长江下游4.2 kyr BP 事件年代学讨论

王晓翠, 蒋玉波

盐城师范学院 城市与规划学院, 江苏 盐城 224007

0 引言

4.2 kyr BP 事件是新仙女木事件后最为显著的气候事件之一, 它被认为是中晚全新世的分界线(即诺斯格 瑞 比—梅 加 拉 亚 期 界 限/Northgrippian-Meghalayan)[1,2], 一直以来它都是全新世气候研究的焦点。 来自欧洲、 非洲、 美洲和亚洲的洞穴石笋、 海洋沉积物、 湖泊沉积物、 泥炭、 冰芯等古气候记录研究表明, 4.2 kyr BP 事件发生在4.4～3.8 kyr BP[3-5]。在北半球中、 低纬地区主要表现为干旱[6,7], 而在欧洲北部、 南非等表现为湿润[8,9], 这可能与热带辐合带向南移动有关[10]。 最新的研究证明, 4.2 kyr BP 事件包含一系列冷暖和干湿变化, 而不是单一的冷暖或者干湿变化[11,12]。

大量的研究已经证实4.2 kyr BP 事件与同期全球古文明的衰落存在密切关系。 斯塔夫里阿诺夫总结了全球古代历史事件, 发现 4.0 kyr BP 前后欧亚大陆历史发生重大转变, 游牧民族的入侵使得世界古代文明走向衰落和灭亡, 而这一变迁正是由于气候变化所致[13]。 例如, 发生在4.2 kyr BP 前后的干旱事件导致两河流域阿卡德文明灭亡[3]、 印度河流域哈拉帕文明[14]和埃及古王国快速衰落[15]。

4.2 kyr BP 左右的季风衰落事件在中国石笋中有明显记录[16]。 谭亮成等[17]综合各种资料认为, 4.2 kyr BP 中国南北方的降水减少, 与全球气候一致。 中国北方干旱区在这个时期发生了显著的干旱事件, 东亚夏季风北部边缘呼伦湖、 岱海的多指标湖泊沉积记录表明4.2～3.8 kyr BP 经历了干旱事件[18,19], 长江中游地区石笋记录了这个阶段的干旱事件[20]。 4.2 kyr BP 事件严重影响中国新石器文化的发展, 尤其北方植物群落对干旱更加敏感, 所以生态系统乃至整个人地系统更加容易受到威胁。 证据显示洪水、 降温和干旱气候导致中国北方甘青地区齐家文化和内蒙古中南部地区老虎山文化的衰落, 同时, 这也是长江中下游地区良渚文化、 石家河文化和黄河中下游地区龙山文化衰落的原因之一[21,22]。

良渚文化(5.3～4.3 kyr BP) 是长江下游地区新石器文化最繁盛的一支, 是中华文明最重要的起源地之一[22]。 长期以来, 有关其衰落的原因存在极大争议。 有相当多的研究认为良渚文化衰落可能与4.2 kyr BP 事件有关。 但是对于4.2 kyr BP 事件的性质存在非常大的争议(表1)。 大多数研究表明长江下游地区经历了降温事件, 关于降温与湿度的组合就存在不同看法, 一部分研究表明该气候事件性质只是降温,湿度没有发生变化[23]; 另一部分研究表明该气候事件表现为降温与变干[24,25], 如研究区西部山地千亩田泥炭多指标分析表明4.2 kyr BP 前后季风降水急剧下降、 气候变干[26], 或认为该事件的表现为降温和变湿[27]; 也有研究表明, 该气候事件明显向更加暖湿转变[28], 导致大范围的湖泛洪水, 地表环境沼泽化、 湿地化[29-33]。 但也有研究表明本区不存在4.2 kyr BP 事件, 认为该时间段突然出现的沉积相变化为流域短期不稳定事件[34,35]。 研究者早已发现对于千年—百年尺度气候事件, 来自不同的记录和指标的研究结果并不一致, 产生这种现象的主要原因是需要有一个准确的年代标尺。 对于长江下游地区4.2 kyr BP事件来说, 产生非常大的争议可能也与年代数据有关, 但是至今对这一问题仍然没有详细地讨论过。 本文收集了长江下游地区过去发表的相关文献年代数据, 并对年代数据进行分类和讨论, 以此作为评估过去研究的基础。

