Nykyaikaiset Homo sapiens ovat osallistuneet lukuisiin ekosysteemimuutoksiin, mutta näiden käyttäytymismallien alkuperää tai varhaisia ​​seurauksia on vaikea havaita.Pohjois-Malawin arkeologia, geokronologia, geomorfologia ja paleoympäristödata dokumentoivat metsänhakijoiden läsnäolon, ekosysteemiorganisaation ja tulvavihojen muodostumisen välisen muuttuvan suhteen myöhäispleistoseenissa.Noin 1900-luvun jälkeen muodostui tiheä järjestelmä mesoliittisia esineitä ja tulvaviikkuja.92 000 vuotta sitten paleoekologisessa ympäristössä ei ollut analogia edellisessä 500 000 vuoden ennätyksessä.Arkeologiset tiedot ja pääkoordinaattianalyysi osoittavat, että varhaiset ihmisen aiheuttamat tulipalot lievensivät kausittaisia ​​syttymisrajoituksia, mikä vaikutti kasvillisuuden koostumukseen ja eroosioon.Tämä yhdistettynä ilmaston aiheuttamiin sademäärän muutoksiin johti lopulta ekologiseen siirtymiseen aikaiseen maataloutta edeltävään keinomaisemaan.
Nykyihmiset ovat voimakkaita ekosysteemimuutosten edistäjiä.Tuhansien vuosien ajan ne ovat muuttaneet ympäristöä laajasti ja tarkoituksellisesti, mikä on herättänyt keskustelua siitä, milloin ja miten ensimmäinen ihmisen hallitsema ekosysteemi syntyi (1).Yhä useammat arkeologiset ja etnografiset todisteet osoittavat, että ravinnonhakijoiden ja heidän ympäristönsä välillä on suuri määrä rekursiivisia vuorovaikutuksia, mikä osoittaa, että nämä käyttäytymiset ovat lajimme evoluution perusta (2-4).Fossiiliset ja geneettiset tiedot osoittavat, että Homo sapiens oli olemassa Afrikassa noin 315 000 vuotta sitten (ka).Arkeologiset tiedot osoittavat, että mantereen eri puolilla esiintyvien käyttäytymismallien monimutkaisuus on lisääntynyt merkittävästi viimeisten noin 300-200 kassa.Pleistoseenin loppu (chibanialainen) (5).Lajina ilmestymisemme jälkeen ihmiset ovat alkaneet menestyäkseen luottaa teknologisiin innovaatioihin, kausiluonteisiin järjestelyihin ja monimutkaiseen sosiaaliseen yhteistyöhön.Näiden ominaisuuksien avulla voimme hyödyntää aiemmin asumattomia tai äärimmäisiä ympäristöjä ja resursseja, joten ihmiset ovat nykyään ainoa yleismaailmallinen eläinlaji (6).Tuli oli avainasemassa tässä muutoksessa (7).
Biologiset mallit osoittavat, että sopeutumiskyky kypsennettyyn ruokaan voidaan jäljittää ainakin 2 miljoonan vuoden takaa, mutta vasta keskipleistoseenin lopussa tavanomaiset arkeologiset todisteet tulipalon hallinnasta ilmestyivät (8).Valtameren ydin, jossa on pölyennätyksiä suurelta alueelta Afrikan mantereella, osoittaa, että viimeisten miljoonien vuosien aikana alkuainehiilen huippu ilmaantui noin 400 ka:n jälkeen, pääasiassa siirtymävaiheessa jääkausien välisestä jääkaudesta, mutta esiintyi myös holoseeni (9).Tämä osoittaa, että ennen noin 400 ka:ta tulipalot Saharan eteläpuolisessa Afrikassa eivät olleet yleisiä, ja ihmisten panos oli merkittävä holoseenissa (9).Tuli on työkalu, jota paimenet käyttivät kaikkialla holoseenissa niittyjen viljelemiseen ja ylläpitämiseen (10).Metsästäjä-keräilijöiden tulen käytön taustan ja ekologisten vaikutusten havaitseminen pleistoseenin alussa on kuitenkin monimutkaisempaa (11).
Tulipaloa kutsutaan suunnittelutyökaluksi resurssien manipulointiin sekä etnografiassa että arkeologiassa, mukaan lukien toimeentulon tuoton parantaminen tai raaka-aineiden muokkaaminen.Nämä toimet liittyvät yleensä julkiseen suunnitteluun ja vaativat paljon ekologista tietoa (2, 12, 13).Maisemapalot antavat metsästäjille ja keräilijöille mahdollisuuden ajaa pois saalista, torjua tuholaisia ​​ja lisätä elinympäristön tuottavuutta (2).Paikan päällä tapahtuva tuli edistää ruoanlaittoa, lämmitystä, petoeläinpuolustusta ja sosiaalista yhteenkuuluvuutta (14).Se, missä määrin metsästäjä-keräilijäpalot voivat muuttaa maiseman komponentteja, kuten ekologisen yhteisön rakennetta ja topografiaa, on kuitenkin hyvin epäselvä (15, 16).
Ilman vanhentuneita arkeologisia ja geomorfologisia tietoja ja jatkuvia ympäristötietoja useista eri paikoista ihmisen aiheuttamien ekologisten muutosten kehityksen ymmärtäminen on ongelmallista.Etelä-Afrikan Great Rift Valleyn pitkäaikaiset järviesiintymät yhdistettynä alueen muinaisiin arkeologisiin aineistoihin tekevät siitä paikan tutkia pleistoseenin aiheuttamia ekologisia vaikutuksia.Täällä raportoimme Etelä-Keski-Afrikan laajan kivikauden maiseman arkeologiasta ja geomorfologiasta.Sitten yhdistämme sen yli 600 ka:n paleoympäristötietoihin määrittääksemme varhaisimmat todisteet ihmisen käyttäytymisestä ja ekosysteemin muutoksesta ihmisen aiheuttamien tulipalojen yhteydessä.
Annoimme aiemmin ilmoittamattoman ikärajan Chitimwe-sängylle Karongan alueella, joka sijaitsee Malawin pohjoisosan pohjoispäässä eteläisessä Afrikan riftlaaksossa (kuva 1) (17).Nämä kerrokset koostuvat noin 83 neliökilometrin pinta-alasta punaisen maaperän tulvaharjoista ja jokien sedimentistä, jotka sisältävät miljoonia kivituotteita, mutta eivät säilyneet orgaanisia jäänteitä, kuten luita (täydentävä teksti) (18).Optisesti virittyneen valon (OSL) tietomme Earth Recordista (Kuva 2 ja taulukot S1–S3) muuttivat Chitimwe-pedin iän myöhäispleistoseeniin, ja vanhin tulvaviuhkan aktivoitumisen ja kivikauden hautaamisen ikä on noin 92 ka ( 18, 19).Alluviaali- ja joki-Chitimwe-kerros peittää plioseeni-pleistoseenin Chiwondo-kerroksen järvet ja joet matalan kulman epäyhtenäisyydestä (17).Nämä kerrostumat sijaitsevat järven reunalla olevassa murtumiskiilassa.Niiden kokoonpano osoittaa järvenpinnan vaihteluiden ja plioseeniin ulottuvien aktiivisten vikojen välisen vuorovaikutuksen (17).Vaikka tektoninen toiminta on saattanut vaikuttaa alueen topografiaan ja piemonten rinteeseen pitkään, syrjäytystoiminta tällä alueella on saattanut hidastua keskipleistoseenin jälkeen (20).Noin 800 ka:n jälkeen ja pian 100 ka:n jälkeen Malawijärven hydrologia ohjaa pääasiassa ilmastoa (21).Siksi kumpikaan näistä ei ole ainoa selitys tulvavihkojen muodostumiselle myöhäispleistoseenissa (22).
(A) Afrikan aseman sijainti suhteessa nykyaikaiseen sateeseen (tähti);sininen on kosteampi ja punainen kuivempi (73);vasemmalla oleva laatikko näyttää Malawi-järven ja ympäröivät alueet MAL05-2A ja MAL05-1B /1C-ytimen sijainti (violetti piste), jossa Karongan alue on korostettu vihreänä ääriviivana ja Luchamange-vuoteen sijainti on korostettu valkoisena laatikkona.(B) Malawin altaan pohjoisosa, jossa näkyy kukkulan varjossa oleva topografia suhteessa MAL05-2A-ytimeen, jäljelle jäänyt Chitimwe-pohja (ruskea laikku) ja Malawin varhaisen mesoliittisen projektin (MEMSAP) louhintapaikka (keltainen piste) );CHA, Chaminade;MGD, Mwangandan kylä;NGA, Ngara;SS, Sadara South;VIN, kirjallisuuden kirjaston kuva;WW, Beluga.
