中美洲黑曜石开采对技术土形成的影响：以墨西哥伊达尔戈州拉斯纳瓦哈斯为例

《CATENA》：The influence of Mesoamerican obsidian mining on Technosols formation: A case study in las Navajas, Hidalgo, Mexico

　　## 摘要• 黑曜石开采产生了与西班牙征服前活动相关的人工土壤（Technosols）。• 人工土壤的形成与开采时间和强度有关。• 生物成因团聚作用驱动了难腐黑曜石的结构形成。• 微地貌、植被和开采强度决定了人工土壤的土层发育。---## 引言黑曜石是一种流纹质成分的火山玻璃（约75%的二氧化硅），自古以来被各个文化所重视，因其贝壳状断口可以制造边缘极其锋利的器具（Cobean, 2002; Donato et al., 2022）。在中美洲，这种材料不仅仅是石器原料；从古典期到西班牙征服时期，它支撑着墨西哥中部高原地区的经济、政治和世界观（Pastrana and Domínguez, 2009）。黑曜石被用于生产活动（农业用的棱柱形刀）、军事应用（投射物）、仪式（殉葬品）和奢侈品（镜子和装饰品）；此外，它还作为地方性、区域性乃至远距离交换的媒介（Pastrana and Domínguez, 2009; Pastrana, 2010）。希达哥亚州的拉斯纳瓦哈斯山（Cerro de Las Navajas）是中美洲最被开发的地下黑曜石矿藏所在地，也是最重要的绿金色黑曜石矿点所在地（Cruz-Pérez et al., 2021; López-Velarde et al., 2025）。这种独特的黑曜石品种因其铁含量以及孤立、细长、等距定向气孔的存在而成名（Ponomarenko, 2004; Donato et al., 2022）。此外，特奥蒂瓦坎文化（公元200–600年）、托尔特克文化（950–1150年）和阿兹特克文化（1325–1521年）在近两千年的时间里使用这种黑曜石（Cobean, 1991; Pastrana and Domínguez, 2009）。拉斯纳瓦哈斯山的重要性不仅在于其黑曜石的质量和独特性，还在于这些文明所采用的多样化开采和加工技术，这些技术反映了它们的技术发展、社会组织和经济需求（Cobean, 1991）。拉斯纳瓦哈斯山的开采方法因地形和黑曜石矿藏深度的不同而有显著差异。在较高、较崎岖的区域（海拔3100米以上），露头更浅，矿工进行露天开采，挖掘出直径2–6米、深度达3米的锥形矿坑（Cruz-Antillón, 1994; Pastrana, 1998）。相比之下，在山坡较低的区域（海拔2900米以下），黑曜石层厚达50米，开采达到顶峰，尤其是在阿兹特克时期，挖掘了直径达30米、深度从6米到40米不等的巨大矿坑，并伴有广泛的巷道和竖井入口网络（Cruz-Antillón, 1994; Pastrana, 1998）。这种长期、高强度的开采活动不仅改变了山丘的地形，还深刻地改变了相关生态系统，特别是覆盖其上的温带松栎林（Challenger, 1998）。开采作业包括开辟道路、清除植被以及移除和混合地表土层与深层土层（Bernal-Casilla et al., 2021）。此外，新鲜的母质暴露出来，并积累了大量开采和切割废料（流纹岩和黑曜石碎片）（Pastrana, 1998）。Cruz-Antillón（1994）记录了这些材料的堆积高度在1到5米以上，由松散和压实的风化凝灰岩与剥片碎片、有缺陷的器芯及其他剥片废料交替层组成，展示了扰动的规模。产生土壤的人为沉积物（即由人类活动产生的）已被IUSS工作组在《世界土壤资源参比基础》（WRB）（2022）中确认为"人工土壤"（Technosols），其形成主要取决于其技术来源。在该参考土壤组中，用于来自矿业废料、疏浚物、矿渣、灰烬、瓦砾及类似材料的人工土壤的限定语是Spolic（Rossiter, 2007; Schad, 2018）。在矿业废土上发育的土壤越来越多地被作为早期成土过程的档案进行研究：时序和微形态学方法已记录了数百年到数千年的时间尺度上初期的结构形成、生物殖民化和技术成因母质的风化（Séré et al., 2010; Huot et al., 2015; Watteau et al., 2018; Tarnawczyk et al., 2025）。