快意乘风海上来,人潮翻涌10万年
2023-12-14徐静玥
徐静玥
人类自诞生伊始,既在适应不断变化的生态环境,同时又在持续满足本心的内在好奇,他们对未知世界的探索和认知从未停止。15世纪前欧洲人曾认为世界就像一个圆盘,圆盘外则是无尽深渊般的海洋,是不可到达之地,但商路阻隔迫使他们探索地球,催生了航海的技术发展,新航路的开辟成为激动人心的景象。然而,早在距今12.8万年到1.1万年前的晚更新世,我们的直系祖先现代人(学名:智人Homo sapiens)就已涉足这些“不可到达之地”,完成对各个大陆的“解锁”,实现了全球范围的散布。也许正是这种不断求索且生生不息的精神,使人类得以战胜种种挑战,延续至今并创造了辉煌灿烂的历史。持续十万年的冒险奠定了我们当今在全世界分布的基础,是我们对于未知世界的不懈探索。回看这段故事,一切也许要追溯到宇宙中的那颗始终不断运动着的蔚蓝星球,星球上冰消冰长,潮起潮落,沧海桑田,一支族群从茫茫稀树草原翻山越海开始他们的征程。
星空中的“华尔兹”
地球上一切生命的历史都是地球史的一部分,人类的故事也不例外,因此了解现代人的全球迁徙历史,我们也不得不先将目光投向这颗星球。浩瀚奇幻的宇宙是数以亿计的行星与其他天体的舞台,地球也在这片巨幕下不知疲倦地跳跃着华尔兹,引力在天体之间相互作用,勾起地球步调的变化。一个微小的颤动足以引起地质时间中漫长的回声,并对地球上的气候变化产生重要的影响,第四纪冰期与间冰期的旋回也与地球运动轨道的微妙变动有着密切关系。前南斯拉夫气候学家米兰科维奇(M.Milankovitch)就为这天文与地质间微妙联系而惊奇,他关注到地球运行轨道的三个主要要素:地轴倾斜度(Obliquity or Axial tilt),偏心率(Eccentricity)和岁差(Precession),三要素的协同变化引起了全球气候的改变。
地球轨道三要素(图源网络)
我们都知道地球时刻在围绕着太阳公转,同时也不断绕着地轴自转。地轴倾斜度(Obliquity or Axial tilt)指的就是地球公转轨道面和地轴之间的倾角(见54页图-a)。倾角的变化会导致日照量的变化,也就是地球从太阳那里获得的热量发生变化。当倾角较大时,北半球夏季接收到的太阳辐射量就多,气候更加湿热。地轴倾角的变化范围是21.5°~24.5°,变化周期约为4万1千年。
地球绕着太阳转动的轨道其实是椭圆形,并且在不断发生着变化。所谓偏心率(Eccentricity)即描述了地球绕太阳运行轨道的离心程度,也就是地球运行的轨道是倾向于椭圆还是更倾向于圆形(见54页图-b),结合地轴倾角的变化影响着日照量的变化幅度,当偏心率较大时,地球运动的轨迹就更偏椭圆,离太阳较远,导致夏季较凉爽,冬季较寒冷,容易引发冰期。相反,当偏心率较小时,地球接近太阳,导致季节变化不太明显,有利于间冰期的发展。偏心率的变化范围是0.005~0.0607,周期约为10万年和41万3千年。
地球在跳着自转和公转这场华尔兹的同时自身也在有节奏地颤动,引起地球自转轴在公转过程中的变化,这就是岁差,也就是季节进动(Precession),它控制到太阳的距离和季节变化(日照量的季节变化),决定近日点何季出现(见54页图-c),并受到偏心率的调控。地球的进动会影响季节的开始和结束时间。当进动改变时,季节的时长和强度也会发生变化,进而影响冰期和间冰期的交替。
轨道三要素影响地球接收到的太阳辐射量在全球的分配情况,进而影响到气候的变化。米兰柯维奇理论认为北半球高纬度地带是对地球运动所带来的变化高度敏感的地区,这个地区会将其接收到的气候信息传递给地球的其他区域,例如当北半球高纬地区夏季太阳辐射量较低时则夏季温度较低,两极海冰融化少,反射更多的太阳光,热量吸收少,低温迅速传导到其他地区。经过计算,他指出北纬65°夏季太阳辐射变化是驱动第四纪冰期间冰期的主要因素。
“亚马逊热带雨林的一只蝴蝶震动一下翅膀,可以在两周后引起美国得克萨斯州的一场飓风”,地球轨道数据上的每一点细微变化都将引起全球气候的整体改变,这样的“蝴蝶效应”在漫长的地质时间中不断发生,对地球上所有生灵的演化与迁徙造成了重大影响。彼时这颗宇宙中往复运转了46亿年的蓝色行星还不知道一个物种的故事在此处悄然发生改变。
