中國黃士高原.最早的古人類活動記錄

朱照宇　黃慰文　吳翼　邱世藩　饒志國　羅賓·登內(nèi)爾

中國北方黃土高原被厚厚的黃土層覆蓋著，黃土層里埋藏著我們?nèi)祟愊茸娴幕顒舆z跡。陜西藍田距今163萬年的古人類化石和212萬年的舊石器記錄了黃土高原最古老的人類活動歷史，拓展了黃土序列與古人類演化序列重大科學研究的新方向。

黃河流域通常被稱為我們中華民族文明的搖籃，黃河水之黃色主要是由于流經(jīng)黃土高原所攜帶的黃土所致。黃土由非常細?。ㄍǔＶ挥袔资⒚祝┑乃缮㈩w粒物質組成，它們厚厚地覆蓋于浩瀚無垠的黃土高原，分布在山地、丘陵、山坡、河谷，無所不在。100多年的研究表明，這種覆蓋于黃土高原任何地形上的黃土是一種風成沉積物。西風和西北風從西面、西北面和北面的戈壁一沙漠地區(qū)，將細粒的沙子和粉塵吹到高空，向東、向南方向搬運，由于重力作用和山脈的阻擋作用，這些沙塵沉降在黃土高原，一部分越過山脈沉降在華北平原和長江中下游地區(qū)?，F(xiàn)代沙塵暴就是這種歷史的見證。

黃土高原的黃土厚度巨大，由幾十米到幾百米不等，它們是在第四紀時期堆積而成的?！暗谒募o”是地質歷史的最新一頁，其年代跨度從距今約260萬年前直至今天，也稱為“人類紀”，即有人類誕生以來的地質時期。因此，第四紀科學實質上包含了多種學科的交叉，包括地層學、地貌學、沉積學、巖石學、礦物學.地球化學、地球物理學、古氣候學、新構造學、古生物學和古人類學等。擁有巨厚黃土層的中國黃土高原，正是研究第四紀科學和古人類學的天然試驗場。在黃土高原不同地區(qū)的黃土地層中曾經(jīng)發(fā)現(xiàn)過不少古人類活動的遺跡，例如山西的西侯度、丁村，河南的三門峽，陜西的大荔、藍田等地。在1980年代以前，黃土地層只劃分為三個大的層位，包括早更新世午城黃土、中更新世離石黃土和晚更新世馬蘭黃土，因此，古人類遺跡記錄只能有大致的時代;而1980年代以后，黃土地層逐步被細分為33個層位并標定出詳細的年代，這就為精細鑒別古人類活動記錄的年齡奠定了基礎。

中國黃土高原的黃土-古土壤序列

到過黃土高原的人總會發(fā)現(xiàn)，厚厚的黃土層并不是從上到下連續(xù)一片，中間有很多褐紅色的條帶，有的地方褐紅色條帶與黃色土層會組成一幅斑馬狀的紅黃相間圖案。這些褐紅色條帶是一種地質時期形成的土壤，稱為“古土壤”或者“埋藏土壤”。經(jīng)過數(shù)十年的系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，在第四紀地質歷史時期，古氣候曾經(jīng)發(fā)生過幾十次冷暖交替的變化;在氣候寒冷干燥時期（稱為“冰期”），從戈壁一沙漠地區(qū)由風力帶來的黃土顆粒較粗、沉降速率較快、堆積厚度較大，在黃土高原沉淀了厚層的黃色粉塵;而在氣候轉為相對溫暖潮濕的時期（稱為“間冰期”），黃土沉淀得很薄，同時由于氣候暖濕和生物活動加強，黃土層演化為土壤，氧化鐵的增多使得土壤變?yōu)楹旨t色。當又一次冰期到來時，厚層的黃色粉塵覆蓋在之前的土壤上，就這樣周而復始，黃色黃土與褐紅色土壤形成了紅黃相間的壯觀圖像。也就是說，黃土與古土壤組成的地質剖面，記錄了第四紀氣候冷暖變化的過程和規(guī)律，這種剖面稱為“黃土-古土壤序列”。通過系統(tǒng)研究，中國黃土高原的黃土-古土壤序列記錄的冷暖旋回，完全可以與深海海底沉積物中微體古生物有孔蟲殼體氧同位素所記錄的全球氣候變化的規(guī)律對比，這就建立了全球第四紀時期的冰期一間冰期氣候演化旋回的海陸對比框架。