OSL-keskipisteen ikä (punainen viiva) ja virhealue 1-σ (25 % harmaa), kaikki OSL:n iät liittyvät in situ -esineiden esiintymiseen Karongassa.Ikä suhteessa viimeisimpiin 125 ka:n tietoihin näyttää (A) ytimen tiheysarviot kaikista OSL-iästä tulvapuhaltimien sedimenttien perusteella, mikä osoittaa sedimenttien/alluviaaliviuhkan kerääntymisen (syaani) ja järven vedenpinnan rekonstruoinnin, joka perustuu pääkomponenttianalyysin (PCA) ominaisarvoihin Aquatic. fossiilit ja aitomineraalit (21) (sininen) MAL05-1B/1C-ytimestä.(B) MAL05-1B/1C-ytimestä (musta, arvo lähellä 7000 ja tähdellä) ja MAL05-2A-ytimestä (harmaa) makromolekyylisen hiilen määrä grammaa kohti normalisoituna sedimentaationopeudella.(C) Margalef-lajirikkausindeksi (Dmg) MAL05-1B/1C-ytimen fossiilisesta siitepölystä.(D) Compositaen, miombo-metsän ja Olea europaean fossiilisen siitepölyn prosenttiosuus ja (E) Poaceae- ja Podocarpus-kasvien fossiilisen siitepölyn prosenttiosuus.Kaikki siitepölytiedot ovat peräisin MAL05-1B/1C-ytimestä.Yläosassa olevat numerot viittaavat yksittäisiin OSL-näytteisiin, jotka on kuvattu taulukoissa S1–S3.Ero tiedon saatavuudessa ja resoluutiossa johtuu erilaisista näytteenottoväleistä ja materiaalin saatavuudesta ytimessä.Kuva S9 esittää kaksi makrohiilitietuetta muutettuna z-pisteiksi.
(Chitimwe) Maiseman vakautta viuhkan muodostumisen jälkeen osoittaa punaisen maan muodostuminen ja maaperää muodostavat karbonaatit, jotka peittävät koko tutkimusalueen viuhkamaiset sedimentit (lisäteksti ja taulukko S4).Myöhäisen pleistoseenikauden tulvaviihreiden muodostuminen Malawijärven altaassa ei rajoitu Karongan alueelle.Noin 320 kilometriä Mosambikista kaakkoon maanpäällisen kosmogeenisen nuklidin 26Al ja 10Be syvyysprofiili rajoittaa tulvapunaisen maaperän Luchamangen kerroksen muodostumisen 119-27 kaan (23).Tämä laaja ikärajoitus on yhdenmukainen Malawi-järven altaan länsiosan OSL-kronologiamme kanssa ja osoittaa alueellisten tulvavihkinten laajentumisen myöhäisessä pleistoseenissa.Tätä tukevat järven ydintietueen tiedot, jotka osoittavat, että korkeampaan sedimentaatioon liittyy noin 240 ka, jolla on erityisen korkea arvo n.130 ja 85 ka (täydentävä teksti) (21).
Varhaisimmat todisteet ihmisen asutuksesta tällä alueella liittyvät Chitimwen sedimentteihin, jotka on tunnistettu ~92 ± 7 ka.Tämä tulos perustuu 605 m3 louhittuihin sedimentteihin 14 alle senttimetriä avaruuskontrolliarkeologisista kaivauksista ja 147 m3 sedimentistä 46 arkeologisesta koekuopasta, pystysuunnassa 20 cm:iin ja vaakasuoraan 2 metriin (lisäteksti ja kuvat S1-S3) Lisäksi selvitimme 147,5 kilometriä, järjestimme 40 geologista koekuoppausta ja analysoimme yli 38 000 kulttuurijäännöstä niistä 60:stä (taulukot S5 ja S6) (18).Nämä laajat tutkimukset ja kaivaukset osoittavat, että vaikka muinaiset ihmiset, mukaan lukien varhaiset nykyajan ihmiset, saattoivat asua alueella noin 92 ka sitten, Malawi-järven nousuun ja sen jälkeen stabiloitumiseen liittyvä sedimenttien kerääntyminen ei säilyttänyt arkeologisia todisteita ennen kuin Chitimwe-uima muodostui.
Arkeologiset tiedot tukevat johtopäätöstä, että Kvaternaarin lopulla viuhkamaista laajenemista ja ihmisen toimintaa Pohjois-Malavissa oli suuria määriä ja kulttuurijäännökset kuuluivat Afrikan muiden osien tyyppeihin, jotka liittyvät varhaisen nykyajan ihmisiin.Useimmat esineet on valmistettu kvartsiitti- tai kvartsijokikivistä, joissa on radiaalinen, Levallois-, taso- ja satunnainen ytimen pienennys (kuva S4).Morfologiset diagnostiset artefaktit johtuvat pääasiassa mesoliittikaudelle (MSA) ominaisesta Levallois-tyyppisestä tekniikasta, joka on tähän mennessä ollut vähintään noin 315 ka Afrikassa (24).Ylin Chitimwe-sänky kesti varhaiseen holoseeniin asti, ja se sisälsi harvakseltaan levinneitä myöhäisen kivikauden tapahtumia, ja sen todettiin liittyvän myöhään pleistoseenin ja holoseenikauden metsästäjä-keräilijöihin kaikkialla Afrikassa.Sitä vastoin varhaiseen keskimmäiseen pleistoseeniin liittyvät kivityökaluperinteet (kuten suuret leikkuutyökalut) ovat harvinaisia.Siellä missä näitä esiintyi, niitä löydettiin MSA:ta sisältävistä sedimenteistä pleistoseenin loppuvaiheessa, ei laskeuman alkuvaiheessa (taulukko S4) (18).Vaikka paikka oli olemassa noin 92 ka:ssa, edustavin ihmisen toiminnan ja tulvaviuhkakertymien jakso tapahtui noin 70 ka:n jälkeen, mikä on hyvin määritelty OSL-iän joukolla (kuva 2).Vahvistimme tämän mallin 25 julkaistulla ja 50 aiemmin julkaisemattomalla OSL-iällä (kuva 2 ja taulukot S1-S3).Nämä osoittavat, että yhteensä 75 ikämäärityksestä 70 saatiin talteen sedimenteistä noin 70 ka:n jälkeen.Kuvassa 2 esitetään 40 ikää, jotka liittyvät in-situ MSA-esineisiin suhteessa tärkeimpiin paleoympäristöindikaattoreihin, jotka on julkaistu MAL05-1B/1C:n keskusaltaan keskustasta (25) ja aiemmin julkaisemattomasta MAL05-2A:n pohjoisen altaan keskustasta.Puuhiili (OSL-ikää tuottavan tuulettimen vieressä).
Käytämme tuoretta tietoa fytoliittien ja maaperän mikromorfologian arkeologisista kaivauksista sekä julkisia tietoja fossiilisista siitepölyistä, suurista hiilistä, vedessä olevista fossiileista ja aitomineraaleista Malawi Lake Drilling Projectin ytimestä. Rekonstruoimme MSA:n ihmissuhteen Malawijärven kanssa.Miehittää saman ajanjakson ilmasto- ja ympäristöolosuhteet (21).Kaksi jälkimmäistä ainetta ovat pääasiallinen perusta suhteellisten järvien syvyyksien rekonstruoinnissa yli 1200 ka (21), ja ne yhdistetään siitepöly- ja makrohiilinäytteisiin, jotka on kerätty samasta paikasta ~636 ka:n (25) ytimestä aiemmin. .Pisimmät ytimet (MAL05-1B ja MAL05-1C; 381 ja 90 m vastaavasti) kerättiin noin 100 kilometriä arkeologisen hankealueen kaakkoon.Lyhyt ydin (MAL05-2A; 41 m) kerättiin noin 25 kilometriä Pohjois-Rukulujoesta itään (kuva 1).MAL05-2A-ydin heijastaa maan paleoympäristön olosuhteita Kalungan alueella, kun taas MAL05-1B/1C-ydin ei saa suoraa jokea Kalungasta, joten se voi heijastaa paremmin alueellisia olosuhteita.