表1 长江下游4.2 kyr BP 事件的研究记录Table 1 Research on the nature of 4.2 kyr BP event in the Lower Yangtze River

1 研究区概况

长江下游位于29.5°～32.5°N 和119.0°～122.0°E之间, 由钱塘江分为长江三角洲和宁绍平原(图1)。长江下游地区属中亚热带到北亚热带海洋性季风气候, 典型的地带性植被北部为常绿落叶阔叶混交林,南部为常绿阔叶林[42], 处于北亚热带常绿落叶阔叶混交林与中亚热带常绿阔叶林植被交错带, 因此, 对由东亚季风引起的气候变化敏感。

图1 研究区已有研究点位置示意图Fig.1 Map of the study area showing the research locations

长江下游多剖面孢粉研究表明, 11.0 ～7.0 kyr BP 常绿栎(Quercus-E)、 青冈属(Cyclobalanopsis)、栗属(Castanea) 等亚热带树种含量逐渐增加, 松属(Pinus)、 柳属(Salix)、 水青冈属 (Fagus)、 云杉(Picea) 等耐冷树种含量减少, 说明全新世早期是由干冷向暖湿发展的升温期[23,27]。 7.0 ～4.3 kyr BP 以常绿栎、 栲属为主的常绿阔叶树种含量最高, 常见分布于比现在更加暖湿地区的狭叶海金沙 (Lygodium microstachyum)、 柳叶海金沙(Lygodiumsalicifolium)、带状瓶尔小草 (Ophiodermapendula)、 褐叶星蕨(Microsoriumsuperficiale) 和台湾枫香 (Liquidambar formosana)、 南酸枣 (Choerospondiasaxillaris) 等出现, 年平均气温比现在高2 ℃～4 ℃, 相当于气候带较现在向北移了2 ～4 个纬度[16,23,43], 这些研究说明全新世中期为水热配置最好的全新世最适宜期。 但多个研究表明4.4～3.8 kyr BP 长江下游地区经历了显著的气候事件[23,26,27,32,43-45](图1)。

大河流域下游往往发育了世界文明的中心, 与尼罗河三角洲、 中东两河流域的文明相似, 长江下游地区也曾孕育了灿烂的古文化[40,77,78]。 在良渚文化之前长江三角洲和宁绍平原发育了不同类型的新石器文化(图2), 长江三角洲为马家浜文化 (7.0 ～6.0 kyr BP)、 崧泽文化(6.0～5.3 kyr BP), 宁绍平原文化序列为跨湖桥文化(8.0～7.0 kyr BP)、 河姆渡文化(7.0～5.3 kyr BP), 此后两个区域文化序列发展基本一致, 为良渚文化(5.3～4.3 kyr BP)、 钱山漾文化(4.3 ～4.1 kyr BP)、 广富林文化(4.1 ～3.8 kyr BP)[79,80]。 到良渚文化时期, 新石器文化发展到巅峰, 然而, 良渚文化并未进一步向国家文明发展, 却在良渚文化晚期出现了200 ～300 年衰落的现象, 而且, 良渚文化与后续的钱山漾文化和广富林文化之间出现了文化断层和变异[53,81]。 除了政治、 经济体制外, 地理学者认为气候环境因素可能是良渚文化衰亡的原因: 如气候变冷[27,51]、 洪水[33,40]、 海侵[81]等。

图2 长江下游新石器文化与气候演变背景[80,82]Fig.2 Background of Neolithic culture and climate evolution in the Lower Yangtze River