那么，大約260萬年的黃土-古土壤序列的年代是怎么確定的呢？

幾十年來中外學者在黃土高原不同的地質.地貌、氣候帶尋找了大量的基本完整的黃土剖面，對它們進行不同的年代測定方法的實驗，最后證明古地磁定年法是最合理、最理想和最準確的測年方法。古地磁定年法是通過對地質歷史時期的地磁場在古沉積物中的磁極性進行測量，從而測定古沉積物年齡的方法。

地球就像一個大磁鐵，一個北極，一個南極，地球磁場在過去各地質時代往往會有反轉，即在地球南北地理方向不變的情況下，地磁極的南極會變成北極（正極性），而北極會變成南極（反極性）這些反轉會記錄在全球各地當時的古沉積物或者古巖石中?？茖W家對全球各地的古沉積物和古巖石的地球磁場的反轉進行了系統(tǒng)研究，然后通過同位素年代學測定這些反轉的確切年代，編制出全球統(tǒng)一的古地磁年代表。后來者在全球不同地方測量沉積物或巖石的磁極性，對照標準的古地磁年代表，就可以確定該地沉積物或者巖石的具體年代。

對完整的黃土沉積剖面，學者們測定了兩個主要的古地磁倒轉時期，即布容（Brunhes）正向極性時（距今78萬年至今，地磁北極與地理北極一致）和松山（Matuyama）反向極性時（距今258萬-78萬年，地磁南極與地理北極一致）;同時，在松山期中發(fā)現(xiàn)了幾個關鍵的正極性時段，其中包括加拉米諾（Jaramillo）正極性亞時（距今107萬-99萬年）、考伯山（Cobb?Mountain）正極性漂移（距今約120萬年）、吉爾薩（Gilsa）正極性漂移（平均年齡距今約162萬年）、奧杜威（Olduvai）正極性亞時（距今195萬-178萬年）、留尼旺（Reunion）正極性漂移（距今215萬-213萬年）等;黃土的底界約在松山反極性時與高斯（Guss）正極性時界線附近，年代距今260萬一258萬年，這也是目前多數(shù)學者認可的第四紀的底界。

典型完整的黃土剖面從上（年代最新）到下（年代最老）被標定為33層不同的地層單元（組合土層）：“S”表示古土壤（soil），“L”表示黃土（loess），其中包括S0/L1、S1/L2、S2//L3……S31/L32和S32/L33。其中有幾個特征明顯、層位穩(wěn)定、各處都可對比的地層單元：主要有S5（顏色最紅的古土壤，多數(shù)情況下由2層或者3層密集的古土壤夾黃土組合，代表古氣候最為暖濕），L9（顆粒較粗、厚度最大、顏色偏淺黃的黃土，代表古氣候更為干冷），L15（顆粒最粗、厚度較大、顏色偏白色的黃土，代表古氣候最為干冷），L24-L25（顆粒較粗、厚度較大.顏色偏淺黃的黃土，常含有鈣質結核層，代表古氣候較為干冷）。這些標志層所記錄的古地磁極性及其與各古地磁倒轉層的關系基本是固定的：S5位于布容正向極性時的中部偏下位置;L9位于布容正向極性時與松山反向極性時界限之下，并位于加拉米諾正極性亞時之上;L15位于松山反向極性時上部、加拉米諾正極性亞時之下，且考伯山正極性漂移位于其頂部;L24-L25位于松山反向極性時中部、吉爾薩正極性漂移之下，且奧杜威正極性亞時位于其底部。

如此，中國黃土高原的黃土-古土壤序列的土壤地層和地質年代框架就建立起來了。

黃土高原東南部的古人類活動記錄

1960年代，由中國科學院古脊椎動物與古人類研究所主持、11個科研單位參加，在黃土高原南部的陜西省西安市藍田縣及其鄰區(qū)開展了大規(guī)模的新生代地層和古生物綜合考察。這次考察取得了大量令人驚喜的成果，除了建立了藍田及其鄰區(qū)晚新生代地層序列和找到了大量古生物化石外，最重要的是發(fā)現(xiàn)了兩處古人類化石地點：陳家窩（猿人下頜骨）和公王嶺（猿人頭蓋骨）（現(xiàn)在統(tǒng)稱“直立人”）。此外，還發(fā)現(xiàn)了多處舊石器地點。這在當時也是震驚中外的，因為這是我國學者獨立自主發(fā)現(xiàn)的一處東北亞最古老的古人類頭骨化石。

