新測年法成功揭露早期非洲人的資源攝取策略

考古學家普遍使用的碳十四定年法無法對超過五萬年以上的遺留進行準確測年,導致許多非洲許多年代在十萬年以上的遺留都沒有準確的測年數據。新開發的鈾釷定年法能夠成功克服這個問題,且具備高準確性。考古學家藉此對遍布於非洲沿海貝塚遺址的鴕鳥蛋殼進行測年,新獲得的測年數據搭配貝塚內出土的各類動植物遺留便能幫助考古學家了解早期智人的攝食策略變化和人口規模隨氣候變遷、動植物資源數量變化所出現的消長模式。

圖片出處:Creative Commons

編譯|江柏毅

考古學家常在古代的垃圾堆中翻找古人的蛛絲馬跡,而一種遠古非洲人常見的飲食遺留–鴕鳥蛋殼,成了新的研究媒介,因為透過它們所獲得的測年數據能夠有效幫助考古學家了解十萬多年前定居在南部非洲以海洋資源攝取為主的早期智人(Homo sapiens),在動植物資源變動下的飲食、人口規模歷時性演變。

目前考古學界最常使用的碳十四定年僅適用於距今五萬年以內的含碳遺留(如骨、木等有機物),但加州大學柏克萊分校、柏克萊地質年代學中心(Berkeley Geochronology Center)地質年代學家Elizabeth Niespolo、Warren Sharp日前在發表於美國國家科學院院刊(PNAS)的論文中表示,他們新開發的鈾釷定年法 (Uranium-thorium dating),可準確對年代超過十萬年以上的考古遺留進行測年,目前他們已成功將出南非開普敦市郊Ysterfontein一號遺址一個貝塚(midden)內的鴕鳥蛋殼年代定在距今119,900至113,100年間。這份數據不僅使該貝塚成為全球目前年代最早的貝塚,也佐證距今十二萬年以前南非的早期智人已完全適應沿海生活。

Ysterfontein一號遺址是分布於南非西開普省西部與東部沿海典型的貝塚遺址之一,屬於中石器時代(Middle Stone Age)。該地最早被人類使用的時間大約在前一次間冰期,當時的海平面約較今日高26英尺。間冰期結束後該地持續被利用,海平面則因冰河期再臨而迅速下降,海岸線也向外延伸2英里。受惠於穩定、豐富的海洋資源,當地人群逐漸由不斷遷徙的狩獵採集者轉變為定居人群,生業模式的改變可能是導致當地人群逐漸發展出諸如領域性、族群競爭、非親屬之間合作等複雜行為的原因。

新開發的鈾釷定年法可將10%的年代不確定性降低至2%到3%,精度是過去的十倍。新測年數據使考古學家認識到這座深達12.5英尺、佈滿了貽貝、軟體生物外殼、帽貝、動物骨骼和蛋殼的灰坑的堆積時間至少達2,300年,可能約每1000年堆積3英尺。該貝塚的各類遺留也撼動了考古學界對早期智人在氣候變遷與海平面變動下攝食策略的既有設想,因為如此快速、穩定的堆積速度顯示中石器時代人群已發展出有效的海洋資源攝取策略。

Niespolo博士表示,類似Ysterfontein一號遺址的貝塚其實在非洲相當多,尤其是南非沿海一帶,而且幾乎每個貝塚都或多或少發現有鴕鳥蛋殼;過去由於這些遺留都因過於古老而無法有效測年,但新開發的鈾釷定年法能夠成功解決這個問題。專長為使用鈾釷定年法處理古代氣候、地質構造學與考古學問題的Warren Sharp博士表示,既有的測年技術,如熱釋光法(luminescence dating)雖可應用於超過五萬年以上的遺址,但所獲得測年數據精度較低,也無法應用於博物館藏品。這次他們能夠成功突破測年的技術侷限,將測年準確度上限提升至120,000年的原因在於這些鴕鳥蛋殼保存了完整的鈾系(uranium-series systems)。

鈾同位素(鈾238)是測年的理想媒介,因為鈾同位素會隨時間以恆定速率衰變為釷同位素(釷230),而釷同位素的多寡可透過質譜儀進行微量測定。過去四年來Sharp與Niespolo曾徹底對鴕鳥蛋進行研究,他們發現所有的生物體內並不會留存鈾同位素。以鴕鳥蛋殼為例,新生的蛋殼內並不含鈾同位素,而鈾同位素的出現是蛋殼埋入地下後的吸收結果。同樣的情況也出現在海貝上,但海貝的碳酸鈣結構(也就是霰石argonite)埋在土壤中時,不如蛋殼中方解石形式的碳酸鈣穩定,因此在最初埋藏的一百年內,蛋殼能夠更好地保存自土壤吸收的鈾同位素。與海貝類似,大部分由碳酸鈣組成的骨骼也具有不穩定的礦物質結構,也難以穩定保存所吸收的鈾同位素,因此蛋殼成了最佳的鈾釷定年標本。蛋殼中所留存釷同位素與鈾的比率能夠讓地質年代學家了解到鈾元素滲入蛋殼的時間距今已有多長。

考古學家Graham Avery表示,在Ysterfontein一號遺址所獲得的測年數據使該貝塚成為南非西海岸目前年代最為精確的一座貝塚,未來只要是任何遺址發現有鴕鳥蛋殼遺留,考古學家便能應用新開發的鈾釷定年法將諸如Hoedjuespunt、Sea Harvest等出土各類動物遺留及石器的中石器時代典型遺址進行更精確的測年。

 

參考資料:
2021 04. 29加州大學柏克萊分校(作者未署名), Discarded ostrich shells provide timeline for our early African ancestors

Phys.org 2021/04/29:Discarded ostrich shells provide timeline for our early African ancestors

views