然而，大多数证据来自近代工业时代遗址，在那里沉积的废料对土壤理化特性有着强烈影响（Ferronato et al., 2021）。西班牙征服前的黑曜石开采遗址仍未得到充分记录，而最适合富含玻璃的开采材料的诊断标准和WRB限定语仍在讨论之中。这一空白激发了本研究的动机。核心假设是中美洲各社会黑曜石开采的强度和持续时间产生了一系列具有不同成土发育程度的人工土壤。具体而言，我们提出：（i）土壤发育反映了与 successive 文化时期相关的离散阶段，而不是沿山坡的连续梯度；（ii）土壤团聚主要是生物成因的；（iii）人工土壤呈现出相对快速形成的不同诊断土层，尤其是在特奥蒂瓦坎开采遗址。因此，本研究旨在理解人类管理历史与由此产生的成土过程之间的关系，这不仅对这些土壤的分类学分类有重要意义，也对其支持的生态系统管理、保护和恢复有重要意义。此外，本研究旨在提供对人工土壤成土过程（团聚形成、有机质积累、风化）的见解，这些土壤因其极端的理化特性、低肥力和高度空间异质性而常被视为"问题土壤"（Séré et al., 2010; Huot et al., 2015）。本研究的一般目标是研究希达哥亚州拉斯纳瓦哈斯山斜坡上由不同中美洲文化进行黑曜石开采形成的人工土壤的土壤发生过程。---## 节选### 研究区域拉斯纳瓦哈斯山是一座晚上新世火山，直径约12公里，高度约1000米，峰顶海拔3212米。它位于希达哥亚州矿业公园的中央东部（Cruz-Pérez et al., 2021）。具体而言，该山丘位于辛吉卢坎市，坐标为北纬20°5′7.68″，西经98°33′6.96″（Canet-Miquel et al., 2017）。研究区域下方由含黑曜石的粗安岩和流纹岩以及……（原文不完整）---### 土壤剖面形态描述（表1）a) **天然土壤**。剖面1（图2）展示了发育良好的遗传土层（A、B、C），深度至少达150厘米。土壤结构呈团粒状、粒状和次棱角块状；干燥颜色从棕色到黄褐色、淡棕色和黄色不等。剖面2（图2）展示了O、A、B和C遗传土层，均为淡棕色。两种土壤均表现出由于坡积过程导致的地层不连续性；发育的土体结构被指定为w，火山玻璃被指定为γ。---### 讨论结果表明，拉斯纳瓦哈斯山的西班牙征服前黑曜石开采产生了人工土壤，其成土发育程度与开采历史（强度、技术和活动停止后的时间）直接相关。以下围绕性质、起源和分类对主要发现进行讨论。---### 结论人类管理历史（开采强度、技术和持续时间）是控制拉斯纳瓦哈斯山人工土壤成土轨迹的主要因素。研究结果表明，西班牙征服前的人为土壤可以在百年到千年的尺度上发育诊断土层和生物成因结构，并强调了微地貌和植被作为土壤演化调节因子的必要性。这对分类学分类（WRB）具有重要启示……（原文不完整）---### CRediT作者贡献声明**塞西莉亚·加布里埃拉·查韦斯-埃尔南德斯（Cecilia Gabriela Chávez-Hernández）：** 撰写初稿、方法论、调查、正式分析、数据整理。**玛丽亚·德尔·卡门·古铁雷斯-卡斯特雷纳（Ma. Del Carmen Gutiérrez-Castorena）：** 撰写—审阅和编辑、调查、正式分析、概念化。**卡洛斯·阿尔贝托·奥尔蒂斯-索洛里奥（Carlos Alberto Ortiz-Solorio）：** 撰写—审阅和编辑、方法论、正式分析、数据整理。**布鲁诺·曼努埃尔·查韦斯-维加拉（Bruno Manuel Chávez-Vergara）：** 撰写—审阅和编辑、验证、调查。**尤尼斯·卢塞罗·加尔万-迪亚斯（Eunice Lucero Galván-Díaz）：** 撰写—审阅和编辑、方法论……（原文不完整）---### 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可能影响本论文中报告的工作。---塞西莉亚·加布里埃拉·查韦斯-埃尔南德斯 | 玛丽亚·德尔·卡门·古铁雷斯-卡斯特雷纳 | 卡洛斯·阿尔贝托·奥尔蒂斯-索洛里奥 | 布鲁诺·曼努埃尔·查韦斯-维加拉 | 尤尼斯·卢塞罗·加尔万-迪亚斯 | 文森特·比达尔·恩辛亚-乌里韦