间）一致。另一个Genyornis样本（M10-A713-1）由于含有大量碎屑Th（即230Th/232Th比值低），未能产生可靠的230Th/U测年结果，但其14C年龄与同一地区的M10-712-1样本一致（见表3）。这证实了人类在约50000年前已存在于西澳大利亚，这一结果与该地区的其他考古遗址一致（Balme等人，2019年；Maloney等人，2018年；Norman等人，2022年；Veth等人，2017年）。相比之下，Z地点的样本比南澳大利亚Moppa Collina的最年轻Genyornis样本（M96-A140）更古老，后者三个14C测年样本的年龄在约46000至44000年前之间；M96-A140-1样本的14C年龄也与其对应的230Th/U埋藏年龄一致（46.2 ± 1.2 ka BP；2.6% 2σ）。Z地点与Moppa Collina之间的年龄差异在统计上显著（双尾z检验，p < 0.005），这意味着通过更精确的230Th/U埋藏测年和更准确的14C年龄，可以揭示Genyornis在该地区的区域性灭绝。此外，如果Genyornis在该地区一直存在到约46000-44000年前，那么南部澳大利亚Genyornis的最后出现时间与该地区最古老的考古证据之间存在显著时间差，后者表明人类在Warratyi地区早在49000年前就已存在（Hamm等人，2016年）。Hamm等人提供了来自发掘层最深处的两个蛋壳的中位数未校准14C年龄，他们认为这些蛋壳可能是Genyornis的——鉴于现在确认了这些蛋壳的身份（Demarchi等人，2022年），当时可用的14C校准方法无法对这些非常古老的样本进行校准。使用最近的SHCal 2020（Hogg等人，2020年）方法，两个Warratyi地区的Genyornis蛋壳的校准年龄早于46000 BP，甚至可能超出了校准曲线的末端（>54980 BP；见表6）。这表明Genyornis和人类的存在在46000年前就有重叠。尽管14C年龄的精度较低（95%置信区间约为9%），但230Th/U埋藏测年可以用来判断人类和Genyorns在该地区的重叠存在时间。

表6. 使用SHCal 2020校准的Warratyi地区Genyornis蛋壳的14C年龄
| 样本名称 | 14C年龄 | ±SHCal (cal BP) | 95%置信区间 (WK) |
| --------- | --------- | -------------- | ------------ |
| Wk395 | 2647,300 | 1500 | 46,799 - 52,843；53,333 - [54,980] |
| Wk373 | 348,200 | 1200 | 48,476 - 53,007；53,136 - [54,980] |
| Wk37 | 未提供 | 未提供 | 未提供 |

除了这些年龄的意义外，M10-A712-1的230Th/U埋藏年龄比其14C年龄精确两倍，尽管该样本的[U]含量（13-15 ppb）和230Th/232Th比值相对较低。综合考虑，其他蛋壳可能含有更多的[U]，含有较少的碎屑Th，因此能够产生更精确的年龄——正如本研究中相对2σ误差在1-2%范围内的样本所证明的那样。这表明230Th/U埋藏年龄可以提高Genyornis最后一次出现的时间以及人类早期到达的准确性，只要在考古遗址中存在蛋壳。一些作者报告在大陆一些最古老的地层沉积物中发现了Genyornis和/或Dromaius蛋壳（Balme等人，2019年；Hamm等人，2016年；Maloney等人，2018年）；230Th/U埋藏年龄可以更精确地确定这些地区的早期人类到达时间和与Genyornis的重叠时期。结论：尽管应用于更新世沉积物的测年方法有所改进，但当前的地质年代学工具仍不足以解决与早期人类到达以及澳大利亚动物群/环境变化相关的关键问题。在本研究中，我们发现：1）系统性去除孔隙会使蛋壳中的14C年龄变年轻，但仍处于年龄的不确定性范围内；2）使用弱醋酸去除次生碳酸盐的预处理方案得出的14C年龄比常用的盐酸预处理方案略老。我们将第1点的结果解释为孔隙中含有较老的围岩碳酸盐矿物，而第2点的结果则归因于醋酸优先去除了次生现代碳酸盐。我们还证明了，当从棱柱状层中至少取两个子样本，并且满足埋藏年龄方法的基本假设时，可以对Dromaius和Genyornis的蛋壳进行精确和准确的230Th/U埋藏年代测定。这些假设可以通过U-Th年代数据来明确验证。如果样本符合可信的筛选标准（例如棱柱状层中[U]含量一致且232Th/U比值低、230Th/U年龄能反映从外表面的U吸收和保留情况、以及(234U/238U)比值无法区分），则Dromaius和Genyornis的蛋壳适合用于230Th/U埋藏测年。由于230Th/U测年技术具有高精度，其年龄不确定性可小于样本年龄的0.1%，并且本研究得出的埋藏年龄不确定性小于1%（2σ），因此该技术能够分辨沉积物之间的微小年龄差异，从而确定人类到达的时间与气候或灭绝事件之间的关系。Z遗址的蛋壳表明人类在5万年前就已经存在并与Genyornis共存，而Moppa Collina古生物收藏中的较年轻Genyornis蛋壳显示他们在澳大利亚南部的生存时间可追溯至约4.6-4.4万年前。这比Warratyi避难所发现的早期人类存在的证据更早（包括最底层经过14C测年的Genyornis蛋壳）。借助这一新的应用，230Th/U埋藏测年技术可能有助于厘清人类与Genyornis在该地区共存的具体持续时间。通过从Genyornis蛋壳出现到最终消失的多个地点获取更多230Th/U年龄数据，不仅能够对接近14C方法有效期限的沉积物进行测年，还能为Dromaius和Genyornis蛋壳的相对年龄数据库提供精确的“基准年龄”。除了确定Genyornis的最后消失时间外，这些新的测年技术还有助于明确人类到达澳大利亚的时间。最后，由于蛋壳中的U吸收似乎受其生物矿物结构控制（Kim等人，2024；Niespolo等人，2024），而类似的生物矿物结构在现存Dromaius和已灭绝的Genyornis等鸟类的蛋壳中普遍存在，因此本研究支持其他蛋壳类群也可能适合进行230Th/U埋藏测年。

作者贡献（CRediT）：
E.M.N.：概念提出、数据管理、数据分析、资金筹集、研究设计、方法论制定、项目管理、资源协调、监督、初稿撰写、审稿与编辑。
N.H.K.：数据管理、数据分析、研究设计、初稿撰写、审稿与编辑。
J.S.：概念提出、研究设计、方法论制定、资源协调、审稿。
F.L.H.T.：资金筹集、监督、方法论制定、资源协调、审稿与编辑。
G.H.M.：概念提出、数据管理、资金筹集、研究设计、初稿撰写、审稿与编辑。