長江下游4.2 kyr BP 事件年代學討論

王曉翠, 蔣玉波

鹽城師范學院 城市與規劃學院, 江蘇 鹽城 224007

0 引言

4.2 kyr BP 事件是新仙女木事件后最為顯著的氣候事件之一, 它被認為是中晚全新世的分界線(即諾斯格 瑞 比—梅 加 拉 亞 期 界 限/Northgrippian-Meghalayan)[1,2], 一直以來它都是全新世氣候研究的焦點。 來自歐洲、 非洲、 美洲和亞洲的洞穴石筍、 海洋沉積物、 湖泊沉積物、 泥炭、 冰芯等古氣候記錄研究表明, 4.2 kyr BP 事件發生在4.4～3.8 kyr BP[3-5]。在北半球中、 低緯地區主要表現為干旱[6,7], 而在歐洲北部、 南非等表現為濕潤[8,9], 這可能與熱帶輻合帶向南移動有關[10]。 最新的研究證明, 4.2 kyr BP 事件包含一系列冷暖和干濕變化, 而不是單一的冷暖或者干濕變化[11,12]。

大量的研究已經證實4.2 kyr BP 事件與同期全球古文明的衰落存在密切關系。 斯塔夫里阿諾夫總結了全球古代歷史事件, 發現 4.0 kyr BP 前后歐亞大陸歷史發生重大轉變, 游牧民族的入侵使得世界古代文明走向衰落和滅亡, 而這一變遷正是由于氣候變化所致[13]。 例如, 發生在4.2 kyr BP 前后的干旱事件導致兩河流域阿卡德文明滅亡[3]、 印度河流域哈拉帕文明[14]和埃及古王國快速衰落[15]。

4.2 kyr BP 左右的季風衰落事件在中國石筍中有明顯記錄[16]。 譚亮成等[17]綜合各種資料認為, 4.2 kyr BP 中國南北方的降水減少, 與全球氣候一致。 中國北方干旱區在這個時期發生了顯著的干旱事件, 東亞夏季風北部邊緣呼倫湖、 岱海的多指標湖泊沉積記錄表明4.2～3.8 kyr BP 經歷了干旱事件[18,19], 長江中游地區石筍記錄了這個階段的干旱事件[20]。 4.2 kyr BP 事件嚴重影響中國新石器文化的發展, 尤其北方植物群落對干旱更加敏感, 所以生態系統乃至整個人地系統更加容易受到威脅。 證據顯示洪水、 降溫和干旱氣候導致中國北方甘青地區齊家文化和內蒙古中南部地區老虎山文化的衰落, 同時, 這也是長江中下游地區良渚文化、 石家河文化和黃河中下游地區龍山文化衰落的原因之一[21,22]。

良渚文化(5.3～4.3 kyr BP) 是長江下游地區新石器文化最繁盛的一支, 是中華文明最重要的起源地之一[22]。 長期以來, 有關其衰落的原因存在極大爭議。 有相當多的研究認為良渚文化衰落可能與4.2 kyr BP 事件有關。 但是對于4.2 kyr BP 事件的性質存在非常大的爭議(表1)。 大多數研究表明長江下游地區經歷了降溫事件, 關于降溫與濕度的組合就存在不同看法, 一部分研究表明該氣候事件性質只是降溫,濕度沒有發生變化[23]; 另一部分研究表明該氣候事件表現為降溫與變干[24,25], 如研究區西部山地千畝田泥炭多指標分析表明4.2 kyr BP 前后季風降水急劇下降、 氣候變干[26], 或認為該事件的表現為降溫和變濕[27]; 也有研究表明, 該氣候事件明顯向更加暖濕轉變[28], 導致大范圍的湖泛洪水, 地表環境沼澤化、 濕地化[29-33]。 但也有研究表明本區不存在4.2 kyr BP 事件, 認為該時間段突然出現的沉積相變化為流域短期不穩定事件[34,35]。 研究者早已發現對于千年—百年尺度氣候事件, 來自不同的記錄和指標的研究結果并不一致, 產生這種現象的主要原因是需要有一個準確的年代標尺。 對于長江下游地區4.2 kyr BP事件來說, 產生非常大的爭議可能也與年代數據有關, 但是至今對這一問題仍然沒有詳細地討論過。 本文收集了長江下游地區過去發表的相關文獻年代數據, 并對年代數據進行分類和討論, 以此作為評估過去研究的基礎。