由于當時（1964年）詳細的黃土-古土壤地層序列尚未建立起來，定年技術也有限，因此，只是根據(jù)不同黃土層的相對新老關系、古生物化石的組合，以及人類化石的特征，將公王嶺頭蓋骨的地質時代定為第四紀中更新世早期，或者早更新世晚期，比北京周口店猿人時代要更早些，但與印度尼西亞的爪哇人時代相近;而陳家窩下頜骨與北京周口店猿人年代相當，或者稍早一點。對于舊石器地點的地質時代沒有深入研究，只有關于其歸屬于中更新世和晚更新世的描述。

1970年代后期，馬醒華和程國良等首次使用古地磁方法對藍田兩處猿人遺址的黃土地層進行了定年，首次給出距今100萬一50萬年的年代數(shù)據(jù)。1980年代中后期，在以劉東生為首的研究團隊初步建立了黃土高原典型的洛川黃土-古土壤序列，并給出具體年代框架的背景下，安芷生等首次使用新的古地磁測年技術與黃土-古土壤標準剖面對比的方法，確定陳家窩遺址為距今65萬年、公王嶺遺址為距今115萬年的新年齡，并認為含有猿人頭蓋骨的公王嶺化石層位于黃土-古土壤序列的第15層粉砂質黃土（L15）這一標志層中61。此后，盡管全球古地磁標準年代表有所修正（如第四紀幾個主要倒轉界限推前了10萬年左右），但學術界基本上以公王嶺猿人化石層賦存于LI5粉砂質黃土層中這一認識，來開展其他相關研究的。實際，上，從那時起，對藍田猿人遺址和舊石器的實地調(diào)查和研究就基本停滯了，許多國家級和部委級的重大科技計劃項目也沒涉及藍田地區(qū)的黃土與古人類研究內(nèi)容。

筆者之一朱照宇1985-1988年攻讀博士期間，實地調(diào)查了藍田陳家窩和公王嶺黃土剖面，意識到公王嶺化石層不像賦存于L15黃土層中，而應該是在L15之下7。作為1964年公王嶺猿人頭蓋骨現(xiàn)場發(fā)現(xiàn)和發(fā)掘小組的小組長，筆者之一黃慰文也認為公王嶺化石層應該是在古土壤中，與印尼爪哇人年代相近，距今約180萬年18]（當時爪哇人定年為距今180萬年，后來修正為距今160萬-150萬年）。21世紀初，偶然的機會使興趣相同的不曾相識的學者碰撞出火花，自發(fā)組建了一個重新關注藍田地區(qū)黃土與古人類研究的團隊。

藍田公王嶺猿人遺址重新定年

公王嶺遺址位于秦嶺山脈北麓、我國溫帶氣候帶和黃土高原的南部，遺址北面是渭河的支流灞河，再向北為橫嶺黃土塬。在遺址地點，與公王嶺直立人頭蓋骨化石一起埋藏的很多古動物化石，其顯示的古動物群面貌十分特殊，其中含有不少活動于南方濕熱氣候條件下的動物，如大熊貓.東方劍齒象、巨貘、中國爪獸、毛冠鹿和蘇門羚等。這種現(xiàn)象與地處秦嶺北側的公王嶺現(xiàn)代溫帶氣候帶完全不相符。再者，前人的研究結果認為，化石層是在L15粉砂質黃土層之中，而LI5是一個標志層，其代表了第四紀時期黃土高原古氣候最為干冷的時期，這又與古動物群的特征有矛盾。因此，研究團隊從2001年開始，對公王嶺進行了深人系統(tǒng)的調(diào)查研究。

我們在公王嶺原始化石點，以及旁側約20多米新發(fā)現(xiàn)的化石層測量了一個主要黃土剖面，在其附近溝谷中測量了一個非常完整的黃土剖面，同時從化石點南面的秦嶺山脈到化石點，再到灞河北岸的黃土塬測量了十多個剖面。在剖面上采集了數(shù)千組樣品，對樣品進行化學成分和礦物成分分析、沉積物粒度（顆粒大小及其組合特征）分析、巖石磁學分析（沉積物的各種磁性分析），尤其是進行了高分辨率（高密度）古地磁年代測量。前人的古地磁測量點距離多是幾十厘米到幾米，而我們的測量點距離是3厘米至10厘米，這就不會漏掉一個短暫的古地磁漂移事件。

