圣贝纳迪诺洞穴的形成过程与地质年代学：意大利东北部阿尔卑斯山东南麓一处中更新世尼安德特人遗址

《Quaternary Science Reviews》：Formation processes and geochronology of San Bernardino cave, a Middle Pleistocene neanderthal site from the south-eastern Alp foothills (NE Italy)

　　

引言

洞穴沉积物的研究对于重建过去的气候和景观，以及理解人类的适应和行为具有重要意义，为理解人类群体、洞穴和岩棚及其周围环境之间的相互作用提供了独特的见解。此外，对沉积物的年代学分析有助于重建人类居住动态、气候变化和景观转变的时间框架，特别是在那些拥有源于长期研究的广泛考古证据的地区。

本研究旨在 (i) 测定并表征圣伯纳迪诺洞穴（San Bernardino Cave）的沉积物特征，该洞穴是贝里奇山（Berici Hills）的一个旧石器时代中期遗址，贝里奇山是一个位于意大利阿尔卑斯山东麓的低海拔喀斯特高原；以及 (ii) 基于遗址形成过程和对序列中其中一个单元陆地蜗牛的分析，重建古气候框架。此外，通过对受人类活动影响的沉积物进行微形貌研究，我们探索了过去洞穴内的人类存在情况，并评估了相关燃烧特征的性質。最后，我们的研究旨在细化贝里奇洞穴中更新世中期到晚期的地层序列年代框架，并对该地区的形态生成演化具有启示意义。

贝里奇山，构造上由东南部的里维埃拉贝里卡（RB）断层和东北部的斯基奥 - 维琴察（SV）断层界定，界定了一个约 200?km² 的领土，最高海拔达到 444?m 海拔（图 1A）。贝里奇形态单元以河流和喀斯特构造的组合为特征，呈现出板状结构，其北部区域高度破碎，向南逐渐变得更加紧凑。这种复杂且富有层次的地形是长期地貌演化的结果，深受下伏基岩地层的影响，地层范围从中生代白垩纪晚期到新生代始新世早期（Mietto, 1988）。沉积地层包括泥质灰岩（Scaglia Rossa, Scaglia Cinerea, Marne Euganee, Formazione di Priabona），它们极易侵蚀并在西部区域广泛暴露，以及碳酸盐生物碎屑砂岩（Pietra di Nanto, Arenarie di Sant'Urbano）、富含货币虫的钙质砂岩（Calcari Nummulitici）和生物建造灰岩（Castelgomberto Formation）。该地层序被玄武岩流切割，其间穿插着火山碎屑沉积物（火山凝灰岩，爆发式火山角砾岩）（图 1B）。滨海富碳酸盐砂岩（Orizzonte a Cerithium diaboli）构成了最新的沉积物（Mietto, 1988; Mietto and Sauro, 2000; Bassi et al., 2000, 2013; Tusberti et al., 2024）。由于喀斯特环境，高原富含残留沉积物（Mietto, 1988; Mietto and Sauro, 2000）。

高原的上部区域，宽约 2-4?km，长约 10?km，位于东侧（图 1A，编号 1a），连接高原与冲积平原的坡度比西侧更高且更陡峭。喀斯特高原与下伏冲积平原之间这种急剧过渡形成了陡峭的斜坡，偶尔呈现出悬崖般的形态。这些地貌雕刻在渐新世年龄的生物建造岩石上（Tusberti et al., 2024），这些岩石覆盖在由始新世泥岩和 Scaglia Rossa 地层泥质灰岩发育而成的更低且平滑的丘陵之上。更坚固的岩层与高侵蚀性岩性的互层促进了显著岩面的发育，这些岩面经常富含凹陷和洞穴，特别是在 Lumignano 地区。岭脊系统从高原侧面延伸（图 1A，编号 3 和 4），表明由于晚更新世威尼斯平原的河流加积作用，地形起伏受到了降低（Marcolla et al., 2021a）。高原的景观显示出典型的溶蚀洼地特征，以及一些区域干谷和溶蚀洼地的组合。此外，布满坑洼和峡谷状的谷地切割高原的外带，其头部有喀斯特泉，滋养着小溪。

负责贝里奇山形成的地貌生成事件的年代序列跨越了漫长的时期，估计约为 1500 万年（Sauro, 2002），其特征是主要侵蚀特征的形成和散布的陆地沉积。阿尔卑斯造山带与亚平宁造山带相互作用导致贝里奇碳酸盐复合体的隆起（Fantoni and Franciosi, 2010），使得侵蚀地层内发育了喀斯特结构。晚中新世贝里奇碳酸盐的暴露由 San Rocco 和 Pozzolo 的古溶洞填充物所暗示，其中含有粗石英砂和归属于上新世晚期和上新世的植物残骸（Bartolomei, 1958; Cavinato, 1963; Giulini et al., 1981）。在西南区域，带有维拉弗朗期动物遗骸的沉积物可追溯至早更新世（Masini et al., 1995），表明地貌重塑以及喀斯特坑洞和洞穴的同时形成。这些沉积物含有结晶质和变质岩卵石，与高原顶部发现的类似，并归属于河流环境。这可能支持贝里奇山形态结构自中新世以来隆起和出露的模型（Sauro, 2002）。根据这一解释，Pozzolo-Val Liona 和 Brendola 切口（图 1A，编号 2a 和 2b）被视为中中新世至晚中新世期间大型河流在基岩中刻蚀的河曲。Sauro (2002) 认为，梅西期海平面下降（例如，Roveri et al., 2014）可能导致了大型河流的废弃。在这个阶段，当地小溪切割了外围峡谷状的谷地，其岩石底部延伸至现海平面以下（Ghielmi et al., 2010）。