MAL05-1B/1C komposiittiporan ytimeen tallennettu laskeumanopeus alkoi 240 ka:sta ja nousi pitkän aikavälin keskiarvosta 0,24 arvoon 0,88 m/ka (kuva S5).Alkuperäinen nousu liittyy kiertoradan moduloidun auringonvalon muutoksiin, jotka aiheuttavat suuria amplitudisia muutoksia järven pinnassa tänä aikana (25).Kuitenkin, kun kiertoradan epäkeskisyys laskee 85 ka:n jälkeen ja ilmasto on vakaa, vajoamisnopeus on edelleen korkea (0,68 m/ka).Tämä osui samaan aikaan maanpäällisen OSL-tietueen kanssa, joka osoitti laajaa näyttöä tulvaviuhkan laajenemisesta noin 92 ka:n jälkeen, ja oli yhdenmukainen herkkyystietojen kanssa, jotka osoittavat positiivisen korrelaation eroosion ja tulipalon välillä 85 ka:n jälkeen (täydentävä teksti ja taulukko S7).Käytettävissä olevan geokronologisen ohjauksen virhealueen valossa on mahdotonta arvioida, kehittyykö tämä suhdejoukko hitaasti rekursiivisen prosessin etenemisestä vai puhkeaako se nopeasti kriittisen pisteen saavuttaessa.Altaan evoluution geofysikaalisen mallin mukaan halkeaman laajeneminen ja siihen liittyvä vajoaminen ovat hidastuneet keskipleistoseenista lähtien (20), joten se ei ole pääasiallinen syy laajalle tuulenmuodostumisprosessille, jonka pääosin määritimme 92 ka:n jälkeen.
Keskipleistoseenista lähtien ilmasto on ollut pääasiallinen järvien vedenkorkeutta säätelevä tekijä (26).Erityisesti pohjoisen altaan kohoaminen sulki olemassa olevan uloskäynnin.800 ka järven syventämiseen, kunnes se saavuttaa nykyaikaisen uloskäynnin (21) kynnyskorkeuden.Tämä järven eteläpäässä sijaitseva aukko tarjosi ylärajan järven vedenpinnalle kosteina aikoina (mukaan lukien tänään), mutta antoi altaan sulkeutua, kun järven vedenpinta laski kuivina aikoina (27).Järven pinnan rekonstruktiossa näkyy vuorottelevat kuiva- ja märkäjaksot kuluneen 636 ka:n ajalta.Fossiilisesta siitepölystä saatujen todisteiden mukaan äärimmäiset kuivuuskaudet (yli 95 % kokonaisveden väheneminen), jotka liittyvät vähäiseen kesän auringonpaisteeseen, ovat johtaneet puoli-aavikon kasvillisuuden laajentumiseen, ja puut ovat rajoittuneet pysyviin vesistöihin (27).Nämä (järvi) alat korreloivat siitepölyspektrien kanssa, mikä osoittaa heinien suuren osuuden (80 % tai enemmän) ja kserofyyttejä (Amaranthaceae) puiden taksonien ja alhaisen yleisen lajirikkauden kustannuksella (25).Sitä vastoin kun järvi lähestyy nykyajan tasoa, Afrikan vuoristometsiin läheisesti liittyvä kasvillisuus ulottuu yleensä järven rantaan [noin 500 m merenpinnan yläpuolella (masl)].Nykyään Afrikan vuoristometsiä esiintyy vain pieninä erillisinä laikkuina, jotka ovat yli noin 1500 masl (25, 28).
Viimeisin äärimmäinen kuivuusjakso oli 104-86 ka.Sen jälkeen, vaikka järven pinta palasi korkealle tasolle, avoimet miombometsät, joissa oli paljon yrttejä ja yrttiainesosia, yleistyivät (27, 28).Merkittävin Afrikan vuoristometsätaksoni on Podocarpus-mänty, joka ei ole koskaan palautunut vastaavaan arvoon kuin aikaisempi korkea järvenpinta 85 ka:n jälkeen (10,7 ± 7,6 % 85 ka:n jälkeen, kun vastaava järvenpinta ennen 85 ka:ta on 29,8 ± 11,8 % ).Margalefin indeksi (Dmg) osoittaa myös, että lajirikkaus viimeiseltä 85 kalta on 43 % pienempi kuin aiempi korkealla järven pinnalla (2,3 ± 0,20 ja 4,6 ± 1,21 vastaavasti), esimerkiksi välillä 420 ja 345 ka (täydentävä teksti ja kuvat S5 ja S6) (25).Siitepölynäytteet noin ajalta.88-78 ka sisältää myös suuren prosenttiosuuden Compositae siitepölyä, mikä voi viitata siihen, että kasvillisuus on häiriintynyt ja on virhealueen sisällä vanhimmasta ajankohdasta, jolloin ihmiset miehittivät alueen.
Käytämme ilmaston anomaliamenetelmää (29) analysoidaksemme ennen 85 ka:ta ja sen jälkeen porattujen hylsyjen paleoekologista ja paleoilmastotietoa sekä tarkastellaan kasvillisuuden, lajien runsauden ja sademäärän välistä ekologista suhdetta sekä hypoteesia päätellyn puhtaan ilmastoennusteen irrottamisesta.Aja perustilan tila ~550 ka.Tähän muuttuneeseen ekosysteemiin vaikuttavat järviä täyttävät sadeolosuhteet ja tulipalot, mikä näkyy lajien puutteena ja uusina kasvillisuusyhdistelminä.Viimeisen kuivan jakson jälkeen vain osa metsäelementeistä palautui, mukaan lukien Afrikan vuoristometsien palonkestävät komponentit, kuten oliiviöljy, ja trooppisten kausimetsien palonkestävät komponentit, kuten Celtis (täydentävä teksti ja kuva S5) ( 25).Tämän hypoteesin testaamiseksi mallisimme ostracodesta ja authogeenisista mineraalikorvikkeista johdetut järven vedenpinnat riippumattomina muuttujina (21) ja riippuvina muuttujina, kuten hiilen ja siitepölyn, joihin voi vaikuttaa lisääntynyt tulipalojen tiheys (25).
Tarkistaaksemme näiden yhdistelmien samankaltaisuuden tai eron eri aikoina, käytimme Podocarpuksen (ikivihreä puu), ruohon (ruohon) ja oliivin (Afrikan vuoristometsien palonkestävä komponentti) siitepölyä pääkoordinaattianalyysiin (PCoA), ja miombo (pääasiallinen metsäkomponentti nykyään).Piirtämällä PCoA interpoloidulle pinnalle, joka edustaa järven tasoa kunkin yhdistelmän muodostuessa, tutkimme, kuinka siitepölyyhdistelmä muuttuu suhteessa sateeseen ja kuinka tämä suhde muuttuu 85 ka:n jälkeen (kuva 3 ja kuva S7).Ennen 85 ka:ta graminipohjaiset näytteet aggregoituivat kohti kuivia olosuhteita, kun taas podocarpus-pohjaiset näytteet aggregoituivat kohti märkiä olosuhteita.Sitä vastoin näytteet 85 ka:n jälkeen ovat ryhmitelty useimpien näytteiden kanssa ennen 85 ka:ta ja niillä on erilaiset keskiarvot, mikä osoittaa, että niiden koostumus on epätavallinen samanlaisissa sadeolosuhteissa.Heidän asemansa PCoA:ssa heijastelee Olean ja miombon vaikutusta, jotka molemmat ovat suosiollisia olosuhteissa, jotka ovat alttiimpia tulelle.85 ka jälkeisissä näytteissä Podocarpus-mäntyä oli runsaasti vain kolmessa peräkkäisessä näytteessä, mikä tapahtui 78 ja 79 ka:n välisen ajanjakson alkamisen jälkeen.Tämä viittaa siihen, että alun sateiden lisääntymisen jälkeen metsä näyttää elpyneen hetken ennen kuin se lopulta romahti.
