Homo sapiens moden telah mengambil bahagian dalam sejumlah besar transformasi ekosistem, tetapi sukar untuk mengesan asal-usul atau akibat awal tingkah laku ini.Arkeologi, geokronologi, geomorfologi, dan data alam sekitar paleo dari utara Malawi mendokumentasikan perubahan hubungan antara kehadiran pencari makanan, organisasi ekosistem, dan pembentukan kipas aluvium pada Pleistosen Akhir.Selepas kira-kira abad ke-20, sistem padat artifak Mesolitik dan kipas aluvium telah terbentuk.92,000 tahun yang lalu, dalam persekitaran paleo-ekologi, tidak ada analog dalam rekod 500,000 tahun sebelumnya.Data arkeologi dan analisis koordinat utama menunjukkan bahawa kebakaran buatan manusia awal melonggarkan sekatan bermusim pada penyalaan, menjejaskan komposisi tumbuh-tumbuhan dan hakisan.Ini, digabungkan dengan perubahan kerpasan yang didorong oleh iklim, akhirnya membawa kepada peralihan ekologi kepada landskap buatan pra-pertanian awal.
Manusia moden adalah penggalak kuat transformasi ekosistem.Selama beribu-ribu tahun, mereka telah mengubah persekitaran secara meluas dan sengaja, mencetuskan perdebatan tentang bila dan bagaimana ekosistem yang dikuasai manusia pertama muncul (1).Semakin banyak bukti arkeologi dan etnografi menunjukkan bahawa terdapat sejumlah besar interaksi rekursif antara penternak dan persekitaran mereka, yang menunjukkan bahawa tingkah laku ini adalah asas evolusi spesies kita (2-4).Data fosil dan genetik menunjukkan bahawa Homo sapiens wujud di Afrika kira-kira 315,000 tahun dahulu (ka).Data arkeologi menunjukkan bahawa kerumitan tingkah laku yang berlaku di seluruh benua telah meningkat dengan ketara pada masa lalu kira-kira 300 hingga 200 rentang ka.Akhir Pleistosen (Chibanian) (5).Sejak kemunculan kita sebagai spesies, manusia telah mula bergantung pada inovasi teknologi, pengaturan bermusim, dan kerjasama sosial yang kompleks untuk berkembang maju.Atribut ini membolehkan kita memanfaatkan persekitaran dan sumber yang tidak didiami atau melampau, jadi hari ini manusia adalah satu-satunya spesies haiwan pan-global (6).Api memainkan peranan penting dalam transformasi ini (7).
Model biologi menunjukkan bahawa kebolehsuaian kepada makanan yang dimasak boleh dikesan kembali ke sekurang-kurangnya 2 juta tahun yang lalu, tetapi tidak sampai penghujung Pleistosen Tengah bukti arkeologi konvensional kawalan kebakaran muncul (8).Teras lautan dengan rekod debu dari kawasan yang luas di benua Afrika menunjukkan bahawa pada berjuta-juta tahun yang lalu, puncak karbon unsur muncul selepas kira-kira 400 ka, terutamanya semasa peralihan daripada tempoh antara glasier ke glasier, tetapi juga berlaku Semasa Holosen (9).Ini menunjukkan bahawa sebelum kira-kira 400 ka, kebakaran di sub-Sahara Afrika tidak biasa, dan sumbangan manusia adalah penting dalam Holocene (9).Api adalah alat yang digunakan oleh penggembala sepanjang Holocene untuk menanam dan mengekalkan padang rumput (10).Walau bagaimanapun, mengesan latar belakang dan kesan ekologi penggunaan api oleh pemburu-pengumpul pada awal Pleistosen adalah lebih rumit (11).