在更新世期间，贝里奇山受到了莱西尼地块持续隆起的影响（Fantoni and Franciosi, 2010），这导致喀斯特过程的深化。阿迪杰河、阿斯蒂科河和布伦塔河河网的发展（Rossato et al., 2013; Marcolla et al., 2021b）仅对地形起伏产生了边缘影响。在贝里奇高原上，古土壤和残留红土沉积物在玄武岩流石和古老的喀斯特表面上发育，与基岩形成急剧接触。这些古土壤表现出完全的脱碳酸作用、黏土淋积、红化作用、耐风化矿物物种的增加以及 Fe 氧化物的丰富。所描述的过程是特征于在钙质基底上形成的红土土壤的铁质淋溶风化（Cremaschi, 1987; Durn, 2003; Peresani and Nicosia, 2015）。喀斯特地貌被深化和扩大，形成了如 Fimon 谷地那样的宽阔凹陷。这些凹陷受到周围斜坡崩积沉积的影响，直到末次冰盛期（LGM）开始。那时，它们被外部的河流淹没，当布伦塔河和阿斯蒂科河在 Tormeno 汇入口时创造了一个大湖（Monegato et al., 2011）。

鉴于地貌的喀斯特性质，众多洞穴主要在贝里奇山的东侧张开，在整个史前和历史时期，猎人、隐士和僧侣在此寻求庇护。贝里奇山著名的洞穴包括 Grotta Maggiore di San Bernardino、Grotta Paina、Covolo di Trene、Grotta Col de la Stria、Grotta and Riparo del Broion 以及 Grotta De Nadale（图 1B）。对这些遗址超过半个世纪的研究产生了重要的考古学、动物考古学和古生物学证据，时间跨度从旧石器时代中期到旧石器时代晚期（Broglio, 1986; Delpiano et al., 2022; Livraghi et al., 2021, 2022; López-García et al., 2019; Peresani, 2015; Peresani et al., 2015;Peresani et al., 2019; Peresani and Porraz, 2004; Romandini and Nannini, 2011; Sala, 1980;Terlato et al., 2018; Terlato et al., 2021;Vidal-Matutano et al., 2022）。

章节摘要

考古背景

圣伯纳迪诺洞穴（以下简称 SBM）在海拔 135?m 海拔的渐新世钙质砂岩悬崖上张开，沿贝里奇喀斯特高原东侧的石灰岩斜坡（GPS 位置 45°25′34.5"N 11°33′24.6"E）。从早更新世晚期到末更新世，低地景观由斜坡过程和阿迪杰河的刻蚀塑造（Marcolla et al., 2021b），其下切将贝里奇山与尤加尼山的西北部分隔开。洞穴上方的喀斯特地貌

材料与方法

实地描述和解释构成了 SBM 沉积物地球考古学研究的基础。对沉积单元及其地层关系的解释考虑了洞穴的地貌特征。此外，周边地区的地质特征在挖掘活动中得到了广泛探索，已被用于重建沉积过程并帮助理解洞穴...之间的相互作用

地层序列

SBM 目前的沉积物——19 世纪末未受采石场破坏的部分——构成了一个复杂的沉积体。它从洞穴内部延伸到外部，在那里过渡为与附近圣伯纳迪诺小洞穴（Grotta Minore di San Bernardino）沉积物融合的碎屑倒石堆。地层序列沿主纵剖面（图 2）、相邻的纵剖面和矢状剖面，以及北墙（图 S5-S6-S7）可见。

暴露的

讨论

在讨论所获得的多学科结果时，我们首先关注年代学（5.1）和地球考古学（5.2）发现，随后将这些结果置于晚中更新世古气候框架内进行情境化（5.3）。我们还考察了这一时期贝里奇山及周边地区的古环境条件（5.4），并将圣伯纳迪诺的沉积序列与其他考古洞穴遗址调查的序列进行比较

结论

本研究的地球考古学和年代学调查表明，圣伯纳迪诺洞穴的单元 VII–单元 IV 地层序列跨越了从 MIS 8 到 MIS 7 并进入 MIS 6 的间隔，如单颗粒光释光测年结果所示。特别是，单元 VI（206.4?±?15.2 ka）与 MIS 7 间冰期条件一致，这得到了软体动物组合的独立支持，而富含黄土的单元 IV 在 MIS 6 期间堆积。

这些年龄数据补充并扩展了

贡献者角色

Diana Marcazzan: 概念化（平等）；调查（主导）；写作 – 审查和编辑（主导）；可视化；资金获取；Lee Arnold: 概念化（平等）；调查（主导）；写作 – 审查和编辑（主导）；可视化；资金获取；Martina Demuro: 概念化（平等）；调查（主导）；写作 – 审查和编辑（主导）；可视化；资金获取；Nigel Thew: 调查（平等）；写作 – 审查和编辑（平等）；可视化；

竞争利益声明

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本论文中报告的工作。

致谢

作者衷心感谢图宾根大学的 C. E. Miller 教授和地球考古学工作组在微形貌分析期间接待 D. Marcazzan 博士，并授予实验室设施访问权。我们还要感谢巴塞尔大学的综合史前和自然科学考古学研究所（IPNA），允许访问 1974 年由 Elisabeth Schmid 采取的用于软体动物分析的样本。圣伯纳迪诺洞穴的挖掘和研究

Diana Marcazzan|Lee J. Arnold|Martina Demuro|Nigel Thew|Giovanni Monegato|Cristiano Nicosia|Sandro Rossato|Mauro Cremaschi|Marco Peresani