2 方法数据

2.1 数据选取

过去研究关注的重点是良渚文化衰落与4.2 kyr BP 事件的关系。 良渚文化主要分布在长江下游地区,因此本文研究的空间范围是良渚文化的主要分布区。研究记录必须使用测年数据建立包含4.2 kyr BP 事件年代范围的全新世年代-深度框架。 以往有研究记录使用良渚晚期考古文化地层讨论环境和气候变化, 但是良渚晚期的时间跨度大(4.7 ～4.3 kyr BP), 未完全覆盖4.2 kyr BP 事件时间范围(4.4～3.8 kyr BP),并且考古地层可能受人类活动的扰动, 因此未选取这些研究记录。 符合上述条件的有34 个研究地点的51篇论文的研究记录, 表2 列出了相关研究的采样地点、 测年数据的年代范围、 年代个数及介于4.4 ～3.8 kyr BP 年代范围的年代个数、 测年材料和样品分辨率, 由于大部分研究都没有4.2 kyr BP 事件发生时间范围(4.4～3.8 kyr BP) 及事件发生前后年代, 因此我们通过剖面现有年代粗略计算了整个剖面的分辨率。 对于早期的研究中没有校正的年龄, 我们通过IntCal 20 软件对这些年代数据进行校正[83]。

表2 长江下游4.2 kyr BP 事件年代数据研究Table 2 Research on chronological data of 4.2 kyr BP event in the Lower Yangtze River

2.2 数据评判

对于千年—百年尺度的气候事件, 代表沉积物实际年龄或者偏差小的高质量年代数据是最重要的支柱。 4.2 kyr BP 事件是一个百年尺度的气候事件, 所以对年代模式要求高。 我们搜集的51 篇研究记录335个年代数据用到的测年方法主要包括14C、 热释光和光释光。 由于释光是近三十年发展的新技术, 研究区过去绝大多数年代数据是14C, 在此我们只讨论14C 年代。 51 篇研究记录中14C 年代测试的材料包括全样有机碳、 总有机碳、 泥炭、 文化层碎片、 陶片、 木头、孢粉浓缩物、 大碳屑、 碳酸盐结核、 贝壳、 植物残体。 已有的研究表明, 在河流三角洲地区由于侵蚀等因素, 使用全样有机碳测试所得14C 年代数据可能存在较大偏差, 理论上不适合作千年—百年尺度气候事件年代框架。 鉴于全样有机碳测年存在严重问题, 有些学者使用孢粉浓缩物测年, 但是在长江下游地区,由于洪水频发可能存在严重侵蚀现象, 沉积物中也可能包含老地层的孢粉, 导致孢粉浓缩物测年数据与沉积物实际年龄可能也存在一定偏差, 不适合百年尺度气候变化记录的研究。 而贝壳、 植物残体和碳屑是相对可靠的测年材料, 代表沉积物实际年龄或者偏差小[84,85]。

3 结果与讨论

综合符合标准的34 个研究地点中51 篇论文的335 个年代, 根据这些记录整理了长江下游地区关于4.2 kyr BP 事件的所有数据(图3), 及对全部年代数据的评估。 由于长江下游河流众多, 河流沉积物或受河流影响较大的地点样品受再搬运影响的可能性很大, 因此我们需要谨慎对待这类样品。 全部年代样品中代表沉积物实际年龄或者偏差小的数据为172 个,占全部数据的51%; 与沉积物实际年龄可能存在一定偏差年代数据有70 个, 占全部数据的21%; 偏差较大年代数据有93 个, 占全部数据的28% (图4)。 只有12 个研究地点剖面的年代框架是建立在高质量年代数据上。 51 篇文献中, 只有3 篇研究文献中有两个以上4.4～3.8 kyr BP 时间范围的代表沉积物实际年龄或者偏差小的年代数据; 有7 篇研究文献中有一个4.4～3.8 kyr BP 时间范围的代表沉积物实际年龄数据或者偏差小的年代数据; 余下41 篇研究文献没有4.4～3.8 kyr BP 时间范围的代表沉积物实际年龄或者偏差小的年代数据。 可以看出, 以往大多数记录缺少4.2 kyr BP 事件的代表沉积物实际年龄或者偏差小的年代数据。 从表2 分辨率结果可以看出, 长江下游地区分辨率从几年、 几十年、 几百年到上千年不等, 由于4.2 kyr BP 气候事件是一个百年尺度的气候事件,样品的分辨率应该在100 年及以下才可能满足要求。对于千年—百年尺度气候事件来说, 必须要有足够的代表沉积物实际年龄或者偏差小的高质量年代数据给予支持。 根据本文统计结果, 绝大多数研究成果的高质量年代数据很少, 甚至没有, 建立在类似年代模式基础上的研究结果存在较大的偏差, 所以相关研究结论存在非常大的争议。