Kebakaran dipanggil alat kejuruteraan untuk manipulasi sumber dalam kedua-dua etnografi dan arkeologi, termasuk meningkatkan pulangan mata pencarian atau mengubah suai bahan mentah.Aktiviti ini biasanya berkaitan dengan perancangan awam dan memerlukan banyak pengetahuan ekologi (2, 12, 13).Kebakaran berskala landskap membolehkan pemburu-pengumpul menghalau mangsa, mengawal perosak, dan meningkatkan produktiviti habitat (2).Kebakaran di tapak menggalakkan memasak, pemanasan, pertahanan pemangsa dan perpaduan sosial (14).Walau bagaimanapun, sejauh mana kebakaran pemburu-pengumpul boleh mengkonfigurasi semula komponen landskap, seperti struktur komuniti ekologi dan topografi, adalah sangat samar-samar (15, 16).
Tanpa data arkeologi dan geomorfologi yang lapuk dan rekod alam sekitar yang berterusan dari pelbagai lokasi, memahami perkembangan perubahan ekologi yang disebabkan oleh manusia adalah bermasalah.Rekod deposit tasik jangka panjang dari Great Rift Valley di Afrika Selatan, digabungkan dengan rekod arkeologi purba di kawasan itu, menjadikannya tempat untuk menyiasat kesan ekologi yang disebabkan oleh Pleistocene.Di sini, kami melaporkan tentang arkeologi dan geomorfologi landskap Zaman Batu yang luas di selatan-tengah Afrika.Kemudian, kami mengaitkannya dengan data alam sekitar paleo menjangkau >600 ka untuk menentukan bukti gandingan terawal tingkah laku manusia dan transformasi ekosistem dalam konteks kebakaran buatan manusia.
Kami menyediakan had umur yang tidak dilaporkan sebelum ini untuk katil Chitimwe di Daerah Karonga, yang terletak di hujung utara bahagian utara Malawi di selatan Lembah Rift Afrika (Rajah 1) (17).Katil ini terdiri daripada kipas aluvium tanah merah dan sedimen sungai, meliputi kira-kira 83 kilometer persegi, mengandungi berjuta-juta produk batu, tetapi tiada sisa organik yang dipelihara, seperti tulang (Teks tambahan) (18).Data cahaya terangsang optik (OSL) kami daripada rekod Bumi (Rajah 2 dan Jadual S1 hingga S3) meminda umur katil Chitimwe kepada Pleistosen Akhir, dan usia tertua pengaktifan kipas aluvium dan pengebumian zaman batu adalah kira-kira 92 ka ( 18, 19).Lapisan aluvium dan sungai Chitimwe meliputi tasik dan sungai lapisan Chiwondo Pliosen-Pleistosen daripada ketidakakuran sudut rendah (17).Mendapan ini terletak di baji sesar di sepanjang pinggir tasik.Konfigurasi mereka menunjukkan interaksi antara turun naik paras tasik dan sesar aktif yang meluas ke Pliosen (17).Walaupun tindakan tektonik mungkin telah menjejaskan topografi wilayah dan cerun piedmont untuk masa yang lama, aktiviti sesar di kawasan ini mungkin telah perlahan sejak Pleistosen Tengah (20).Selepas ~800 ka dan sehingga sejurus selepas 100 ka, hidrologi Tasik Malawi terutamanya didorong oleh iklim (21).Oleh itu, kedua-duanya bukan satu-satunya penjelasan untuk pembentukan kipas aluvium pada Pleistosen Akhir (22).
(A) Lokasi stesen Afrika berbanding kerpasan moden (asterisk);biru lebih basah dan merah lebih kering (73);kotak di sebelah kiri menunjukkan Tasik Malawi dan kawasan sekitarnya MAL05-2A dan MAL05-1B Lokasi teras /1C (titik ungu), di mana kawasan Karonga diserlahkan sebagai garis besar hijau, dan lokasi katil Luchamange diserlahkan sebagai kotak putih.(B) Bahagian utara lembangan Malawi, menunjukkan topografi teduhan bukit berbanding teras MAL05-2A, baki Chitimwe (tompok coklat) dan lokasi penggalian Projek Mesolitik Awal Malawi (MEMSAP) (titik kuning) );CHA, Chaminade;MGD, kampung Mwanganda;NGA, Ngara;SS, Sadara Selatan;VIN, gambar perpustakaan sastera;WW, Beluga.
