Walrus population-specific marine reservoir offsets (ΔR) for calibration of radiocarbon dates: Implications for Arctic chronologies and medieval trade

《The Holocene》：Walrus population-specific marine reservoir offsets (ΔR) for calibration of radiocarbon dates: Implications for Arctic chronologies and medieval trade

　　

海象长期以来在北极生计经济和商业经济中发挥着至关重要的作用，然而对海象来源考古材料进行精确的放射性碳测年却因海洋储库效应的区域差异而变得复杂。本研究基于31个新测年数据和15个既有放射性碳测年数据，这些数据来自已知年龄的多个海象种群标本，涵盖大西洋海象（Odobenus rosmarus rosmarus）和太平洋海象（O. r. divergens）。结果揭示了显著的种群间差异，ΔR值范围从?140（法兰士约瑟夫地群岛）到+295（太平洋），凸显了种群特异性校准的重要性。研究人员为格陵兰西部和加拿大北极地区（中世纪诺斯人象牙贸易的核心区域）计算了合并ΔR值+17±12，并将其应用于挪威特隆赫姆（Trondheim）出土的12件海象喙骨（rostrum）和象牙制品。校准后的年代范围为公元11世纪至14世纪初，证实了看似异常的15世纪后出土物为残余遗物（residual），而非贸易持续的证据。仅基于考古地层年代得出的备选ΔR估计值?110±35表明，海象捕获与最终埋藏之间可能存在时间差。这些发现证明了已知年龄海象ΔR数据在完善北极开发与远距离贸易年代学方面的价值，同时强调了考古测年中溯源研究（provenance studies）的必要性，以及基于软体动物的储库校正在适用性与局限性两方面的特点。

**海象种群特异性海洋储库效应偏移（ΔR）对放射性碳测年校准的贡献：北极年代学与中世纪贸易研究解读**

**一、研究背景与问题**

海象（Odobenus rosmarus）数百年来一直是北极社群的重要资源，提供肉、脂肪、兽皮和象牙，并在格陵兰、北极加拿大、阿拉斯加和俄罗斯的原住民经济中占有核心地位。历史上，欧洲猎人、捕鲸者和定居者曾对海象进行大规模商业猎杀，导致部分种群严重衰退甚至局部灭绝。关于海象狩猎的文化角色、人类与环境对海象种群及其生态系统的影响等研究，往往依赖于放射性碳测年建立的绝对年代框架。

然而，海洋生物样本的放射性碳测年面临一个根本性挑战：海洋储库效应（marine reservoir effect）。海洋中溶解的无机碳与大气CO?的1?C比值不同，导致海洋样本的表观1?C年龄偏老。全球平均海洋校准曲线Marine20仅校正了全球平均储库年龄R，并不适用于极地地区的校准。北极海域由于稳定的表层水团、常年海冰覆盖限制了大气CO?交换，加上深层老水上涌、富含碳酸盐的河流入流等因素，储库年龄呈现显著的区域性差异。这种局部偏差以ΔR值表示，即局部储库年龄与全球平均储库年龄的偏差，是精确定年未知年龄样本的关键参数。

既有ΔR数据集多来源于软体动物壳体，因其易于采集和保存而被广泛使用。然而，软体动物壳体碳酸盐的碳源（主要来自水体溶解无机碳DIC）与其软组织（来自食物）存在差异，可能无法准确代表以软体动物为食的海象组织的碳源特征。海象的牙本质和骨骼胶原蛋白由食物蛋白质形成，而非壳体碳酸盐。因此，直接对已知死亡年份的海象骨骼进行测年，可以获得更可靠的种群特异性ΔR值。

**二、研究内容**

本研究从美国自然历史博物馆（n=10）、加拿大自然博物馆（n=4）、伦敦自然历史博物馆（n=7）和丹麦自然历史博物馆（n=10）收集了31个1950年前死亡的已知年龄海象骨骼样本，结合Dyke等人（2019）发表的15个既有测年数据，共对43个样本（其中1个样本重复取样）进行放射性碳测年，覆盖大西洋亚种（O. r. rosmarus）的多个种群及太平洋亚种（O. r. divergens，n=2）。研究人员据此计算各海象种群的ΔR值，并针对格陵兰（不包括东格陵兰）和加拿大北极地区计算合并ΔR值，以应用于特隆赫姆中世纪海象文物的年代校准。

**三、主要技术方法**

样本来源为上述四个自然历史博物馆的19世纪至20世纪初北极探险收藏。骨胶原提取采用改良Longin法，经脱脂、脱矿、除腐殖酸、明胶化和冻干处理，燃烧、石墨化和测量在挪威国家年代测定实验室完成。ΔR计算使用OxCal v4.4.4软件，采用两种贝叶斯模型方案：方案一仅以死亡日期为约束；方案二同时纳入估计出生日期（根据骨龄类别推算）与死亡日期作为约束。考古样本的校准采用三种方案：直接使用合并ΔR、加入考古地层信息的贝叶斯序列模型、以及不预设ΔR而由OxCal根据考古地层年代估算。

**四、研究结果**

**基于已知年龄海象样本的ΔR值**

不同种群的ΔR值差异显著：巴芬湾（Baffin Bay）种群ΔR为?12±19（n=13），西格陵兰为?17±47（n=2），福克斯盆地（Foxe Basin）为+49±29（n=5），哈德逊海峡/哈德逊湾为+35±18（n=14），东格陵兰为?26±27（n=6），冰岛为?49±66（n=1），法兰士约瑟夫地群岛为?140±47（n=2），太平洋为+295±47（n=2）。格陵兰（不含东格陵兰）和加拿大北极地区的合并ΔR为+17±12（n=34）。与14CHRONO Marine20储库数据库中基于软体动物的ΔR值比较，多数区域贝类与海象数据在95.4%置信区间内一致，但部分地区（如福克斯盆地、东格陵兰）存在较大离散。

**特隆赫姆地区考古海象遗存的放射性碳年代校准**

对特隆赫姆及其腹地出土的12件海象喙骨和象牙制品（来源为NTNU大学博物馆考古藏品）采用合并ΔR +17±12进行校准，结果显示所有样本的年代范围为公元11世纪至15世纪初，与已知的格陵兰—挪威中世纪象牙贸易时间吻合。其中两件出土于15世纪后地层的样本（TRa-25176和TRa-25177）经校准后年代明显早于其所在地层年代，确认为残余遗物而非贸易持续的证据。第三方校准方案（不预设ΔR）得出ΔR为?110±35，较已知年龄样本计算值偏低，可能反映了海象捕获与最终埋藏之间的时间差。

**五、讨论与结论**

研究表明，海象不同种群的ΔR值差异巨大，尤其以太平洋种群（+295±47）和法兰士约瑟夫地群岛种群（?140±47）为极端案例，这强调了在放射性碳测年中考量海象种群来源的必要性。对于来源不明的考古样本，结合aDNA和稳定同位素的溯源研究可能成为精确定年的前提条件。在许多区域，软体动物与海象样本得出的ΔR值总体一致性良好，表明在缺乏已知年龄海象样本的情况下（如已灭绝种群），软体动物数据可作为可接受的替代方案。但在区域内ΔR高度异质的地区（如东格陵兰）仍需谨慎。将已知年龄海象样本计算的合并ΔR应用于特隆赫姆中世纪海象文物，证实了看似异常的考古年代实为残余遗物的再沉积所致。研究结论指出，种群特异性ΔR数据是完善北极开发与远距离贸易年代学框架的重要工具。论文发表于《The Holocene》。