全新世长江三角洲沉积物磁学参数记录的环境变化及其对史前文化发展的启示

《Estuarine, Coastal and Shelf Science》：Holocene Environmental Changes Recorded by Magnetic Parameters of Sediments in the Yangtze River Delta and Implications for Prehistoric Cultural Development

　　

摘要：长江三角洲（YRD）及其邻近地区保存了丰富的全新世古环境演化和史前文化遗迹档案，为研究气候与文化相互作用提供了理想场所。本研究采用环境磁学分析，结合光释光（OSL）测年年代和粒度数据，对 YZ07 钻孔进行全新世气候事件重构，并评估其对史前文明的影响。结果表明，YZ07 钻孔中的磁学参数记录了温暖湿润的早全新世（约 10.3–8.7 ka），随后在约 8.7–7.5 ka 期间呈现降温趋势，对应于"8.2 ka 事件"。随后的全新世气候最适期（约 7.5–4.3 ka）与马家浜、崧泽和良渚文化的繁荣相吻合，考古遗址的数量和规模显著增加便是证据。相反，约 4.3–3.4 ka 期间磁性矿物浓度的显著下降和磁性粒度的变细反映了"4.2 ka 事件"。这种气候恶化伴随着考古遗址的急剧减少，意味着对环境压力的显著文化响应。这些发现推进了环境磁学在三角洲系统中的应用，阐明了长江三角洲的全新世界气候演化及其在塑造史前文化发展中的作用。

引言
长江三角洲（YRD）位于欧亚大陆和太平洋西部的交汇处，对气候和环境变化敏感。其高沉积速率提供了重建与人类活动相关的气候变化详细记录的宝贵档案（Innes et al., 2014; Dong et al., 2014; Xu et al., 2020; Alberti et al., 2024）。已报告了长江口邻近地区的沉积速率。在杭州湾口外的舟山群岛以北前三角洲地区，最大沉积速率达到约 6.3 m/ka（Wang et al., 2013）。相比之下，长江三角洲北部的钻孔记录表明沉积速率范围为 5 至 20 m/ka（Gao et al., 2017）。气候波动、海平面振荡和长江三角洲的地貌演化构成了区域史前文明的关键自然驱动力（Hori et al., 2002; Innes et al., 2014; Sun et al., 2014; Anthony et al., 2024; Lu et al., 2025）。气候是一个极其关键的自然因子，与人类活动和社会发展紧密相关，从而形成复杂的互动关系（Anwar et al., 2018）。在全新世界气候研究中，研究人员使用各种分析和代用指标技术重建了区域气候演化（Hafsten, 1970; Dahl-Jensen et al., 1998; Mokhov et al., 2020; John et al., 2010; Zhang et al., 2025）。在这一大背景下，全新世见证了几个快速且高频的千年尺度气候扰动——如新仙女木事件、8.2 ka 事件和 4.2 ka 事件，以及百年至千年尺度的极端气候事件，包括洪水和风暴潮（Obrien et al., 1995; Neff et al., 2001; Gupta et al., 2003; Park, 2019; Jiang et al., 2025）。这些气候演化过程往往与早期人类文明的发展紧密交织。尽管不同气候事件的机制和影响程度有所不同，但大多数学者一致认为，早期人类文明的兴起、演化和转变受到特定自然环境条件的制约（Dong et al., 2012; Barnett et al., 2013; Anwar et al., 2018; Chen et al., 2024）。在史前时代，人类改造周围环境的能力有限，气候对人类活动产生了深远影响，并在古代文明的兴起和发展中起决定性作用。自然环境变化对文化发展的影响是通过多种环境子因子的综合影响表现出来的（Leng et al., 2019; Su et al., 2025; Lu et al., 2025）。此外，突发的环境事件——如海侵、洪水、海啸和碎屑流——往往直接决定了人类文明的兴衰（Wang et al., 2018; He et al., 2018; Lin et al., 2025）。

凭借优越的条件，长江三角洲一直是人类定居的首选地点。在该地区发现了数百个新石器时代遗址，大致可分为四个年代阶段：马家浜文化（7.0 – 6.0 ka B.P.）、崧泽文化（6.0 – 5.3 ka B.P.）、良渚文化（5.3 – 4.1 ka B.P.）和马桥文化（4.1 – 3.3 ka B.P.）（Jiaxing Municipal Culture Bureau, 2004; Zhejiang Provincial Institute of Relics and Archaeology, 2005; Zheng et al., 2018）。这些文化遗址的发现和使古环境变化与长江三角洲史前文明兴衰之间的关系成为学术研究的主要焦点。特别是在全球气候变化的背景下，探索气候波动对人类社会的影响具有重要的当代相关性。

环境磁学以其快速、经济且微创的特点，常用于研究长江三角洲沉积物（Thompson and Oldfield, 1986; Chen et al., 2021; Ge et al., 2015; Wang et al., 2025）。这种方法能够快速测量大量样品，并通过多个环境磁学参数的相互验证，能够识别沉积物中磁性矿物的类型、浓度和畴态。此类分析为了解沉积物的起源、搬运、沉积和沉积后变化提供了重要见解（Thompson and Oldfield, 1986; Collins et al., 1997; Ge et al., 2015; Hu et al., 2015; Wang et al., 2018）。然而，在三角洲环境中，磁信号也可能被沉积后成岩作用、水文条件变化下的沉积物混合以及沉积物物源波动所修饰（Thompson and Oldfield, 1986; Ge et al., 2015; Wang et al., 2018）。这些因素可能会使磁学参数的气候解释变得复杂。因此，应结合年代学约束和补充沉积学代用指标来评估环境磁学记录，以提高古环境重构的稳健性。更重要的是，环境磁学参数能够灵敏地捕捉长江三角洲古环境变化的亚轨道尺度波动，作为气候事件的有效指标。这些记录增强了我们对气候事件如何影响史前文明的整体理解（Sun et al., 2014; Wang et al., 2018; Wang et al., 2021）。例如，在上一个冰期，磁化率峰值被广泛用于识别黑尼希事件（Grousset et al., 1993）。对过去 2000 年赤道辐合带（ITCZ）位移的研究表明，14 世纪末至 15 世纪初的极端降雨导致了吴哥文明的崩溃（Tan et al., 2019）。此外，先前的研究利用磁化率和其他环境磁学参数重建了青藏高原东北缘喇家剖面记录的环境演化，从而阐明了喇家遗址史前文化的兴衰（Wang et al., 2021）。然而，根据目前对长江三角洲史前文化的研究，环境演化的磁学证据仍然不足。此外，关于极端气候事件对该地区史前文明的影响尚未达成共识，长江三角洲的史前文化很少被作为一个综合系统进行研究。该地区新石器时代文化的兴衰与环境变化之间的关系具有相当大的研究价值，值得进一步探索。