表1 長江下游4.2 kyr BP 事件的研究記錄Table 1 Research on the nature of 4.2 kyr BP event in the Lower Yangtze River

1 研究區概況

長江下游位于29.5°～32.5°N 和119.0°～122.0°E之間, 由錢塘江分為長江三角洲和寧紹平原(圖1)。長江下游地區屬中亞熱帶到北亞熱帶海洋性季風氣候, 典型的地帶性植被北部為常綠落葉闊葉混交林,南部為常綠闊葉林[42], 處于北亞熱帶常綠落葉闊葉混交林與中亞熱帶常綠闊葉林植被交錯帶, 因此, 對由東亞季風引起的氣候變化敏感。

圖1 研究區已有研究點位置示意圖Fig.1 Map of the study area showing the research locations

長江下游多剖面孢粉研究表明, 11.0 ～7.0 kyr BP 常綠櫟(Quercus-E)、 青岡屬(Cyclobalanopsis)、栗屬(Castanea) 等亞熱帶樹種含量逐漸增加, 松屬(Pinus)、 柳屬(Salix)、 水青岡屬 (Fagus)、 云杉(Picea) 等耐冷樹種含量減少, 說明全新世早期是由干冷向暖濕發展的升溫期[23,27]。 7.0 ～4.3 kyr BP 以常綠櫟、 栲屬為主的常綠闊葉樹種含量最高, 常見分布于比現在更加暖濕地區的狹葉海金沙 (Lygodium microstachyum)、 柳葉海金沙(Lygodiumsalicifolium)、帶狀瓶爾小草 (Ophiodermapendula)、 褐葉星蕨(Microsoriumsuperficiale) 和臺灣楓香 (Liquidambar formosana)、 南酸棗 (Choerospondiasaxillaris) 等出現, 年平均氣溫比現在高2 ℃～4 ℃, 相當于氣候帶較現在向北移了2 ～4 個緯度[16,23,43], 這些研究說明全新世中期為水熱配置最好的全新世最適宜期。 但多個研究表明4.4～3.8 kyr BP 長江下游地區經歷了顯著的氣候事件[23,26,27,32,43-45](圖1)。

大河流域下游往往發育了世界文明的中心, 與尼羅河三角洲、 中東兩河流域的文明相似, 長江下游地區也曾孕育了燦爛的古文化[40,77,78]。 在良渚文化之前長江三角洲和寧紹平原發育了不同類型的新石器文化(圖2), 長江三角洲為馬家浜文化 (7.0 ～6.0 kyr BP)、 崧澤文化(6.0～5.3 kyr BP), 寧紹平原文化序列為跨湖橋文化(8.0～7.0 kyr BP)、 河姆渡文化(7.0～5.3 kyr BP), 此后兩個區域文化序列發展基本一致, 為良渚文化(5.3～4.3 kyr BP)、 錢山漾文化(4.3 ～4.1 kyr BP)、 廣富林文化(4.1 ～3.8 kyr BP)[79,80]。 到良渚文化時期, 新石器文化發展到巔峰, 然而, 良渚文化并未進一步向國家文明發展, 卻在良渚文化晚期出現了200 ～300 年衰落的現象, 而且, 良渚文化與后續的錢山漾文化和廣富林文化之間出現了文化斷層和變異[53,81]。 除了政治、 經濟體制外, 地理學者認為氣候環境因素可能是良渚文化衰亡的原因: 如氣候變冷[27,51]、 洪水[33,40]、 海侵[81]等。

圖2 長江下游新石器文化與氣候演變背景[80,82]Fig.2 Background of Neolithic culture and climate evolution in the Lower Yangtze River