图3 长江下游4.2 kyr BP 事件研究中的所有年代数据Fig.3 Map of all ages in the study of 4.2 kyr BP event in the Lower Yangtze River

图4 长江下游4.2 kyr BP 事件研究中的年代数据质量评估图Fig.4 The quality assessment chart of age data in the 4.2 kyr BP events study of the Lower Yangtze River

有些记录是通过年代内插和外推来研究4.2 kyr BP 事件[23,27,30,33,35,71], 但长江下游地区河流众多, 在河流附近容易受到流水的再搬运作用, 另外水深较浅的湖泊或沼泽, 也容易受洪水干旱的影响, 导致沉积物扰动, 沉积不连续。 例如, 多个良渚文化考古剖面中出现砂砾与树木混杂的沉积明确指示洪水事件的发生[29,30,32]。 广富林在96 cm 深度处磁化率和粒度的峰值指示了短时间内流域不稳定事件[34]。 鱼山剖面T0410 与T0415 剖面的沉积相、 年代、 有机元素组成和硅藻等表明, 在良渚末期(约4.5 kyr BP) 存在一次古风暴事件[68]。 田螺山遗址T005W 剖面4.2 ～4.0 kyr BP 厚100 cm 地层的上下年代数据颠倒, 说明存在多次事件性沉积[67]。 良渚古城北剖面和西剖面的沉积相与年代研究也表明, 4.5 kyr BP 附近可能存在沉积间断[53]。 因此, 在长江下游地区, 由于流水再搬运等可能导致湖沼沉积不连续。 使用内插或外推方法建立的深度—年代框架存在非常大的不确定性, 我们可能需要谨慎对待利用这种方法讨论良渚灭亡事件的研究成果。

目前, 关于良渚灭亡的时间一般认为是4.3 kyr BP, 但是依然存在争议。 例如, 浙江省考古所对卞家山(良渚文化最晚期) 的研究表明, 良渚文化最晚阶段年代晚于4.5 kyr BP[80], 而对卞家山木头和碳屑测年研究认为, 卞家山消亡年代不晚于4.5 kyr BP[60]。良渚古城护城河及城墙附近LZN 和LZW 剖面表明,良渚文化在4.5 kyr BP 开始衰落, 大约在4.3 kyr BP左右消亡[53]。 这种年代上的不确定性给良渚文化消失的研究带来困难。

此外, 近年来的研究表明, 4.2 kyr BP 事件不是一个单一性质的事件, 其冷暖和干湿变化是波动的。来自全球几个区域的石笋记录表明, 4.2 kyr BP 事件期间降水的变化波动非常大, 过去认为的严重干旱事件并不是持续的和全球性的[10]。 来自中国神农架石笋记录也证实, 4.2 kyr BP 事件期间, 总体上季风衰弱, 但是依然存在较强季风的阶段[86]。 另外, 中国西南地区董哥洞石笋在4.4 kyr BP 前后表现显著的波动性特征[87]。 长江中游地区玉龙洞石笋多指标研究发现, 4.4～4.1 kyr BP 期间的4.2 kyr BP 事件表现为缓慢开始、 快速结束的波动特征[88]。 田螺山T1041剖面的花粉和南海珊瑚记录也说明4.2 kyr BP 事件和ENSO 事件有紧密的联系[12,89], 表明这一时期降水量存在较大的波动。 由于气候事件的复杂性, 加上良渚文化灭亡时间的不确定性, 给良渚文化灭亡与气候变化之间关系的研究造成障碍。 未来我们需要更多的建立在代表沉积物实际年龄或者偏差较小的高质量年代模式的研究记录去讨论良渚文化消失与气候之间关系。

4 结论

良渚文化在中国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义。 我们综合长江下游良渚文化衰落和4.2 kyr BP 事件的研究发现:对4.2 kyr BP 前后的事件性质等认定不清晰主要是由年代认定不准确造成的。 在缺少代表沉积物实际年龄或者偏差小的年代数据建立年代模式准确性较差, 所得出的4.2 kyr BP 事件与良渚文化衰落关系的结论也是值得商榷的。 因此, 今后本区的工作需要提供更多有准确测年的记录, 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。