Jokainen piste edustaa yksittäistä siitepölynäytettä tiettynä ajankohtana käyttämällä kuvan 1 lisätekstiä ja ikämallia. S8.Vektori edustaa muutoksen suuntaa ja gradienttia, ja pidempi vektori edustaa vahvempaa trendiä.Alla oleva pinta edustaa järven vedenkorkeutta sademäärän edustajana;tummansininen on korkeampi.PCoA-ominaisuuden arvojen keskiarvo on annettu tiedoille 85 ka:n jälkeen (punainen timantti) ja kaikille vastaaville järven tasoille ennen 85 ka:ta (keltainen timantti).Koko 636 ka:n tietoja käyttäen "simuloitu järvenpinta" on välillä -0,130-σ ja -0,198-σ lähellä järvenpinnan PCA:n keskimääräistä ominaisarvoa.
Siitepölyn, järven vedenpinnan ja hiilen välisen suhteen tutkimiseksi käytimme ei-parametrista monimuuttujavarianssianalyysiä (NP-MANOVA) vertaillaksemme yleistä "ympäristöä" (jota edustaa siitepölyn, järven vedenpinnan ja hiilen datamatriisi) ennen ja 85 ka siirtymän jälkeen.Havaitsimme, että tästä datamatriisista löydetyt vaihtelut ja kovarianssi ovat tilastollisesti merkitseviä eroja ennen ja jälkeen 85 ka:ta (taulukko 1).
Maan paleoympäristötietomme Länsijärven reunan fytoliiteista ja maaperistä ovat yhdenmukaisia ​​järven välityspalvelimeen perustuvan tulkinnan kanssa.Nämä viittaavat siihen, että järven korkeasta vedenkorkeudesta huolimatta maisema on muuttunut nykyiseen tapaan avoimen latvusmetsän ja metsänurmen hallitsemaksi maisemaksi (25).Kaikki altaan länsireunalla analysoidut fytoliittien sijainnit ovat ~45 ka:n jälkeen ja niissä on suuri määrä kosteita olosuhteita heijastavaa puupeitettä.He uskovat kuitenkin, että suurin osa multaa on avoimen metsän muodossa, joka on kasvanut bambulla ja paniikkiruoholla.Fytoliittitietojen mukaan ei-palonkestäviä palmuja (Arecaceae) esiintyy vain järven rantaviivalla, ja ne ovat harvinaisia ​​tai puuttuvat sisämaan arkeologisista kohteista (taulukko S8) (30).
Yleisesti ottaen märät, mutta avoimet olosuhteet myöhään pleistoseenissa voidaan päätellä myös maanpäällisistä paleosoleista (19).Mwangandan kylän arkeologisen alueen laguunisavi ja suomaan karbonaatti voidaan jäljittää 40–28 cal ka BP:iin (aiemmin kalibroitu Qian'anni) (taulukko S4).Chitimwe-uoman karbonaattimaakerrokset ovat yleensä kyhmymäisiä kalkkipitoisia (Bkm) ja maaperäisiä ja karbonaattisia (Btk) kerroksia, mikä osoittaa suhteellisen geomorfologisen stabiiliuden sijainnin ja hitaan laskeutumisen kauas ulottuvasta tulvavihkosta. Noin 29 cal ka BP (täydentävä) teksti).Muinaisten viuhkojen jäänteisiin muodostunut erodoitunut, kovettunut lateriittimaa (littinen kivi) viittaa avoimeen maisemaan (31) ja voimakkaaseen kausisateeseen (32), mikä osoittaa näiden olosuhteiden jatkuvan vaikutuksen maisemaan.
Tuki tulen roolille tässä siirtymässä tulee porasydämien makrohiilen paritallenteista, ja hiilen virtaus Keski-altaalta (MAL05-1B/1C) on yleensä lisääntynyt noin.175 korttia.Suuri määrä huippuja seuraa suunnilleen välissä.135 ja 175 ka:n ja 85 ja 100 ka:n jälkeen järven pinta palautui, mutta metsä- ja lajirikkaus ei palautunut (lisäteksti, kuva 2 ja kuva S5).Hiilen virtauksen ja järvisedimenttien magneettisen herkkyyden välinen suhde voi myös osoittaa pitkän aikavälin palohistorian malleja (33).Käytä Lyonsin et al.(34) Malawi-järvi jatkoi palaneen maiseman syöpymistä 85 ka:n jälkeen, mikä viittaa positiiviseen korrelaatioon (Spearmanin Rs = 0,2542 ja P = 0,0002; Taulukko S7), kun taas vanhemmat sedimentit osoittavat päinvastaista yhteyttä (Rs = -0,2509 ja P < 0,0001).Pohjoisessa altaassa lyhyemmällä MAL05-2A-ytimellä on syvin datoinnin ankkuripiste, ja nuorin Tobatuff on ~74-75 ka (35).Vaikka siitä puuttuu pidemmän aikavälin näkökulma, se saa syötteitä suoraan altaalta, josta arkeologiset tiedot ovat peräisin.Pohjoisen altaan hiilitietueet osoittavat, että Toba crypto-tephra -merkin jälkeen terrigeenisen puuhiilen syöttö on lisääntynyt tasaisesti aikana, jolloin arkeologiset todisteet ovat yleisimpiä (kuva 2B).
Todisteet ihmisen aiheuttamista tulipaloista voivat heijastaa tahallista käyttöä maisema-asteikolla, laajalle levinneitä populaatioita, jotka aiheuttavat enemmän tai suurempia syttymiä paikan päällä, polttoaineen saatavuuden muuttumista hakkuilla alusmetsiä tai näiden toimintojen yhdistelmää.Nykyaikaiset metsästäjä-keräilijät käyttävät tulta aktiivisesti ravinnonhakupalkkioiden vaihtamiseen (2).Niiden toiminta lisää saaliiden runsautta, ylläpitää mosaiikkimaisemaa ja lisää peräkkäisten vaiheiden termistä monimuotoisuutta ja heterogeenisuutta (13).Tuli on tärkeä myös paikan päällä tapahtuvissa toimissa, kuten lämmittämisessä, ruoanlaitossa, puolustuksessa ja seurustelussa (14).Jopa pienet erot palon levittämisessä luonnon salamaniskujen ulkopuolella voivat muuttaa metsien peräkkäisyyttä, polttoaineen saatavuutta ja ampumisen kausiluonteisuutta.Puupeitteen ja aluskasvien puiden väheneminen lisää todennäköisimmin eroosiota, ja lajien monimuotoisuuden väheneminen tällä alueella liittyy läheisesti Afrikan vuoristometsäyhteisöjen häviämiseen (25).
Arkeologisissa muistiinpanoissa ennen MSA:n alkamista ihmisen palonhallinta on vakiintunut (15), mutta toistaiseksi sen käyttöä maisemanhoitotyökaluna on kirjattu vain muutamissa paleoliittisissa yhteyksissä.Näitä ovat noin Australiassa.40 ka (36), Highland New Guinea.45 ka (37) rauhansopimus.50 ka Niah Cave (38) Borneon alamaalla.Amerikassa, kun ihmiset ensimmäisen kerran tulivat näihin ekosysteemeihin, erityisesti viimeisen 20 ka:n aikana (16), keinotekoista sytytystä pidettiin päätekijänä kasvi- ja eläinyhteisöjen uudelleenjärjestelyssä.Näiden johtopäätösten on perustuttava asiaankuuluviin todisteisiin, mutta jos arkeologiset, geologiset, geomorfologiset ja paleoympäristötiedot ovat suoraan päällekkäin, syy-argumentti on vahvistunut.Vaikka Afrikan rannikkovesien merelliset ydintiedot ovat aiemmin antaneet todisteita tulipalojen muutoksista noin 400 ka:n aikana (9), tässä tarjoamme todisteita ihmisen vaikutuksesta asiaankuuluvista arkeologisista, paleoympäristön ja geomorfologisista tietokokonaisuuksista.