深海氧同位素第5-3阶段(MIS5~MIS3):十万年沧海桑田
地球从未停止运行,而进入第四纪时期后,冰期、间冰期的多次交替和冰川的发展以及在这一背景下人类的演化和扩散,无一不在昭示着轨道因素对地球气候的影响。根据米兰科维奇理论,科学家可以推算:当地轴倾斜度最小、北半球夏季处于远日点及偏心率相对较高时,地球气候将进入冰期。而第四纪冰期间冰期交替变化造成的全球性气候变化无疑影响着古人类的生存和演化,在冰后期更是影响到属于我们的这一人种在世界范围内的广泛扩散。科学家们从至少半个世纪以前就开始着手探索属于“现代人”的历史,了解气候变化的机理,重建气候变化的历史,在此基础上搭建轨道-气候-人类活动之间联系的桥梁。
有孔虫与珊瑚礁(图源网络)
深海氧同位素阶段(Marine Oxygen Isotope Stage,MIS)就是这一探索过程中里程碑式的结果,其通过深海沉积有孔虫壳体中与冰量变化有关的氧同位素和古地磁测年相结合划分出不同的阶段,并结合黄土与石笋等沉积物年代地层构建出了MIS记录曲线,为冰期的研究树立了标尺。MIS记录反映了地球古气候中的冷暖阶段交替,低值指示冷期或冰期,如MIS2、4、6、12、16等偶数阶段,高值则指示暖期或间冰期,如MIS5、7、9、13等奇数阶段。冰期发生时,气候整体上寒冷干燥,伴随着冰川的扩张,海平面下降,海岸线增长;反之,间冰期时则伴随着冰川融化,海平面上升和海岸线后退。科学家常通过珊瑚礁内的成分来重建海平面的变化,而气候变化和海洋的进退不仅是古气候研究的重要落脚点,同时又影响着全球古人类的迁徙与扩散。
早期现代人出现的最早记录可以推至距今约30万年前,但是其在全球范围内的散布不过是距今十几万年前的时间,至末次冰期极盛期(MIS2阶段,距今约2万6千年~1万9千年)前基本实现了全球范围内的广泛分布。故而我们可以将视线锁定MIS5到MIS3阶段,即距今12.8~2.6万年,这段时间是我们直接祖先是如何征服欧亚大陆的关键期。MIS5阶段气候经历了暖-冷-暖-冷-暖的交替变化,整体来说这是一次较为温暖的间冰期,学术界称为末次间冰期(距今约12万8千年~7万1千年),温度较之前寒冷的冰期有所上升,伴随而来的是海平面上升,MIS5的末期温度温暖湿润,年均温高于现在2-5℃。之后,MIS4阶段(距今约7万1千年~5万7千年)的突然到来促使气温骤降,降温幅度可达12℃,全球冰川在这一阶段有所扩张。之后的MIS3阶段(距今约5万7千年~2万6千年)又进入一个暖期,气候稍微转暖,之后又再次变冷,全球部分地区可能发生了一定规模的冰进。到MIS3阶段的晚期气候再度转为暖湿,冰川消融,部分滨海地区再度发生海进,可见在这近十万年中气候波动频繁,海平面消长不断。深海氧同位素等恢复MIS5~MIS3的气候状况结合全球海平面变化的研究,为我们了解现代人迁徙提供了地理背景,这段故事的神秘面纱已慢慢被我们揭开。这10万年中,使用旧石器中期石器技术的早期现代人在晚更新世早期(MIS5阶段)已经开始沿南方路线自非洲向东南亚扩散,MIS3阶段是现代人演化和扩散的重要时期,彼时这颗蓝色星球之上,现代人作为一个欣欣向荣的物种群体,从他们的先辈手中接过了演化的接力棒,属于我们这个人群的故事在历史舞台上拉开了帷幕。
现代人的“出非洲记”
目前所发现的最早的现代人是在北非摩洛哥地区Jebel Irhoud遗址,距今约31.5万年,此外是还有在埃塞俄比亚地区发现的两具颅骨(19.5万年的Omo遗址和16万年Herto遗址)。关于现代人起源的问题目前来看尚且迷雾重重,主流的假说包括:近来非洲起源模式(Recent African Origin/RAF),杂交与取代模式(The (African)Hybridization and Replacement/H&R),多地区进化模式(Multiregional Evolution/ME)和同化模式(Assimilation/As),这些假说讨论的核心实际上在于现代人的起源地(是否仅在非洲)以及现代人与其他古人类之间发生基因融合与交流的程度。无论在哪种假说中,非洲都是现代人的起源、演化和交流的中心地之一。现代人从非洲向世界各地的扩散也一直是研究的热点问题,那么十多万年前的早期现代人,是在何时踏足非洲以外的世界各个角落的呢?