2 方法數據

2.1 數據選取

過去研究關注的重點是良渚文化衰落與4.2 kyr BP 事件的關系。 良渚文化主要分布在長江下游地區,因此本文研究的空間范圍是良渚文化的主要分布區。研究記錄必須使用測年數據建立包含4.2 kyr BP 事件年代范圍的全新世年代-深度框架。 以往有研究記錄使用良渚晚期考古文化地層討論環境和氣候變化, 但是良渚晚期的時間跨度大(4.7 ～4.3 kyr BP), 未完全覆蓋4.2 kyr BP 事件時間范圍(4.4～3.8 kyr BP),并且考古地層可能受人類活動的擾動, 因此未選取這些研究記錄。 符合上述條件的有34 個研究地點的51篇論文的研究記錄, 表2 列出了相關研究的采樣地點、 測年數據的年代范圍、 年代個數及介于4.4 ～3.8 kyr BP 年代范圍的年代個數、 測年材料和樣品分辨率, 由于大部分研究都沒有4.2 kyr BP 事件發生時間范圍(4.4～3.8 kyr BP) 及事件發生前后年代, 因此我們通過剖面現有年代粗略計算了整個剖面的分辨率。 對于早期的研究中沒有校正的年齡, 我們通過IntCal 20 軟件對這些年代數據進行校正[83]。

表2 長江下游4.2 kyr BP 事件年代數據研究Table 2 Research on chronological data of 4.2 kyr BP event in the Lower Yangtze River

2.2 數據評判

對于千年—百年尺度的氣候事件, 代表沉積物實際年齡或者偏差小的高質量年代數據是最重要的支柱。 4.2 kyr BP 事件是一個百年尺度的氣候事件, 所以對年代模式要求高。 我們搜集的51 篇研究記錄335個年代數據用到的測年方法主要包括14C、 熱釋光和光釋光。 由于釋光是近三十年發展的新技術, 研究區過去絕大多數年代數據是14C, 在此我們只討論14C 年代。 51 篇研究記錄中14C 年代測試的材料包括全樣有機碳、 總有機碳、 泥炭、 文化層碎片、 陶片、 木頭、孢粉濃縮物、 大碳屑、 碳酸鹽結核、 貝殼、 植物殘體。 已有的研究表明, 在河流三角洲地區由于侵蝕等因素, 使用全樣有機碳測試所得14C 年代數據可能存在較大偏差, 理論上不適合作千年—百年尺度氣候事件年代框架。 鑒于全樣有機碳測年存在嚴重問題, 有些學者使用孢粉濃縮物測年, 但是在長江下游地區,由于洪水頻發可能存在嚴重侵蝕現象, 沉積物中也可能包含老地層的孢粉, 導致孢粉濃縮物測年數據與沉積物實際年齡可能也存在一定偏差, 不適合百年尺度氣候變化記錄的研究。 而貝殼、 植物殘體和碳屑是相對可靠的測年材料, 代表沉積物實際年齡或者偏差小[84,85]。

3 結果與討論

綜合符合標準的34 個研究地點中51 篇論文的335 個年代, 根據這些記錄整理了長江下游地區關于4.2 kyr BP 事件的所有數據(圖3), 及對全部年代數據的評估。 由于長江下游河流眾多, 河流沉積物或受河流影響較大的地點樣品受再搬運影響的可能性很大, 因此我們需要謹慎對待這類樣品。 全部年代樣品中代表沉積物實際年齡或者偏差小的數據為172 個,占全部數據的51%; 與沉積物實際年齡可能存在一定偏差年代數據有70 個, 占全部數據的21%; 偏差較大年代數據有93 個, 占全部數據的28% (圖4)。 只有12 個研究地點剖面的年代框架是建立在高質量年代數據上。 51 篇文獻中, 只有3 篇研究文獻中有兩個以上4.4～3.8 kyr BP 時間范圍的代表沉積物實際年齡或者偏差小的年代數據; 有7 篇研究文獻中有一個4.4～3.8 kyr BP 時間范圍的代表沉積物實際年齡數據或者偏差小的年代數據; 余下41 篇研究文獻沒有4.4～3.8 kyr BP 時間范圍的代表沉積物實際年齡或者偏差小的年代數據。 可以看出, 以往大多數記錄缺少4.2 kyr BP 事件的代表沉積物實際年齡或者偏差小的年代數據。 從表2 分辨率結果可以看出, 長江下游地區分辨率從幾年、 幾十年、 幾百年到上千年不等, 由于4.2 kyr BP 氣候事件是一個百年尺度的氣候事件,樣品的分辨率應該在100 年及以下才可能滿足要求。對于千年—百年尺度氣候事件來說, 必須要有足夠的代表沉積物實際年齡或者偏差小的高質量年代數據給予支持。 根據本文統計結果, 絕大多數研究成果的高質量年代數據很少, 甚至沒有, 建立在類似年代模式基礎上的研究結果存在較大的偏差, 所以相關研究結論存在非常大的爭議。