Ihmisen aiheuttamien tulipalojen tunnistaminen paleoympäristöasiakirjoissa edellyttää todisteita tulipalojen toiminnasta ja kasvillisuuden ajallisista tai alueellisista muutoksista, jotka osoittavat, että näitä muutoksia eivät ennusta pelkästään ilmastoparametrit ja palo-olosuhteiden muutosten ja ihmisten muutosten ajallinen/paikallinen päällekkäisyys. tietueet (29) Tässä ensimmäiset todisteet laajalle levinneestä MSA:n miehityksestä ja tulvavihojen muodostumisesta Malawijärven altaassa tapahtuivat suunnilleen alueellisen kasvillisuuden suuren uudelleenjärjestelyn alussa.85 korttia.Hiilen runsaus MAL05-1B/1C-ytimessä heijastaa hiilen tuotannon ja laskeuman alueellista suuntausta, noin 150 ka:ssa verrattuna muuhun 636 ka:n tietueeseen (kuvat S5, S9 ja S10).Tämä siirtymä osoittaa tulen merkittävän osuuden ekosysteemin koostumuksen muokkaamisessa, mitä ei voida selittää yksin ilmastolla.Luonnollisissa palotilanteissa salama syttyy yleensä kuivan kauden lopussa (39).Jos polttoaine on kuitenkin riittävän kuivaa, ihmisen aiheuttamat tulipalot voivat syttyä milloin tahansa.Tapahtumapaikan mittakaavassa ihminen voi jatkuvasti muuttaa tulta keräämällä polttopuita metsän alta.Kaiken tyyppisen ihmisen aiheuttaman tulipalon lopputulos on, että se voi aiheuttaa enemmän puumaisen kasvillisuuden kulutusta, joka kestää ympäri vuoden ja kaikissa mittakaavassa.
Etelä-Afrikassa jo vuonna 164 ka (12) käytettiin tulta työkalunvalmistuskivien lämpökäsittelyyn.Tulta käytettiin jo 170 ka:ssa (40) tärkkelyspitoisten mukuloiden keittämiseen, jolloin tulta hyödynnettiin muinaisina aikoina täysimääräisesti.Prosperous Resources-altis maisema (41).Maisemapalot vähentävät puiden peittävyyttä ja ovat tärkeä väline nurmi- ja metsäpalojen ylläpitämisessä, jotka ovat ihmisen välittämien ekosysteemien pääelementtejä (13).Jos kasvillisuuden tai saaliskäyttäytymisen muuttamisen tarkoituksena on lisätä ihmisen aiheuttamaa polttoa, tämä käyttäytyminen merkitsee varhaisten nykyihmisten tulen hallinnan ja käyttöönoton monimutkaisempaa lisääntymistä varhaisiin ihmisiin verrattuna ja osoittaa, että suhteemme tuleen on kokenut keskinäisen riippuvuuden muutos (7).Analyysimme tarjoaa lisätavan ymmärtää muutoksia ihmisten tulen käytössä myöhäispleistoseenissa ja näiden muutosten vaikutuksia heidän maisemaansa ja ympäristöönsä.
Myöhäiskvaternaarien tulvapuhaltimien laajeneminen Karongan alueella voi johtua kausittaisen palamiskierron muutoksista keskimääräistä korkeamman sademäärän olosuhteissa, mikä johtaa rinteen lisääntyneeseen eroosioon.Tämän ilmiön mekanismi voi olla vedenjakaja-asteikon reaktio, joka johtuu tulipalon aiheuttamasta häiriöstä, vedenjakajan yläosan lisääntyneestä ja jatkuvasta eroosiosta sekä tulvavihtimien laajenemisesta Piemonten ympäristössä lähellä Malawi-järveä.Näihin reaktioihin voi sisältyä maaperän ominaisuuksien muuttaminen läpäisevyyden vähentämiseksi, pinnan karheuden vähentämiseksi ja valumisen lisäämiseksi, koska sademäärät ja puupeitteen väheneminen yhdistyvät (42).Sedimenttien saatavuutta parannetaan aluksi kuorimalla pois peitemateriaali, ja ajan myötä maaperän lujuus voi heikentyä lämpenemisen ja heikentyneen juurilujuuden vuoksi.Pintakerroksen kuoriutuminen lisää sedimenttivirtausta, joka mukautuu alavirtaan viuhkamaiseen kertymiseen ja nopeuttaa punaisen maan muodostumista viuhkamaiseen pintaan.
Monet tekijät voivat hallita maiseman reagointia muuttuviin palo-olosuhteisiin, joista useimmat toimivat lyhyen ajan sisällä (42-44).Signaali, jonka yhdistämme tähän, on ilmeinen vuosituhannen mittakaavassa.Analyysi ja maiseman evoluutiomallit osoittavat, että toistuvien metsäpalojen aiheuttaman kasvillisuuden häiriön myötä denudaationopeus on muuttunut merkittävästi vuosituhannen mittakaavassa (45, 46).Alueellisten fossiiliaineistojen puute, joka vastaa havaittuja puuhiilen ja kasvillisuuden muutoksia, estää rekonstruoimasta ihmisen käyttäytymisen ja ympäristön muutosten vaikutuksia kasvinsyöjäyhteisöjen koostumukseen.Kuitenkin suuret kasvinsyöjät, jotka asuvat avoimemmissa maisemissa, vaikuttavat niiden ylläpitämiseen ja puumaisen kasvillisuuden tunkeutumisen estämiseen (47).Todisteita ympäristön eri osissa tapahtuvista muutoksista ei pitäisi odottaa tapahtuvan samanaikaisesti, vaan ne tulisi nähdä sarjana kumulatiivisia vaikutuksia, joita voi esiintyä pitkän ajan kuluessa (11).Ilmastopoikkeamamenetelmää (29) käyttämällä pidämme ihmisen toimintaa keskeisenä liikkeellepanevana tekijänä pohjoisen Malawin maiseman muovaamisessa myöhäispleistoseenin aikana.Nämä vaikutukset voivat kuitenkin perustua aikaisempaan, vähemmän ilmeiseen ihmisen ja ympäristön vuorovaikutuksen perintöön.Ennen aikaisinta arkeologista päivämäärää paleoympäristötietueeseen ilmestynyt hiilenhuippu saattaa sisältää ihmisperäistä komponenttia, joka ei aiheuta samoja ekologisen järjestelmän muutoksia kuin myöhemmin havaittiin, eikä sisällä esiintymiä, jotka riittävät osoittamaan varmasti ihmisen toiminnan.
Lyhyet sedimenttiytimet, kuten viereisen Masoko-järven altaan Tansaniassa tai lyhyemmät sedimenttiytimet Malawi-järvessä, osoittavat, että ruoho- ja metsätaksonien suhteellinen siitepölymäärä on muuttunut, mikä johtuu viimeisten 45 vuoden aikana.Ka (48-50) luonnollinen ilmastonmuutos.Ilmastoa, kasvillisuutta, hiiltä ja ihmisen toimintaa on kuitenkin mahdollista ymmärtää vain pidemmällä aikavälillä tarkkailemalla Malawijärven yli 600 ka:n siitepölyä ja sen vieressä olevaa ikivanhaa arkeologista maisemaa.Vaikka ihmisiä esiintyy todennäköisesti Malawijärven altaan pohjoisosassa ennen lämpötilaa 85 ka, noin 85 ka, varsinkin 70 ka jälkeen, osoittaa, että alue on houkutteleva ihmisasutukselle viimeisen suuren kuivuuden jälkeen.Tällä hetkellä ihmisten uusi tai intensiivisempi/useammin käyttämä tulen käyttö on ilmeisesti yhdistetty luonnolliseen ilmastonmuutokseen ekologisen suhteen rekonstruoimiseksi> 550-ka, ja lopulta muodostui varhainen esimaatalous keinomaisema (kuva 4).Toisin kuin aikaisemmilla ajanjaksoilla, maiseman sedimenttisyys säilyttää MSA-alueen, mikä on funktio ympäristön (resurssien jakautuminen), ihmisen käyttäytymisen (toimintamallit) ja tuulettimien aktivoitumisen (laskeuma/hautauspaikka) välisestä rekursiivisesta suhteesta.
(A) Noin.400 ka: Ihmisiä ei voida havaita.Kosteat olosuhteet ovat samanlaiset kuin nykyään, ja järven pinta on korkea.Monipuolinen, palonkestävä puupeite.(B) Noin 100 ka: Arkeologisia tietoja ei ole, mutta ihmisten läsnäolo voidaan havaita hiilen virtauksen avulla.Kuivilla vesistöalueilla esiintyy erittäin kuivia olosuhteita.Kallioperä on yleisesti paljastunut ja pintasedimentit ovat rajallisia.(C) Noin 85-60 ka: Järven vedenpinta nousee sateen lisääntyessä.Ihmisten olemassaolo voidaan havaita arkeologian avulla 92 ka:n jälkeen, ja 70 ka:n jälkeen tulee ylänköjen palaminen ja tulvaviikkojen laajeneminen.Vähemmän monimuotoinen, palonkestävä kasvillisuusjärjestelmä on syntynyt.(D) Noin 40-20 ka: Ympäristön hiilen syöttö pohjoisessa altaan on lisääntynyt.Alluviaalivihanien muodostuminen jatkui, mutta alkoi heiketä tämän jakson lopussa.Edelliseen ennätykseen 636 ka verrattuna järven pinta on edelleen korkea ja vakaa.