早期现代人的扩散路线(图片来源:Christopher J.Bae等,2013)
北非和地中海盆地人类从非洲扩散的主要潜在出入口点。小图部分展示该地点海平面处于-130m(浅蓝色遮光)时的跨海岸距离。(图片来源:G. N. Bailey等,2019)
传统观点认为早期现代人的“出非洲记”大致有南北两条不同路线,南方路线的时间早于北方路线。他们从非洲之角启航,跨越曼德海峡到达阿拉伯半岛南部并继续向东散布到印度半岛及东南亚地区,乃至踏足一个全新的大陆——大洋洲,这段故事可以追溯至距今约12万年~6万年。此外还有从北非到达西亚地区再向欧亚大陆扩散的北方路线,这段旅程大约发生于距今6万年~3万年(见上图<上>)。值得一提的是南线北线之间并不是单线发生和前后进行的,而是多线并行,不断扩散的,每次扩散的机制和动因可能都不相同。
早期现代人在没有任何现代交通工具的加持下,翻山越岭,跨越江河湖海,踏足数千乃至数万公里之外的世界确实是充满谜团的故事。连接尼罗河谷(Nile Valley)和黎凡特(Levant)的西奈半岛(Sinai Peninsula)狭窄的陆地走廊可能是早期人类从非洲通往外部世界的陆上桥头堡,此外,海平面的升降也许为他们提供了通向外部世界的契机,如冰期时海平面的下降使直布罗陀海峡(Strait of Gibraltar)两岸距离变窄(见上图<下>)。
古人类的海滨风光:菲律宾地区1-BubogⅠ、2-BubogⅡ及3-Bilat Cave遗址(图片来源:Dolores Elkin等,2023)
但是早期现代人显然无法满足于此,因此旧石器时代跨海迁徙的可能性也被提出,在沿途岛屿的海滨地带也发现有旧石器时代遗址。冰期海平面下降时,海岸间位置最窄的过境点是直布罗陀海峡两岸,约12公里,海岸之间还是互不可见的。而从东南亚地区到达大洋洲必经的海上路段“华莱士线”(见59页下图),即使在冰期海平面下降时也未有陆地连接,沿着海岸线的扩散乃至航海工具的应用似乎必不可少,那么早期现代人自非洲向外的“旧石器时代新航路开辟”的旅程上有什么样的故事呢?我们不妨一起来翻看这本尘封的“出非洲记”。
古人类的“海岸高速带”
现代人的扩散既是物种的迁徙史,也是文化的传播史。即使是工业文明发达的现代,大洲之间的旅程也是漫长而不易的。但在数万年前,人类文明初萌的时代,现代人的足迹却在几万年间几乎遍及全球。不同于研究者们从已知向未知的演绎,古人类在踏上他们的冒险之旅时对目光以外的远方是完全未知的,却能够短期内如此大范围的扩散,仅通过陆地可能难以实现。结合大量沿海地区及岛屿上遗址的发现,无论是向北还是向南,都可以推测现代人的扩散可能既包括陆地路线也包括沿海路线。冰期时海平面下降,更多陆地露出水面,这些浮出的陆地为古人类提供了洲际扩散的桥梁,间冰期良好的资源环境则为古人类创造了优渥的条件,吸引人们沿海岸线走向远方。
首先发生的可能是现代人向南方的扩散,其中沿着印度洋海岸向东的扩散被认为是古人类迁徙的“海岸高速带”。尽管部分遗址可能现在被淹没在水下,古人类的身影在这条“海岸高速”上也在不断涌现,而他们得以沿着海岸迁徙离开不了古人类对海洋资源的利用能力。传统观点认为现代人在距今4万年以后才开始利用海洋资源,然而事实证明人类总是容易低估过去。实际上早期现代人对各种海洋资源的利用已经可以追溯到距今12万年之久。非洲东北部Eritrea的Abdur遗址距今约12.5万年,在遗址中与珊瑚礁相关的海滩沉积物里发现了旧石器时代中期(Middle Stone Age)类型的遗存,同时发现了包括牡蛎和贻贝在内的可食用物种的哺乳动物骨骼和软体动物壳,研究者认为这可能是现代人在海滩上生存活动的证据。相关研究也显示,尼安德特人和现代人都可以利用海岸线的生物资源,现代人甚至可以利用深海生物资源(见59页上图)。正是早期现代人强大的适应和利用环境的能力支撑了他们在世界上的探险之旅。
湖泊/河流、海岸线和海洋适应与相关人类物种和时间的关系示意图(改自Manuel Will等,2019)
早期现代人扩散的南方路线中的部分遗址(据李浩,2022)