Umur pusat OSL (garis merah) dan julat ralat 1-σ (25% kelabu), semua umur OSL berkaitan dengan kejadian artifak in situ di Karonga.Umur berbanding dengan data 125 ka yang lalu menunjukkan (A) anggaran ketumpatan isirong semua umur OSL daripada sedimen kipas aluvium, menunjukkan pengumpulan sedimen/alluvial kipas (cyan) dan pembinaan semula paras air tasik berdasarkan nilai ciri analisis komponen utama (PCA) Akuatik fosil dan mineral authigenik (21) (biru) daripada teras MAL05-1B/1C.(B) Daripada teras MAL05-1B/1C (hitam, nilai hampir 7000 dengan asterisk) dan teras MAL05-2A (kelabu), kiraan karbon makromolekul per gram dinormalkan oleh kadar pemendapan.(C) Indeks kekayaan spesies Margalef (Dmg) daripada debunga fosil teras MAL05-1B/1C.(D) Peratusan debunga fosil daripada Compositae, hutan miombo dan Olea europaea, dan (E) Peratusan debunga fosil daripada Poaceae dan Podocarpus.Semua data debunga adalah daripada teras MAL05-1B/1C.Nombor di bahagian atas merujuk kepada sampel OSL individu yang diperincikan dalam Jadual S1 hingga S3.Perbezaan dalam ketersediaan dan resolusi data adalah disebabkan oleh selang pensampelan yang berbeza dan ketersediaan bahan dalam teras.Rajah S9 menunjukkan dua rekod karbon makro ditukar kepada skor-z.
(Chitimwe) Kestabilan landskap selepas pembentukan kipas ditunjukkan oleh pembentukan tanah merah dan karbonat pembentuk tanah, yang meliputi sedimen berbentuk kipas di seluruh kawasan kajian (Teks tambahan dan Jadual S4).Pembentukan kipas aluvium Pleistosen Akhir di Lembangan Tasik Malawi tidak terhad di kawasan Karonga.Kira-kira 320 kilometer ke tenggara Mozambique, profil kedalaman nuklida kosmogenik daratan 26Al dan 10Be mengehadkan pembentukan dasar Luchamange tanah merah aluvium kepada 119 hingga 27 ka (23).Sekatan umur yang meluas ini konsisten dengan kronologi OSL kami untuk bahagian barat Lembangan Tasik Malawi dan menunjukkan pengembangan peminat aluvium serantau pada Pleistosen Akhir.Ini disokong oleh data daripada rekod teras tasik, yang menunjukkan bahawa kadar pemendapan yang lebih tinggi disertai dengan kira-kira 240 ka, yang mempunyai nilai yang sangat tinggi pada ca.130 dan 85 ka (teks tambahan) (21).
Bukti terawal penempatan manusia di kawasan ini adalah berkaitan dengan sedimen Chitimwe yang dikenal pasti pada ~92 ± 7 ka.Keputusan ini berdasarkan 605 m3 sedimen yang digali daripada 14 sub-sentimeter kawalan ruang penggalian arkeologi dan 147 m3 sedimen daripada 46 lubang ujian arkeologi, dikawal secara menegak hingga 20 cm dan dikawal secara mendatar hingga 2 meter (Teks tambahan dan Rajah S1 hingga S3) Di samping itu, kami juga meninjau 147.5 kilometer, menyusun 40 lubang ujian geologi, dan menganalisis lebih daripada 38,000 peninggalan budaya daripada 60 daripadanya (Jadual S5 dan S6) (18).Penyiasatan dan penggalian yang meluas ini menunjukkan bahawa walaupun manusia purba termasuk manusia moden awal mungkin pernah tinggal di kawasan itu kira-kira 92 ka yang lalu, pengumpulan sedimen yang dikaitkan dengan kenaikan dan kemudian penstabilan Tasik Malawi tidak mengekalkan bukti arkeologi sehingga Membentuk dasar Chitimwe.