Antroposeeni edustaa tuhansien vuosien aikana kehitettyjen markkinaraon rakentamiskäyttäytymisten kertymistä, ja sen mittakaava on ainutlaatuinen nykyaikaiselle Homo sapiensille (1, 51).Nykyaikaisessa kontekstissa, maatalouden käyttöönoton myötä, ihmisen tekemät maisemat ovat edelleen olemassa ja voimistuvat, mutta ne ovat pikemminkin pleistoseenin aikana vakiintuneiden kuvioiden laajennuksia eivätkä katkoksia (52).Pohjois-Malawin tiedot osoittavat, että ekologinen siirtymäkausi voi olla pitkittynyt, monimutkainen ja toistuva.Tämä muutosten mittakaava heijastaa varhaisten nyky-ihmisten monimutkaista ekologista tietämystä ja havainnollistaa heidän muuttumistaan ​​maailmanlaajuisesti hallitseviksi lajeiksimme.
Thompson et al.:n kuvaaman protokollan mukaan tutkimusalueen esineiden ja mukulakiviominaisuuksien paikan päällä tapahtuva tutkimus ja tallentaminen.(53).Testikuopan sijoittaminen ja pääpaikan kaivaminen, mukaan lukien mikromorfologia ja fytoliittinäytteenotto, noudatettiin Thompsonin et ai.(18) ja Wright et ai.(19).Alueen Malawin geologiseen kartoitukseen perustuva maantieteellisen tietojärjestelmän (GIS) karttamme osoittaa selkeän korrelaation Chitimwe Bedsin ja arkeologisten kohteiden välillä (kuva S1).Karongan alueen geologisten ja arkeologisten koekuoppausten välinen aika on levein edustava näyte (kuva S2).Karongan geomorfologia, geologinen ikä ja arkeologiset tutkimukset sisältävät neljä pääasiallista kenttätutkimusmenetelmää: jalankulkuselvitykset, arkeologiset koekuopat, geologiset koekuopat ja yksityiskohtaiset kaivaukset.Yhdessä nämä tekniikat mahdollistavat näytteenoton Chitimwe-vuoteen pääaltistumisesta Karongan pohjois-, keski- ja eteläosissa (kuva S3).
Paikan päällä tehty tutkimus ja artefaktien ja mukulakivipiirteiden tallentaminen jalankulkijoiden tutkimusalueella noudatti Thompsonin et al. kuvaamaa protokollaa.(53).Tällä lähestymistavalla on kaksi päätavoitetta.Ensimmäinen on tunnistaa paikat, joissa kulttuurijäännökset ovat kuluneet, ja sitten sijoittaa näihin paikkoihin arkeologiset koekuopat ylämäkeen palauttamaan kulttuurijäännökset paikan päällä haudatusta ympäristöstä.Toinen tavoite on kirjata virallisesti esineiden jakauma, niiden ominaisuudet ja niiden suhde lähellä olevien kivimateriaalien lähteeseen (53).Tässä työssä kolmen hengen tiimi käveli 2-3 metrin etäisyydellä yhteensä 147,5 lineaarikilometriä ylittäen suurimman osan piirretyistä Chitimwe-peteistä (taulukko S6).
Työ keskittyi ensin Chitimwen kerrokseen havainnoitujen artefaktinäytteiden maksimoimiseksi, ja toiseksi keskityttiin pitkiin lineaarisiin osuuksiin järven rannalta ylängöille, jotka leikkaavat eri sedimenttiyksiköitä.Tämä vahvistaa keskeisen havainnon, jonka mukaan läntisen ylängön ja järven rannan välissä sijaitsevat esineet liittyvät vain Chitimwe-uomaan tai uudempiin myöhäispleistoseenin ja holoseenikauden sedimentteihin.Muilta esiintymiltä löydetyt esineet ovat ulkomailla, siirrettynä muualta maisemasta, mikä näkyy niiden runsaudesta, koosta ja sään asteesta.
Arkeologinen koekuoppa paikallaan ja pääalueen kaivaukset, mukaan lukien mikromorfologia ja fytoliittinäytteenotto, noudattivat Thompsonin et al. kuvaamaa protokollaa.(18, 54) ja Wright et ai.(19, 55).Päätarkoituksena on ymmärtää esineiden ja viuhkamaisten sedimenttien maanalainen jakautuminen suuremmassa maisemassa.Esineet on yleensä haudattu syvälle kaikkiin Chitimwe Bedsin paikkoihin, paitsi reunoille, joissa eroosio on alkanut poistaa sedimentin yläosan.Epävirallisen tutkimuksen aikana kaksi ihmistä käveli Chitimwe Bedsin ohi, jotka näytettiin karttakohteena Malawin hallituksen geologisella kartalla.Kun nämä ihmiset kohtasivat Chitimwe Bed -sedimentin olkapäät, he alkoivat kävellä reunaa pitkin, jossa he pystyivät tarkkailemaan sedimentistä kuluneita esineitä.Kallistamalla kaivauksia hieman ylöspäin (3-8 m) aktiivisesti syöpyneistä esineistä, kaivaus voi paljastaa niiden in situ -aseman suhteessa niitä sisältävään sedimenttiin ilman, että tarvitaan laajoja kaivauksia sivusuunnassa.Koekuopat sijoitetaan siten, että ne ovat 200–300 metrin etäisyydellä seuraavasta lähimmästä kaivosta, mikä tallentaa Chitimwe-kerroksen sedimentin ja sen sisältämien esineiden muutokset.Joissakin tapauksissa testikuoppa paljasti paikan, josta tuli myöhemmin täysimittainen kaivauspaikka.
Kaikki testikuopat alkavat 1 × 2 m:n neliöstä, ovat pohjois-eteläsuuntaisia, ja ne kaivetaan mielivaltaisina 20 cm:n yksiköinä, ellei sedimentin väri, rakenne tai sisältö muutu merkittävästi.Kirjaa ylös kaikkien kaivettujen sedimenttien sedimentologia ja maaperän ominaisuudet, jotka sedimentit kulkevat tasaisesti 5 mm:n kuivaseulan läpi.Jos kerrostumissyvyys ylittää edelleen 0,8–1 m, lopeta kaivaminen toisessa kahdesta neliömetristä ja jatka kaivamista toiseen, jolloin muodostuu "askel", jotta pääset turvallisesti syvemmille kerroksille.Jatka sitten kaivamista, kunnes kallioperä on saavutettu, vähintään 40 cm arkeologisesti steriilejä sedimenttejä on esinepitoisuuden alapuolella tai kaivamisesta tulee liian vaarallinen (syvä) jatkaakseen.Joissakin tapauksissa laskeuman syvyyden on ulotettava testikuoppa kolmanteen neliömetriin ja päästävä kaivantoon kahdessa vaiheessa.
Geologiset testikuopat ovat aiemmin osoittaneet, että Chitimwe-patjat näkyvät usein geologisissa kartoissa niiden erottuvan punaisen värin vuoksi.Kun ne sisältävät laajoja puroja ja jokien sedimenttejä ja tulvaviuhkasedimenttejä, ne eivät aina näytä punaisilta (19).Geologia Koekuoppa kaivettiin yksinkertaisena kuopana, joka oli suunniteltu poistamaan sekalaiset yläsedimentit paljastamaan sedimenttien maanalaiset kerrokset.Tämä on välttämätöntä, koska Chitimwe-peti on syöpynyt paraboliseksi rinteeksi ja rinteessä on romahtaneita sedimenttejä, jotka eivät yleensä muodosta selkeitä luonnollisia osia tai leikkauksia.Tämän vuoksi nämä kaivaukset joko tapahtuivat Chitimwe-uoman päällä, oletettavasti Chitimwe-uoman ja alapuolella olevan plioseenikauden Chiwondo-uoman välillä oli maanalainen kosketus, tai ne tapahtuivat siellä, missä joen terassisedimentit piti päivämäärää (55).