为了应对剧烈波动的气候环境带来的生存挑战,冰期时下降的海平面与露出的海道为现代人求索更多样的生存环境提供了机遇。于是,他们凭借着更加先进的石器技术和强大的环境适应能力,在距今12~5万多年间,早期现代人就沿着这条“海岸高速带”向南扩散,途经阿拉伯半岛、印度半岛、东南亚岛屿等地最终到达澳大利亚。在距今5万年后,南方扩散路线上的考古证据逐渐增多(见上图<下>)。然而近年来在中国南方地区也发现了距今12万年到8万年左右的早期现代人的化石,如湖南道县福岩洞等,又为现代人的扩散历程的研究提出了新的问题与设想,显然在这条“南方路线”上还有着许多未知的故事等待着我们的探索。
陆地上的奇幻漂流
在早期现代人扩散的近10万年的历史中,尽管他们具备了海岸线生存的能力,但是数百万年演化进程里,大陆始终是人类生存繁衍的主战场,即使是在南方路线上,内陆路线也是我们关注的重要部分。现代人到达岛屿之后能够很快地灵活适应岛上的生态环境,对于海洋资源的利用也多发现在岛屿地区,而在岛屿之外的沿海遗址则总体较少。可见现代人不止有着一条“海岸高速带”,内陆上的他们通过长时间的适应陆地生态环境,使他们应对资源更加“如鱼得水”。距今6万年前后,部分早期现代人从非洲地区沿着阿拉伯半岛,伊朗高原不断向北方扩散,足迹遍布西欧、东欧、西亚、中亚到东亚地区。化石人类学、古基因组学、考古学等多方面证据表明,距今约5~3万年间,早期现代人曾沿中亚、西伯利亚、蒙古、中国西北地区等向东扩散至中国的华北腹地。
利用GIS根据最小成本路径分析的结果绘制的现代人从中亚到中国北部的扩散路径(图片来源:Feng Li等,2019)
古人类在内陆的扩散路径更加复杂多样,不同于在南方路线上与海洋和岛屿结缘,在他们北上的历程中海洋扮演的角色则黯然失色,然而“脚踏实地”的路程也充满艰辛。在广袤的大陆上,他们需要走出森林,踏上高原,越过高山,横渡沙漠,跨过草原,需要抵御风沙严寒和各式各样的危险。有研究表明,现代人在内陆的扩散也离不开湖泊与河流的帮助,比如印度半岛的印度河和纳尔默达河。在向东亚的扩散中也是如此,GIS模型显示,在MIS4阶段和MIS2阶段两个相对较干的时段,沙漠区域或许难以支撑古人类的生存,然而在相对湿润的阶段,如MIS5阶段和MIS3阶段,西北沙漠地区大量古湖泊的存在可为古人类的扩散提供便利条件。
到MIS3阶段的晚期(距今2.6万年左右),现代人的足迹已经几乎遍布世界,我国东北地区也发现了大量遗址,青藏高原腹地也发现了这一时期的现代人遗存,现代人真正占领了世界。未来在无论是新月地带诞生的西方文明还是黄河长江流域绽放的东方之花,一切的灿烂文化皆可追溯至此。
带上“地”的眼睛
旧石器时代现代人扩散的故事早在漫长的时间前就已完结,然而现在的人们对于未知历史的探索却从未终结。而在探索这段故事的历程中,我们不难发现,对过去的追寻从来不是考古学者一群人的狂欢,我们探索中也不止于遗址材料的堆砌,地学手段、古DNA研究等各种方法的应用以及多视角的探索为我们的研究注入活力。尤其在古人类迁徙与扩散的历史中,微观到一个遗址沉积物与形成过程的研究,延伸到海岸沉积带的重建以及大陆架考古的发展,海平面的变迁乃至古气候变化的驱动机制,再到具象世界里古人类对于沙漠、海洋、高山与草原等各种不同地理环境的适应以及地理信息(GIS)视角下的扩散路径等,都是我们关注的热点话题。值得一提的是,地学手段的广泛应用都为我们的考古学研究提供了全新的视角,“求未求得者”是新方法运用的根本意义。21世纪的地球科学进入“地球系统科学”的时代,多圈层的相互作用受到广泛的关注,“人类圈”更是被单独提出,而地学考古手段在考古学研究中的更多应用,及考古学带来的人类行为研究也为地球系统科学注入了新的活力。汪品先先生曾言,“越到科学发展的前沿,学科之间的界限就越加模糊”;刘慈欣的科幻小说《带上她的眼睛》中也指出人类尚在探索的未知之境除了头顶的天空宇宙,便是脚下的大地。古人类的故事本就是藏在沉积物中的故事,我们不妨带上“地”的眼睛,将目光继续投射向人类与考古的故事,走上新的征程,在未知之境永恒好奇,永远求索,如此生生不息。