研究在四個方面獲得了新的認識：第一，在L15之下存在一個侵蝕面，化石層不是位于L15層位之中，而是位于這個侵蝕面之下，兩者之間缺失了6至7層黃土-古土壤組合地層;第二，在公王嶺北面的賈村地點擁有完整的黃土剖面，賈村剖面是唯一與公王嶺剖面擁有相同南方古動物組合的剖面，其化石層是S22-S23古土壤層;第三，在公王嶺剖面和賈村剖面均首次檢測到可對比的三個重要古地磁轉換層;第四，公王嶺化石層正好位于古地磁吉爾薩正極性漂移（平均年齡距今162萬年）之下，因此，公王嶺直立人頭蓋骨化石應該位于代表氣候較為溫暖濕潤的古土壤S22-S23之中，年代距今約163萬年;這就與原始發(fā)掘的地層結構、古生物特征、古氣候條件、頭蓋骨測量特征，以及年代學的規(guī)律基本符合了。

藍田上陳地點最新發(fā)現(xiàn)

由于發(fā)現(xiàn)了公王嶺遺址存在侵蝕面和地層缺失，我們深切感到必須尋找藍田古人類活動記錄的“缺環(huán)'，筆者之一黃慰文明確提出尋找古人類活動遺跡的兩大證據(jù)：古人類化石、古人類制造和使用的工具石器。于是，大家開始同時尋找連續(xù)黃土剖面和原地埋藏的石器。2004年我們在公王嶺遺址：附近獨立發(fā)現(xiàn)了第一件石器。2007年，在調(diào)查賈村剖面的同時，我們隱隱約約看到遠處有一個出露較好的剖面，第二天就直奔那個山溝。野外調(diào)查記錄本上記載著那一天是2007年7月18日，我們發(fā)現(xiàn)了一個新的出露良好.地層發(fā)育連續(xù)的黃土-古土壤剖面，這就是藍田上陳剖面。

正當大家興奮地在剖面上觀察之際，筆者之一饒志國一眼看見一塊石頭出露在第22層古土壤（S22）中一這就是上陳剖面的第一件埋藏于原生地層中的石器。要知道，S22的年代是距今157萬一154萬年！這在前人的研究中是從來沒有被發(fā)現(xiàn)或報道過的！這一年齡也基本接近于我們對公王嶺遺址重新定年的年齡（距今163萬年）。驚喜的發(fā)現(xiàn)讓大家在陡峭的剖面上不停地尋找，真的又發(fā)現(xiàn)了更多的石器，它們埋藏在不同的層位中。這一發(fā)現(xiàn)促使我們以上陳地點為中心，進行了十多年的詳細地質調(diào)查、年齡測定和石器找尋。同樣，我們使用與研究公王嶺遺址相同的多學科交叉技術，測量了十多個黃土剖面，測試分析了數(shù)千組數(shù)據(jù)，得出以下幾方面新認識。

第一，新發(fā)現(xiàn)的藍田上陳剖面是從第5層黃土（L5）至第28層黃土（L28）的沒有任何間斷和缺失的連續(xù)黃土-古土壤剖面，其年代距今215萬-45萬年。

第二，在剖面的第四紀早更新世時期的S15古土壤至L28黃土的地層中（距今212萬年一126萬年），發(fā)現(xiàn)有17個層位含有數(shù)量不等的舊石器;最老石器位于古地磁留尼旺正極性漂移之上約70厘米處，因此其年代距今212萬年。

第三，上述層位中含有96件舊石器，包括石核、石片、刮削器、鉆孔器、尖狀器、石錘等，某些層位伴隨有哺乳動物化石殘骸;石器多數(shù)分布于代表溫暖濕潤古氣候的古土壤層中（共11層古土壤），少量分布于代表寒冷干燥古氣候的黃土層中（共6個黃土層）。

第四，藍田上陳地帶古人類活動在早更新世的距今212萬年-126萬年約86萬年間反復出現(xiàn)，且多發(fā)生于古土壤形成時期，這對于古人類生存環(huán)境的重塑具有重要指示意義。

