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西安交大科研人员在气候变化与长江下游文明演化方面取得重要进展
2021-11-29 16:11
西安交通大学
作者:

  11月24日,《科学进展》(Science Advances)杂志刊登了西安交通大学全球环境变化研究院张海伟、程海、蔡演军等与美国加州州立大学教授Ashish Sinha、奥地利因斯布鲁克大学教授Christoph Spötl、浙江大学教授刘斌等的合作研究论文《长江下游良渚文化及其他新石器文化衰亡对气候变化的响应》(Collapse of the Liangzhu and other Neolithic cultures in the lower Yangtze region in response to climate change)。该研究为研究长江下游新石器文化演化提供了高精度的气候变化背景,表明距今4300年前长江下游极端降水增多是导致良渚文化衰亡的重要气候因素。

(A)研究洞穴和良渚古城位置 (B)神农宫洞内照片 (C)良渚玉琮及其上刻神徽

  考古发现长江下游南岸具有连续的新石器文化演化序列,主要包括杭州湾南部的上山、跨湖桥、河姆渡文化,杭州湾北部的马家浜、崧泽、良渚、钱山漾和广富林文化。其中,良渚文化(距今约5300-4300年)是同时期全球范围最发达的新石器文化之一,主要体现在具有宏大的良渚古城、完善的水利系统、精美的玉器工艺、先进的稻作农业等方面。多方面证据表明良渚古城已经形成了早期国家形态,是中华五千年文明的实证,2019年7月6日被收入“联合国教科文组织世界遗产名录”。然而,是什么原因导致距今约4300年前良渚古城被废弃、良渚文明突然衰落呢?为什么其后的广富林文化和钱山漾文化的发达程度远不及良渚文化?学术界一直存在较大争议。

距今7000-2000年中重建的气候记录与长江下游文化演化对比

  科研人员通过对江西省神农宫和九龙洞洞穴多支石笋进行高精度的铀系定年和高分辨率的稳定同位素指标测试分析,建立了长江下游距今1.4万年以来高精度高分辨率的水文气候变化序列,该序列最为显著的特征是距今4400-3000年间发生了数次年代际-百年尺度的极端旱涝事件。通过与长江中下游其他降水重建和考古地层、年代数据等资料进行综合对比分析,发现距今约4300年极端干旱后的极端洪涝事件可能首先对良渚古人的生存造成了重大冲击,而后长江下游持续湿润的气候使得太湖平原-杭州湾北部大范围低洼地区被淹,不再适合水稻种植,迫使在洪灾中存活的良渚人也放弃了良渚古城及其周边住址,最终导致良渚文化衰亡。距今4300-4000年前冷湿气候背景可能导致了广富林和钱山漾文化发展缓慢,其发达程度不及良渚,至距今约4000年前长江下游又遭受了一次极端干旱,与广富林、钱山漾文化衰亡时间一致。尽管前人研究表明社会矛盾、部落战争、海平面变化等因素也可能对良渚文化衰落有影响,但极端旱涝频发,特别是剧烈干旱后的极端洪涝及其后长时间的湿润气候,很可能对良渚文化造成了巨大冲击和影响。

  研究还发现高精度石笋记录的距今约4000年前中原至长江下游地区由湿转干的气候背景支持“大禹治水成功得益于气候变干水患自然平息”的观点,对研究我国夏朝建立及其气候背景具有重要意义。研究认为距今4400-3000年间长江中下游剧烈的气候波动可能与中-晚全新世北半球夏季太阳辐射逐渐减弱背景下厄尔尼诺-南方涛动(El Niño–Southern Oscillation, ENSO)事件显著增多有关,东亚夏季风减弱叠加厄尔尼诺事件频发导致了长江中下游异常湿润,这种气候影响机制也得到了过去50年器测资料的支持。

  论文第一作者为西安交通大学副教授张海伟、通讯作者为程海、张海伟,西安交通大学为论文第一单位。西安交通大学同位素实验室教授蔡演军、研究员宁有丰等师生共同参与研究。同位素实验室的主要研究方向为高精度质谱同位素测量技术、全球气候变化研究和发展新的稳定同位素、包裹体同位素测试技术。这项研究成果依托于西安交通大学同位素实验室,并得到了国家自然科学基金、国家重点研发项目、中科院战略先导项目、美国自然科学基金和中国博士后基金联合资助,江西省上饶市神农源风景区对该研究提供了大力支持。

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