Data arkeologi menyokong kesimpulan bahawa pada akhir Quaternary, pengembangan berbentuk kipas dan aktiviti manusia di utara Malawi wujud dalam jumlah besar, dan peninggalan budaya tergolong dalam jenis bahagian lain di Afrika yang berkaitan dengan manusia moden awal.Kebanyakan artifak diperbuat daripada batu sungai kuarzit atau kuarza, dengan jejari, Levallois, pelantar dan pengurangan teras rawak (Rajah S4).Artifak diagnostik morfologi terutamanya dikaitkan dengan teknik jenis Levallois khusus Zaman Mesolitik (MSA), yang telah sekurang-kurangnya kira-kira 315 ka di Afrika setakat ini (24).Katil Chitimwe yang paling atas bertahan sehingga Holosen awal, yang mengandungi peristiwa Zaman Batu Akhir yang jarang diedarkan, dan didapati berkaitan dengan pemburu-pengumpul akhir Pleistosen dan Holosen di seluruh Afrika.Sebaliknya, tradisi alat batu (seperti alat pemotong besar) biasanya dikaitkan dengan Pleistosen Pertengahan Awal jarang berlaku.Di mana ini berlaku, ia ditemui dalam sedimen yang mengandungi MSA pada akhir Pleistosen, bukan pada peringkat awal pemendapan (Jadual S4) (18).Walaupun tapak itu wujud pada ~ 92 ka, tempoh yang paling mewakili aktiviti manusia dan pemendapan kipas aluvial berlaku selepas ~ 70 ka, ditakrifkan dengan baik oleh satu set umur OSL (Rajah 2).Kami mengesahkan corak ini dengan 25 umur OSL yang diterbitkan dan 50 yang tidak diterbitkan sebelum ini (Rajah 2 dan Jadual S1 hingga S3).Ini menunjukkan bahawa daripada sejumlah 75 penentuan umur, 70 telah pulih daripada sedimen selepas kira-kira 70 ka.Rajah 2 menunjukkan 40 umur yang dikaitkan dengan artifak MSA in-situ, berbanding dengan penunjuk alam sekitar paleo utama yang diterbitkan dari pusat lembangan pusat MAL05-1B/1C (25) dan pusat lembangan utara MAL05-2A yang tidak diterbitkan sebelum ini.Arang (bersebelahan dengan kipas yang menghasilkan umur OSL).
Menggunakan data segar daripada penggalian arkeologi fitolit dan mikromorfologi tanah, serta data awam tentang debunga fosil, arang besar, fosil akuatik dan mineral authigen daripada teras Projek Penggerudian Tasik Malawi, kami membina semula hubungan manusia MSA dengan Tasik Malawi.Menduduki iklim dan keadaan persekitaran dalam tempoh yang sama (21).Dua agen terakhir adalah asas utama untuk membina semula kedalaman tasik relatif sejak lebih daripada 1200 ka (21), dan dipadankan dengan sampel debunga dan makrokarbon yang dikumpulkan dari lokasi yang sama di teras ~636 ka (25) pada masa lalu .Teras terpanjang (MAL05-1B dan MAL05-1C; masing-masing 381 dan 90 m) dikumpulkan kira-kira 100 kilometer ke tenggara kawasan projek arkeologi.Teras pendek (MAL05-2A; 41 m) telah dikumpulkan kira-kira 25 kilometer ke timur Sungai Rukulu Utara (Rajah 1).Teras MAL05-2A mencerminkan keadaan alam sekitar paleo daratan di kawasan Kalunga, manakala teras MAL05-1B/1C tidak menerima input sungai langsung daripada Kalunga, jadi ia dapat mencerminkan keadaan serantau dengan lebih baik.