圖3 長江下游4.2 kyr BP 事件研究中的所有年代數據Fig.3 Map of all ages in the study of 4.2 kyr BP event in the Lower Yangtze River

圖4 長江下游4.2 kyr BP 事件研究中的年代數據質量評估圖Fig.4 The quality assessment chart of age data in the 4.2 kyr BP events study of the Lower Yangtze River

有些記錄是通過年代內插和外推來研究4.2 kyr BP 事件[23,27,30,33,35,71], 但長江下游地區河流眾多, 在河流附近容易受到流水的再搬運作用, 另外水深較淺的湖泊或沼澤, 也容易受洪水干旱的影響, 導致沉積物擾動, 沉積不連續。 例如, 多個良渚文化考古剖面中出現砂礫與樹木混雜的沉積明確指示洪水事件的發生[29,30,32]。 廣富林在96 cm 深度處磁化率和粒度的峰值指示了短時間內流域不穩定事件[34]。 魚山剖面T0410 與T0415 剖面的沉積相、 年代、 有機元素組成和硅藻等表明, 在良渚末期(約4.5 kyr BP) 存在一次古風暴事件[68]。 田螺山遺址T005W 剖面4.2 ～4.0 kyr BP 厚100 cm 地層的上下年代數據顛倒, 說明存在多次事件性沉積[67]。 良渚古城北剖面和西剖面的沉積相與年代研究也表明, 4.5 kyr BP 附近可能存在沉積間斷[53]。 因此, 在長江下游地區, 由于流水再搬運等可能導致湖沼沉積不連續。 使用內插或外推方法建立的深度—年代框架存在非常大的不確定性, 我們可能需要謹慎對待利用這種方法討論良渚滅亡事件的研究成果。

目前, 關于良渚滅亡的時間一般認為是4.3 kyr BP, 但是依然存在爭議。 例如, 浙江省考古所對卞家山(良渚文化最晚期) 的研究表明, 良渚文化最晚階段年代晚于4.5 kyr BP[80], 而對卞家山木頭和碳屑測年研究認為, 卞家山消亡年代不晚于4.5 kyr BP[60]。良渚古城護城河及城墻附近LZN 和LZW 剖面表明,良渚文化在4.5 kyr BP 開始衰落, 大約在4.3 kyr BP左右消亡[53]。 這種年代上的不確定性給良渚文化消失的研究帶來困難。

此外, 近年來的研究表明, 4.2 kyr BP 事件不是一個單一性質的事件, 其冷暖和干濕變化是波動的。來自全球幾個區域的石筍記錄表明, 4.2 kyr BP 事件期間降水的變化波動非常大, 過去認為的嚴重干旱事件并不是持續的和全球性的[10]。 來自中國神農架石筍記錄也證實, 4.2 kyr BP 事件期間, 總體上季風衰弱, 但是依然存在較強季風的階段[86]。 另外, 中國西南地區董哥洞石筍在4.4 kyr BP 前后表現顯著的波動性特征[87]。 長江中游地區玉龍洞石筍多指標研究發現, 4.4～4.1 kyr BP 期間的4.2 kyr BP 事件表現為緩慢開始、 快速結束的波動特征[88]。 田螺山T1041剖面的花粉和南海珊瑚記錄也說明4.2 kyr BP 事件和ENSO 事件有緊密的聯系[12,89], 表明這一時期降水量存在較大的波動。 由于氣候事件的復雜性, 加上良渚文化滅亡時間的不確定性, 給良渚文化滅亡與氣候變化之間關系的研究造成障礙。 未來我們需要更多的建立在代表沉積物實際年齡或者偏差較小的高質量年代模式的研究記錄去討論良渚文化消失與氣候之間關系。

4 結論

良渚文化在中國乃至世界文明史上都具有重要地位, 研究其衰落原因等具有重要的意義。 我們綜合長江下游良渚文化衰落和4.2 kyr BP 事件的研究發現:對4.2 kyr BP 前后的事件性質等認定不清晰主要是由年代認定不準確造成的。 在缺少代表沉積物實際年齡或者偏差小的年代數據建立年代模式準確性較差, 所得出的4.2 kyr BP 事件與良渚文化衰落關系的結論也是值得商榷的。 因此, 今后本區的工作需要提供更多有準確測年的記錄, 以期在4.2 kyr BP 事件和良渚文化衰落原因方面有更大的突破。