Täysimittaisia ​​arkeologisia kaivauksia tehdään paikoissa, jotka lupaavat suuren määrän paikan päällä olevia kivityökalukokoonpanoja, jotka perustuvat yleensä koekuoppiin tai paikkoihin, joissa rinteestä on nähtävissä kuluvan suuri joukko kulttuurijäännöksiä.Tärkeimmät kaivetut kulttuurijäännökset saatiin talteen sedimenttiyksiköistä, jotka on louhittu erikseen 1 × 1 m:n neliöstä.Jos esineiden tiheys on suuri, kaivuyksikkö on 10 tai 5 cm nokka.Kaikki kivituotteet, fossiiliset luut ja okra piirrettiin jokaisen suuren kaivauksen aikana, eikä kokoa ole rajoitettu.Näytön koko on 5mm.Jos louhintaprosessin aikana löydetään kulttuurijäännöksiä, niille annetaan yksilöllinen viivakoodipiirustuksen etsintänumero, ja saman sarjan löytönumerot määritetään suodatetuille löydöille.Kulttuurijäännökset merkitään pysyvällä musteella, sijoitetaan näyteetiketillä varustettuihin pusseihin ja pakataan muiden samalla taustalla olevien kulttuuriesineiden kanssa.Analyysin jälkeen kaikki kulttuurijäännökset säilytetään Karongan kulttuuri- ja museokeskuksessa.
Kaikki kaivaukset tehdään luonnonkerrostumien mukaan.Nämä on jaettu vartaan, ja varren paksuus riippuu artefaktitiheydestä (esimerkiksi jos artefaktitiheys on pieni, varren paksuus on suuri).Taustatiedot (esimerkiksi sedimentin ominaisuudet, taustasuhteet ja havainnot häiriöistä ja artefaktitiheydestä) tallennetaan Access-tietokantaan.Kaikki koordinaattitiedot (esimerkiksi segmentteihin piirretyt havainnot, kontekstin korkeus, neliön kulmat ja näytteet) perustuvat Universal Transverse Mercator (UTM) -koordinaatteihin (WGS 1984, Zone 36S).Pääpaikalla kaikki pisteet tallennetaan Nikon Nivo C -sarjan 5 tuuman takymetrillä, joka on rakennettu paikalliseen verkkoon mahdollisimman lähellä UTM:n pohjoispuolella.Kunkin louhintapaikan luoteiskulman sijainti ja kunkin louhintapaikan sijainti Sedimentin määrä on esitetty taulukossa S5.
Kaikkien kaivettujen yksiköiden sedimentologian ja maaperätieteellisten ominaisuuksien osio kirjattiin käyttämällä Yhdysvaltain maatalouden osaluokkaohjelmaa (56).Sedimenttiyksiköt määritellään raekoon, kulman ja pohjakerroksen ominaisuuksien perusteella.Huomaa sedimenttiyksikköön liittyvät epänormaalit sulkeumat ja häiriöt.Maaperän kehitys määräytyy seskvioksidin tai karbonaatin kertymisen perusteella maanalaiseen maaperään.Myös maanalainen rapautuminen (esim. redox, jäännösmangaanikyhmyjen muodostuminen) kirjataan usein.
OSL-näytteiden keräyspiste määritetään sen perusteella, mitkä faasiat voivat tuottaa luotettavimman arvion sedimentin hautausiästä.Näytteenottopaikalla kaivettiin kaivoja aito sedimenttikerroksen paljastamiseksi.Kerää kaikki OSL-ajan laskemiseen käytetyt näytteet työntämällä läpinäkymätön teräsputki (halkaisija noin 4 cm ja pituus noin 25 cm) sedimenttiprofiiliin.
OSL-ajanjakso mittaa kiteisiin (kuten kvartsiin tai maasälpää) jääneiden elektronien ryhmän kokoa ionisoivalle säteilylle altistumisesta johtuen.Suurin osa tästä säteilystä tulee ympäristön radioaktiivisten isotooppien hajoamisesta, ja pieni määrä lisäkomponentteja trooppisilla leveysasteilla ilmaantuu kosmisen säteilyn muodossa.Siepatut elektronit vapautuvat, kun kide altistuu valolle, mikä tapahtuu kuljetuksen aikana (nollaustapahtuma) tai laboratoriossa, jossa valaistus tapahtuu sensorissa, joka pystyy havaitsemaan fotoneja (esim. valon monistinputki tai kamera, jossa on varautunut kytkentälaite) Alaosa emittoi, kun elektroni palaa perustilaan.Kvartsihiukkaset, joiden koko on 150-250 μm, erotetaan seulomalla, happokäsittelyllä ja tiheyserottelulla ja käytetään pieninä erinä (<100 hiukkasta) asennettuna alumiinilevyn pinnalle tai porattuna 300 x 300 mm:n kuoppaan. hiukkaset analysoidaan alumiinipannulla.Hautautunut annos arvioidaan tavallisesti käyttämällä yhden alikvootin regenerointimenetelmää (57).Viljojen vastaanottaman säteilyannoksen arvioimisen lisäksi OSL-ajanmääritys edellyttää myös annosnopeuden arviointia mittaamalla kerätyn näytteen sedimentin radionuklidipitoisuus gammaspektroskopialla tai neutroniaktivaatioanalyysillä ja määrittämällä kosmisen annoksen vertailunäytteen sijainti ja syvyys. hautaaminen.Lopullinen iän määritys saadaan jakamalla hautausannos annosnopeudella.Kuitenkin, kun yksittäisellä jyvällä tai jyväryhmällä mitattavassa annoksessa tapahtuu muutos, tarvitaan tilastollinen malli sopivan käytettävän haudatun annoksen määrittämiseksi.Haudattu annos lasketaan tässä käyttämällä keskusaikamallia, yksittäisen alikvootin ajoituksen tapauksessa tai yhden hiukkasen ajoituksen tapauksessa äärellisen seosmallin avulla (58).
Kolme riippumatonta laboratoriota suoritti OSL-analyysin tätä tutkimusta varten.Yksityiskohtaiset yksittäiset menetelmät kullekin laboratoriolle on esitetty alla.Yleensä käytämme regeneratiivista annosmenetelmää soveltaaksemme OSL-ajanjaksoa pieniin eriin (kymmeniä jyviä) yksittäisten jyvien analyysin sijaan.Tämä johtuu siitä, että regeneratiivisen kasvukokeen aikana pienen näytteen palautumisnopeus on alhainen (<2 %) ja OSL-signaali ei ole kyllästynyt luonnollisella signaalitasolla.Ikämäärityksen laboratorioiden välinen johdonmukaisuus, tulosten johdonmukaisuus testattujen stratigrafisten profiilien sisällä ja välillä sekä yhdenmukaisuus karbonaattikivien 14C iän geomorfologisen tulkinnan kanssa ovat tämän arvioinnin pääasiallinen perusta.Jokainen laboratorio arvioi tai toteutti yhden viljasopimuksen, mutta totesi itsenäisesti, että se ei sovellu käytettäväksi tässä tutkimuksessa.Kunkin laboratorion noudattamat yksityiskohtaiset menetelmät ja analyysiprotokollat ​​on esitetty lisämateriaaleissa ja -menetelmissä.
Valvotuista kaivauksista löydetyt kiviesineet (BRU-I; CHA-I, CHA-II ja CHA-III; MGD-I, MGD-II ja MGD-III ja SS-I) perustuvat metrijärjestelmään ja laatuun ominaisuudet.Mittaa jokaisen työkappaleen paino ja maksimikoko (digitaalivaa'an avulla paino on 0,1 g; Mitutoyo-digitaalisatulalla mitataan kaikki mitat 0,01 mm).Kaikki kulttuurijäännökset luokitellaan myös raaka-aineiden (kvartsi, kvartsiitti, piikivi jne.), raekoon (hieno, keskikarkea, karkea), raekoon tasaisuuden, värin, aivokuoren tyypin ja peittävyyden, sään/reunojen pyöristymisen ja teknisen laadun mukaan. (täydelliset tai hajanaiset) ytimet tai hiutaleet, hiutaleet/kulmakappaleet, vasarakivet, kranaatit ja muut).