Kadar pemendapan yang direkodkan dalam teras gerudi komposit MAL05-1B/1C bermula dari 240 ka dan meningkat daripada nilai purata jangka panjang 0.24 kepada 0.88 m/ka (Rajah S5).Peningkatan awal berkaitan dengan perubahan dalam cahaya matahari termodulat orbit, yang akan menyebabkan perubahan amplitud tinggi dalam paras tasik semasa selang ini (25).Walau bagaimanapun, apabila kesipian orbit menurun selepas 85 ka dan iklim stabil, kadar penenggelaman masih tinggi (0.68 m/ka).Ini bertepatan dengan rekod OSL terestrial, yang menunjukkan bukti luas pengembangan kipas aluvium selepas kira-kira 92 ka, dan konsisten dengan data kerentanan yang menunjukkan korelasi positif antara hakisan dan kebakaran selepas 85 ka (teks tambahan dan Jadual S7) .Memandangkan julat ralat kawalan geokronologi yang tersedia, adalah mustahil untuk menilai sama ada set perhubungan ini berkembang perlahan daripada kemajuan proses rekursif atau meletus dengan cepat apabila mencapai titik kritikal.Menurut model geofizik evolusi lembangan, sejak Pleistosen Tengah (20), sambungan keretakan dan penenggelaman yang berkaitan telah menjadi perlahan, jadi ia bukanlah sebab utama proses pembentukan kipas yang meluas yang kami tentukan terutamanya selepas 92 ka.
Sejak Pleistosen Tengah, iklim telah menjadi faktor kawalan utama paras air tasik (26).Khususnya, peningkatan lembangan utara menutup pintu keluar sedia ada.800 ka untuk mendalami tasik sehingga mencapai ketinggian ambang pintu keluar moden (21).Terletak di hujung selatan tasik, alur keluar ini memberikan had atas paras air tasik semasa selang basah (termasuk hari ini), tetapi membenarkan lembangan ditutup apabila paras air tasik menurun semasa musim kering (27).Pembinaan semula paras tasik menunjukkan kitaran kering dan basah yang silih berganti pada 636 ka yang lalu.Menurut bukti daripada debunga fosil, tempoh kemarau yang melampau (>95% pengurangan jumlah air) yang dikaitkan dengan cahaya matahari musim panas yang rendah telah membawa kepada pengembangan tumbuh-tumbuhan separa padang pasir, dengan pokok terhad kepada laluan air kekal (27).Rendah (tasik) ini dikaitkan dengan spektrum debunga, menunjukkan bahagian rumput yang tinggi (80% atau lebih) dan xerophytes (Amaranthaceae) dengan mengorbankan taksa pokok dan kekayaan spesies keseluruhan yang rendah (25).Sebaliknya, apabila tasik menghampiri paras moden, tumbuh-tumbuhan yang berkait rapat dengan hutan pergunungan Afrika biasanya meluas ke tepi tasik [kira-kira 500 m di atas paras laut (masl)].Hari ini, hutan pergunungan Afrika hanya muncul dalam tompok diskret kecil di atas kira-kira 1500 mdpl (25, 28).
Tempoh kemarau melampau terkini berlaku dari 104 hingga 86 ka.Selepas itu, walaupun paras tasik kembali ke keadaan tinggi, hutan miombo terbuka dengan sejumlah besar herba dan ramuan herba menjadi biasa (27, 28).Taksa hutan gunung Afrika yang paling ketara ialah Podocarpus pain, yang tidak pernah pulih kepada nilai yang serupa dengan paras tasik tinggi sebelumnya selepas 85 ka (10.7 ± 7.6% selepas 85 ka, manakala paras tasik yang serupa sebelum 85 ka ialah 29.8 ± 11.8% ).Indeks Margalef (Dmg) juga menunjukkan bahawa kekayaan spesies 85 ka yang lalu adalah 43% lebih rendah daripada paras tasik tinggi yang dikekalkan sebelumnya (masing-masing 2.3 ± 0.20 dan 4.6 ± 1.21), contohnya, antara 420 dan 345 ka (Tambahan). teks dan rajah S5 dan S6) (25).Sampel debunga dari lebih kurang masa.88 hingga 78 ka juga mengandungi peratusan tinggi debunga Compositae, yang boleh menunjukkan bahawa tumbuh-tumbuhan telah terganggu dan berada dalam julat ralat tarikh tertua apabila manusia menduduki kawasan itu.