改寫早期古人類歷史紀錄

經(jīng)過研究團隊將近18年反復不斷、一絲不茍、艱苦卓絕的野外調(diào)查和科學研究，在2014年藍田公王嶺遺址發(fā)現(xiàn)50周年之際，公王嶺直立人頭蓋骨重新定年為163萬年的最新研究成果在線發(fā)表于《人類演化雜志》（Journal?of?Human?Evolution）（91藍田上陳新的黃土剖面和舊石器地點及其最古老的212萬年的舊石器研究成果于2018年7月發(fā)表于《自然》（Nature）周刊[101。

當前，國際古人類學的主流觀點是“人類走出非洲”，迄今所知，非洲最早的舊石器年代距今330萬年，最古老的古人類化石距今280萬年;較為認可的非洲以外最早的古人類遺跡地點是西亞的格魯吉亞共和國的德馬尼西遺址，其直立人頭蓋骨年代距今178萬年，舊石器年代為185萬年。我們將公王嶺直立人頭蓋骨的年代從原來認為的距今115萬年重新定年，推前至距今163萬年，使其成為迄今所知東亞最古老、非洲以外年齡第二古老的古人類頭蓋骨化石;而我們新發(fā)現(xiàn)并定年距今212萬年的藍田上陳舊石器比德馬尼西的還早27萬年。藍田上陳是非洲以外最古老的舊石器地點之一，刷新了早期古人類在非洲以外大陸分布的紀錄。這些研究成果將使科學家重新考慮早期古人類起源和演化的重大科學問題，世界罕見的連續(xù)黃土剖面含有近20層舊石器的發(fā)現(xiàn)，也將為已處于世界領先地位的中國黃土研究拓展出一個新的研究方向——黃土-古土壤序列與古人類演化序列的相互關聯(lián)研究。

國際著名地質一地球物理學家羅伯茨（A.P.Roberts）教授評論道：“這項轟動性工作確立了非洲以外已知的最古老的與古人類相關的遺址的年齡及氣候環(huán)境背景，對于我們理解人類進化和地球上的人類有著巨大的影響，這不僅是中國科學的重大成果，也是2018年全球科學的一大亮點。”

據(jù)一些重要國際學術期刊采訪有關科學家的評論報道，他們認為，藍田上陳的新發(fā)現(xiàn)表明它是非洲之外已知最老的古人類遺址，而不是德瑪尼西遺址;非洲之外最老石器的發(fā)現(xiàn)改寫了人類歷史，動搖了“人類走出非洲”的觀點;新的年代研究結果表明，早在210多萬年前人類就已經(jīng)能適應一系列環(huán)境條件了;上陳的古人類很可能是更古老的一種人類，例如能人;上陳的發(fā)現(xiàn)必然會激勵其他研究者去尋找更多的200多萬年前生活在歐亞大陸的早期人類證據(jù);一旦中國的研究者開始尋找證據(jù)，就像在非洲那樣花那么多錢去進行研究的話，奇跡就會出現(xiàn)。

[1]劉東生，等.黃土與環(huán)境.北京：科學出版社，1985.

[2] Heller F， Liu T S. Magnetoswratigraphical?dating of loess deposits inChina. Nature， 1982， 300， 431-433.

[3]丁仲禮，劉東生，劉秀銘，等.250萬年以來的37個氣候旋回.科學通報，1989，（19）：1494-1496.

[4]吳汝康.陜西藍田發(fā)現(xiàn)的猿人頭骨化石。古脊椎動物與古人類，1966，10（1）：1-16.

[5]張玉萍，黃萬波，湯英俊，等.陜西藍田地區(qū)新生界.北京：科學出版社，1978，1-64.

[6] AnZ S， Ho C K. New magnetostratigraphic dates of Lantian Homoerectus. Quaternary Research， 1989， 32， 213-221.

[7]朱照字。黃土高原及鄰區(qū)新構造演化.中國科學院地質研究所博士論文，1988.

[8]劉東生，施雅風，王汝建，等.以氣候變化為標志的中國第四紀地層對比表.第四紀研究，2000，20（2）：108-127.

[9] Zhu Z Y， Dennell R， Huang W W， et al. New dating of the Homo erectus?cranium from Lantian （Gongwangling）， China. Journal of HumanEvolution， 2015， 78（1）， 144-157.

[10] Zhu Z Y， Dennell R， Huang W W， et al. Hominin occupation of the?Chinese Loess Plateau since about 2. I million years ago. Nature， 2018，559 （7715）： 608-612.

關鍵詞：直立人?舊石器?遺址?陜西藍田?黃土高原