Ydin mitataan sen maksimipituudella;suurin leveys;leveys on 15 %, 50 % ja 85 % pituudesta;suurin paksuus;paksuus on 15 %, 50 % ja 85 % pituudesta.Mittauksia suoritettiin myös puolipallon muotoisten kudosten (säteittäinen ja Levallois) ytimen tilavuusominaisuuksien arvioimiseksi.Sekä ehjät että rikkinäiset ytimet luokitellaan nollausmenetelmän mukaan (yhden alustan tai monialustainen, säteittäinen, Levallois jne.), ja hilseilevät arvet lasketaan ≥15 mm ja ≥20 % sydämen pituudesta.Ytimet, joissa on 5 tai vähemmän 15 mm arpia, luokitellaan "satunnaisiksi".Koko ytimen pinnan aivokuoren peitto tallennetaan, ja kummankin puolen suhteellinen aivokuoren peitto kirjataan puolipallon muotoisen kudoksen ytimeen.
Arkki mitataan sen enimmäispituudella;suurin leveys;leveys on 15 %, 50 % ja 85 % pituudesta;suurin paksuus;paksuus on 15 %, 50 % ja 85 % pituudesta.Kuvaile fragmentteja jäljellä olevien osien mukaan (proksimaalinen, keskimmäinen, distaalinen, halkaistu oikealla ja halkaistu vasemmalla).Venymä lasketaan jakamalla maksimipituus suurimmalla leveydellä.Mittaa alustan leveys, paksuus ja alustan ulompi kulma vahingoittumattomista viipaleista ja proksimaalisista viipaleista ja luokittele alustat valmisteluasteen mukaan.Kirjaa aivokuoren peitto ja sijainti kaikkiin viipaleisiin ja fragmentteihin.Distaaliset reunat luokitellaan päätteen tyypin mukaan (sulka, sarana ja ylähaarukka).Kirjoita koko siivulle edellisen viipaleen arven määrä ja suunta.Kun havaitset, tallenna muunnelman sijainti ja invasiivisuus Clarksonin laatiman protokollan mukaisesti (59).Kunnostussuunnitelmat aloitettiin useimmille louhintayhdistelmille kunnostusmenetelmien ja sijoituksen eheyden arvioimiseksi.
Koekaivoista löydetyt kiviesineet (CS-TP1-21, SS-TP1-16 ja NGA-TP1-8) on kuvattu yksinkertaisemman kaavan mukaan kuin kontrolloitu louhinta.Kullekin esineelle kirjattiin seuraavat ominaisuudet: raaka-aine, hiukkaskoko, aivokuoren peitto, kokoluokka, sää-/reunavauriot, tekniset komponentit ja fragmenttien säilyvyys.Kuvaavat huomautukset hiutaleiden ja ytimien diagnostisista ominaisuuksista kirjataan.
Täydelliset sedimenttilohkot leikattiin paljastuneista osista kaivauksissa ja geologisissa kaivannoissa.Nämä kivet kiinnitettiin paikan päällä kipsisiteillä tai wc-paperilla ja pakkausteipillä ja kuljetettiin sitten Tubingenin yliopiston geologiseen arkeologiseen laboratorioon Saksaan.Siellä näytettä kuivataan 40 °C:ssa vähintään 24 tuntia.Sitten ne kovetetaan tyhjiössä käyttämällä edistämättömän polyesterihartsin ja styreenin seosta suhteessa 7:3.Katalyyttinä käytetään metyylietyyliketoniperoksidia, hartsi-styreeniseosta (3-5 ml/l).Kun hartsiseos on hyytelöitynyt, kuumenna näytettä 40 °C:ssa vähintään 24 tuntia, jotta seos kovettuu kokonaan.Leikkaa kovettunut näyte laattasahalla 6 × 9 cm:n paloiksi, kiinnitä ne lasilevylle ja hio 30 μm:n paksuiseksi.Tuloksena saadut viipaleet skannattiin käyttämällä tasoskanneria ja analysoitiin käyttämällä tasopolarisoitua valoa, ristipolarisoitua valoa, vinoa tulevaa valoa ja sinistä fluoresenssia paljaalla silmällä ja suurennuksella (×50-×200).Ohuiden osien terminologia ja kuvaus noudattavat Stoopsin (60) ja Courtyn et al. julkaisemia ohjeita.(61).Yli 80 cm:n syvyydestä kerätyt maaperää muodostavat karbonaattikyhmyt leikataan puoliksi, jotta puolet voidaan kyllästää ja tehdä ohuiksi viipaleiksi (4,5 × 2,6 cm) käyttämällä standardistereomikroskooppia ja petrografista mikroskooppia ja katodoluminesenssi (CL) tutkimusmikroskooppia .Karbonaattityyppien hallinta on erittäin varovaista, koska maaperän muodostavan karbonaatin muodostuminen liittyy vakaaseen pintaan, kun taas pohjavesikarbonaatin muodostuminen on pinnasta tai maaperästä riippumatonta.
Näytteet porattiin maata muodostavien karbonaattikyhmyjen leikkauspinnasta ja puolitettiin erilaisia ​​analyyseja varten.FS käytti Geoarchaeology Working Groupin tavallisia stereo- ja petrografisia mikroskooppeja ja Experimental Mineralogy Working Groupin CL-mikroskooppia tutkiakseen ohuita siivuja, jotka molemmat sijaitsevat Tübingenissä, Saksassa.Radiohiilitunnistuksen osanäytteet porattiin tarkkuusporilla määrätyltä noin 100 vuotta vanhalta alueelta.Toinen puolisko kyhmyistä on halkaisijaltaan 3 mm, jotta vältetään alueet, joissa uudelleenkiteytys on myöhässä, runsaasti mineraaleja tai suuria muutoksia kalsiittikiteiden koossa.Samaa protokollaa ei voi noudattaa MEM-5038-, MEM-5035- ja MEM-5055 A -näytteille.Nämä näytteet on valittu irtonaisista sedimenttinäytteistä, ja ne ovat liian pieniä leikattavaksi puoliksi ohutta leikkaamista varten.Ohutleikkaustutkimuksia suoritettiin kuitenkin vastaavilla viereisten sedimenttien mikromorfologisilla näytteillä (mukaan lukien karbonaattikyhmyt).
Lähetimme 14C-tautinäytteet Georgian yliopiston Ateenassa, USA:n soveltavan isotooppitutkimuksen keskukseen (CAIS).Karbonaattinäyte reagoi 100-prosenttisen fosforihapon kanssa tyhjennetyssä reaktioastiassa muodostaen CO2:ta.CO2-näytteiden puhdistus matalassa lämpötilassa muista reaktiotuotteista ja katalyyttinen muuntaminen grafiitiksi.Grafiitin 14C/13C suhde mitattiin käyttämällä 0,5 MeV:n kiihdytinmassaspektrometriä.Vertaa näytesuhdetta oksaalihappo I -standardilla (NBS SRM 4990) mitattuun suhteeseen.Taustana käytetään Carraran marmoria (IAEA C1) ja toissijaisena standardina travertiinia (IAEA C2).Tulos ilmaistaan ​​prosentteina nykyaikaisesta hiilestä, ja mainittu kalibroimaton päivämäärä on annettu radiohiilivuosina (BP-vuodet) ennen vuotta 1950 käyttäen 14C:n puoliintumisaikaa 5568 vuotta.Virhe mainitaan 1-σ ja kuvastaa tilastollista ja kokeellista virhettä.Perustuen isotooppisuhteen massaspektrometrialla mitattuun δ13C-arvoon, C. Wissing Biogeology Laboratorysta Tubingenissa, Saksassa, ilmoitti isotoopin fraktioinnin päivämäärän, paitsi UGAMS-35944r, joka mitattiin CAIS:ssä.Näyte 6887B analysoitiin kahtena rinnakkaisena.Poraa tätä varten toinen osanäyte kyhmystä (UGAMS-35944r) leikkauspinnassa ilmoitetusta näytteenottoalueesta.Eteläisellä pallonpuoliskolla sovellettua INTCAL20-kalibrointikäyrää (taulukko S4) (62) käytettiin korjaamaan kaikkien näytteiden ilmakehän fraktiointi 14 °C:sta 2-σ:iin.