Kami menggunakan kaedah anomali iklim (29) untuk menganalisis data paleoekologi dan paleoklimat teras yang digerudi sebelum dan selepas 85 ka, dan mengkaji hubungan ekologi antara tumbuh-tumbuhan, kelimpahan spesies, dan pemendakan dan hipotesis untuk memisahkan ramalan iklim tulen yang disimpulkan.Pandu mod garis dasar ~550 ka.Ekosistem yang diubah ini dipengaruhi oleh keadaan kerpasan dan kebakaran yang dipenuhi tasik, yang dicerminkan dalam kekurangan spesies dan kombinasi tumbuh-tumbuhan baharu.Selepas tempoh kering terakhir, hanya beberapa unsur hutan pulih, termasuk komponen tahan api hutan gunung Afrika, seperti minyak zaitun, dan komponen tahan api hutan bermusim tropika, seperti Celtis (Teks tambahan dan Rajah S5) ( 25).Untuk menguji hipotesis ini, kami memodelkan paras air tasik yang diperoleh daripada ostrakod dan pengganti mineral authigenik sebagai pembolehubah tidak bersandar (21) dan pembolehubah bersandar seperti arang dan debunga yang mungkin dipengaruhi oleh peningkatan kekerapan kebakaran (25).
Untuk menyemak persamaan atau perbezaan antara gabungan ini pada masa yang berbeza, kami menggunakan debunga daripada Podocarpus (pokok malar hijau), rumput (rumput), dan zaitun (komponen tahan api hutan gunung Afrika) untuk analisis koordinat utama (PCoA), dan miombo (komponen hutan utama hari ini).Dengan memplot PCoA pada permukaan interpolasi yang mewakili paras tasik apabila setiap kombinasi terbentuk, kami mengkaji bagaimana kombinasi debunga berubah berkenaan dengan pemendakan dan bagaimana hubungan ini berubah selepas 85 ka (Rajah 3 dan Rajah S7).Sebelum 85 ka, sampel berasaskan gram diagregatkan ke arah keadaan kering, manakala sampel berasaskan podocarpus diagregatkan ke arah keadaan basah.Sebaliknya, sampel selepas 85 ka dikelompokkan dengan kebanyakan sampel sebelum 85 ka dan mempunyai nilai purata yang berbeza, menunjukkan bahawa komposisi mereka adalah luar biasa untuk keadaan kerpasan yang sama.Kedudukan mereka dalam PCoA mencerminkan pengaruh Olea dan miombo, kedua-duanya digemari dalam keadaan yang lebih terdedah kepada kebakaran.Dalam sampel selepas 85 ka, pain Podocarpus hanya banyak dalam tiga sampel berturut-turut, yang berlaku selepas selang antara 78 dan 79 ka bermula.Ini menunjukkan bahawa selepas peningkatan awal hujan, hutan nampaknya telah pulih seketika sebelum akhirnya runtuh.
Setiap titik mewakili sampel debunga tunggal pada titik masa tertentu, menggunakan teks tambahan dan model umur dalam Rajah 1. S8.Vektor mewakili arah dan kecerunan perubahan, dan vektor yang lebih panjang mewakili arah aliran yang lebih kukuh.Permukaan dasar mewakili paras air tasik sebagai wakil kerpasan;biru tua adalah lebih tinggi.Nilai purata nilai ciri PCoA disediakan untuk data selepas 85 ka (berlian merah) dan semua data dari paras tasik yang serupa sebelum 85 ka (berlian kuning).Menggunakan data keseluruhan 636 ka, "paras tasik simulasi" adalah antara -0.130-σ dan -0.198-σ berhampiran nilai eigen purata PCA paras tasik.
Untuk mengkaji hubungan antara debunga, paras air tasik dan arang, kami menggunakan analisis varians multivariat bukan parametrik (NP-MANOVA) untuk membandingkan keseluruhan "persekitaran" (diwakili oleh matriks data debunga, paras air tasik dan arang) sebelum dan selepas peralihan 85 ka.Kami mendapati bahawa variasi dan kovarians yang terdapat dalam matriks data ini adalah perbezaan yang signifikan secara statistik sebelum dan selepas 85 ka (Jadual 1).