通过对沉积岩芯 YZ07 的环境磁学分析、光释光（OSL）测年、粒度数据和史前文化考古记录，本研究旨在：(1) 表征不同地层间隔和沉积环境中的磁性矿物组合，并确定其主要控制因子；(2) 确定磁学性质中记录的气候事件的时间，并阐明其环境背景和形成机制；(3) 利用考古数据集分析考古遗址的时空分布；以及 (4) 整合气候事件和史前文化发展的时空模式，揭示气候变率如何影响长江三角洲史前文明的起源和演化。

本研究的结果为长江三角洲的环境演化提供了新的视角，推进了环境磁学在三角洲系统中的应用，并为在全球环境变率背景下理解人类活动与气候变化之间的相互作用提供了科学基础。

章节片段
地理背景
长江发源于海拔约 6000 米的唐古拉山脉，向东流入东海，全长约 6300 公里，流域面积约为 1.94 × 10^6 km^2。沿其流向，河流连接了岷江和汉江等许多支流，并连通了洞庭湖和鄱阳湖等主要湖泊系统，平均年输沙量为 4.78 × 10^8 t，表明沉积物供给丰富（图 1；Milliman）。

样品与方法
YZ07 钻孔（32°5′2.40″N, 121°35′49.20″E）（位于长江三角洲北部）被一分为二：一半用于保存，另一半用于采样和分析（图 1）。样品以 10 cm 间隔收集，共获得 405 个样品用于环境磁学分析。结合岩相特征和 OSL 年代学结果，中晚期全新世三角洲前缘沉积物的沉积速率高达 6 m/ka；因此，10 cm 的采样分辨率可以完全捕捉到百年尺度的变化。

结果
总共 35 个光释光（OSL）测年结果此前已在 Gao et al. (2016, 2017, 2020) 和 Ye et al. (2024) 中解读。测年结果与地层序列之间存在相关性趋势，上部 47 m 沉积物的底部年龄为距今 10.3 ka（图 2）。

全新世 YZ07 钻孔沉积物的磁学特征
沉积物中磁性矿物的类型可以通过 S 比值、热磁（κ–T）曲线和磁滞回线有效地表征（Thompson and Oldfield, 1986; Roberts et al., 1995; Deng et al., 2004）。S 比值反映了低矫顽力和高矫顽力磁性矿物的相对比例。在 YZ07 钻孔中，0–47 m 沉积物的 S 比值范围为 0.77 至 0.97，平均为 0.87，表明以低矫顽力软磁矿物为主，主要

结论
本研究以长江三角洲的 YZ07 钻孔为中心。基于年代学数据，分析了钻孔沉积物的磁学性质，揭示了不同时期和沉积环境中磁性矿物的特征及其主要控制因子。利用磁记录的年代学确定了气候事件的时间，并阐明了其环境背景和潜在原因。此外，使用考古数据研究了

CRediT 作者贡献声明
Yanjun Ge：撰写 – 审阅与编辑。Jiawen Zhao：撰写 – 审阅与编辑，调查。Mingming Ma：撰写 – 审阅与编辑，方法论。Shouyun Hu：撰写 – 审阅与编辑，方法论。Xianbin Liu：撰写 – 审阅与编辑。Lin Zeng：撰写 – 审阅与编辑。Longsheng Wang：撰写 – 审阅与编辑，方法论，资金获取。Guiye Zhang：撰写 – 原始草稿，软件，方法论，调查。

未引用参考文献
Ao and Deng, 2007; Berkelhammer et al., 2012; Gignoux et al., 2011; Li et al., 2024; Thompson et al., 1980。

利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能被视为影响本论文报告的工作。

数据可用性声明
https://pan.baidu.com/s/1mXzHZBQ8ScjN5J3vdUBZOQ?pwd=3hti（提取码：3hti）。引用的气候代用指标数据可在 https://doi.org/10.1007/s00382-017-3664-3 和其他相关出版物中获取。

竞争利益声明
? 作者声明他们没有已知的竞争性经济利益或个人关系，这些关系可能已出现在本论文报告的工作中并产生影响。

致谢
本研究得到了国家自然科学基金（项目编号 42377207 和 42330406）、湖泊科学与环境要素地球物理观测重点实验室开放基金（项目编号 2022SKL005）、中国科学院地球环境研究所黄土与第四纪地质国家重点实验室开放基金（项目编号 SKLLQG2024）以及山东省高校引进和培养人才青年创新团队项目的资金支持。

Guiye Zhang|Longsheng Wang|Shouyun Hu|Mingming Ma|Jiawen Zhao|Yanjun Ge|Lin Zeng|Xianbin Liu
鲁东大学资源与环境工程学院，中国烟台 264025