Data paleoenvironmental daratan kami daripada phytoliths dan tanah di pinggir Tasik Barat adalah konsisten dengan tafsiran berdasarkan proksi tasik.Ini menunjukkan bahawa walaupun paras air tasik tinggi, landskap telah berubah menjadi landskap yang didominasi oleh tanah hutan kanopi terbuka dan padang rumput berhutan, seperti hari ini (25).Semua lokasi yang dianalisis untuk fitolit di pinggir barat lembangan adalah selepas ~ 45 ka dan menunjukkan sejumlah besar penutup arboreal yang mencerminkan keadaan basah.Walau bagaimanapun, mereka percaya bahawa kebanyakan sungkupan adalah dalam bentuk hutan terbuka yang ditumbuhi buluh dan rumput panik.Menurut data phytolith, pokok palma yang tidak tahan api (Arecaceae) hanya wujud di pinggir pantai tasik, dan jarang atau tiada di tapak arkeologi pedalaman (Jadual S8) (30).
Secara umumnya, keadaan basah tetapi terbuka pada Pleistosen lewat juga boleh disimpulkan daripada paleosol darat (19).Tanah liat lagun dan tanah paya karbonat dari tapak arkeologi Kampung Mwanganda boleh dikesan kembali ke 40 hingga 28 cal ka BP (Qian'anni yang ditentukur sebelum ini) (Jadual S4).Lapisan tanah karbonat di dasar Chitimwe biasanya adalah lapisan berkapur nodular (Bkm) dan argillaceous dan karbonat (Btk), yang menunjukkan lokasi kestabilan geomorfologi relatif dan petempatan perlahan dari kipas aluvium yang meluas lebih kurang 29 kal ka BP (Tambahan). teks).Tanah laterit yang terhakis dan mengeras (batu litik) yang terbentuk pada sisa kipas purba menunjukkan keadaan landskap terbuka (31) dan kerpasan bermusim yang kuat (32), menunjukkan kesan berterusan keadaan ini pada landskap.
Sokongan untuk peranan kebakaran dalam peralihan ini datang daripada rekod arang makro berpasangan teras gerudi, dan aliran masuk arang dari Lembangan Tengah (MAL05-1B/1C) secara amnya meningkat daripada kira-kira.175 kad.Sebilangan besar puncak mengikuti di antara kira-kira.Selepas 135 dan 175 ka dan 85 dan 100 ka, paras tasik pulih, tetapi kekayaan hutan dan spesies tidak pulih (Teks tambahan, Rajah 2 dan Rajah S5).Hubungan antara kemasukan arang dan kerentanan magnet sedimen tasik juga boleh menunjukkan corak sejarah kebakaran jangka panjang (33).Gunakan data daripada Lyons et al.(34) Tasik Malawi terus menghakis landskap yang terbakar selepas 85 ka, yang membayangkan korelasi positif (Rs Spearman = 0.2542 dan P = 0.0002; Jadual S7), manakala sedimen yang lebih lama menunjukkan hubungan yang bertentangan (Rs = -0.2509 dan P < 0.0001).Di lembangan utara, teras MAL05-2A yang lebih pendek mempunyai titik jangkar pentarikhan yang paling dalam, dan tuf Toba termuda ialah ~74 hingga 75 ka (35).Walaupun ia tidak mempunyai perspektif jangka panjang, ia menerima input terus dari lembangan di mana data arkeologi diperoleh.Rekod arang lembangan utara menunjukkan bahawa sejak tanda kripto-tephra Toba, input arang terrigenous telah meningkat secara berterusan semasa tempoh bukti arkeologi paling biasa (Rajah 2B).
Bukti kebakaran buatan manusia mungkin mencerminkan penggunaan yang disengajakan pada skala landskap, populasi yang meluas menyebabkan lebih banyak atau lebih besar penyalaan di tapak, perubahan ketersediaan bahan api dengan menuai hutan bawah tanah, atau gabungan aktiviti ini.Pemburu-pengumpul moden menggunakan api untuk menukar ganjaran mencari makan secara aktif (2).Aktiviti mereka meningkatkan banyak mangsa, mengekalkan landskap mozek, dan meningkatkan kepelbagaian haba dan kepelbagaian peringkat penggantian (13).Kebakaran juga penting untuk aktiviti di tapak seperti pemanasan, memasak, pertahanan dan pergaulan (14).Walaupun perbezaan kecil dalam penggunaan api di luar sambaran kilat semula jadi boleh mengubah corak penggantian hutan, ketersediaan bahan api dan kemusim penembakan.Pengurangan penutup pokok dan pokok bawah berkemungkinan besar meningkatkan hakisan, dan kehilangan kepelbagaian spesies di kawasan ini berkait rapat dengan kehilangan komuniti hutan gunung Afrika (25).
Dalam rekod arkeologi sebelum MSA bermula, kawalan manusia terhadap kebakaran telah mantap (15), tetapi setakat ini, penggunaannya sebagai alat pengurusan landskap hanya direkodkan dalam beberapa konteks Paleolitik.Ini termasuk kira-kira di Australia.40 ka (36), Highland New Guinea.45 ka (37) perjanjian damai.50 ka Gua Niah (38) di tanah pamah Borneo.Di Amerika, apabila manusia mula-mula memasuki ekosistem ini, terutamanya dalam 20 ka (16) yang lalu, pencucuhan buatan dianggap sebagai faktor utama dalam konfigurasi semula komuniti tumbuhan dan haiwan.Kesimpulan ini mesti berdasarkan bukti yang relevan, tetapi dalam kes pertindihan langsung data arkeologi, geologi, geomorfologi, dan alam sekitar paleo, hujah kausalitas telah diperkukuh.Walaupun data teras marin perairan pantai Afrika sebelum ini telah memberikan bukti perubahan kebakaran pada masa lalu kira-kira 400 ka (9), di sini kami menyediakan bukti pengaruh manusia daripada set data arkeologi, paleoenvironmental dan geomorfologi yang berkaitan.
Pengenalpastian kebakaran buatan manusia dalam rekod alam sekitar paleo memerlukan bukti aktiviti kebakaran dan perubahan temporal atau spatial tumbuh-tumbuhan, membuktikan bahawa perubahan ini tidak diramalkan oleh parameter iklim sahaja, dan pertindihan temporal/spatial antara perubahan dalam keadaan kebakaran dan perubahan dalam manusia. rekod (29) Di sini, bukti pertama pendudukan MSA yang meluas dan pembentukan kipas aluvium di lembangan Tasik Malawi berlaku pada kira-kira permulaan penyusunan semula utama tumbuh-tumbuhan serantau.85 kad.Kelimpahan arang dalam teras MAL05-1B/1C mencerminkan aliran serantau pengeluaran dan pemendapan arang, pada kira-kira 150 ka berbanding dengan rekod 636 ka yang lain (Rajah S5, S9, dan S10).Peralihan ini menunjukkan sumbangan penting api untuk membentuk komposisi ekosistem, yang tidak dapat dijelaskan oleh iklim sahaja.Dalam situasi kebakaran semula jadi, penyalaan kilat biasanya berlaku pada penghujung musim kemarau (39).Walau bagaimanapun, jika bahan api cukup kering, api buatan manusia boleh dinyalakan pada bila-bila masa.Pada skala tempat kejadian, manusia boleh menukar api secara berterusan dengan mengumpul kayu api dari bawah hutan.Hasil akhir apa-apa jenis kebakaran buatan manusia ialah ia berpotensi menyebabkan penggunaan tumbuh-tumbuhan berkayu lebih banyak, bertahan sepanjang tahun, dan pada semua skala.
Di Afrika Selatan, seawal 164 ka (12), api telah digunakan untuk rawatan haba batu alat.Seawal 170 ka (40), api digunakan sebagai alat untuk memasak ubi berkanji, menggunakan sepenuhnya api pada zaman dahulu.Pemandangan Terdesak Sumber Sejahtera (41).Kebakaran landskap mengurangkan penutup arboreal dan merupakan alat penting untuk mengekalkan persekitaran padang rumput dan hutan, yang merupakan elemen penentu ekosistem pengantaraan manusia (13).Jika tujuan mengubah tumbuh-tumbuhan atau tingkah laku mangsa adalah untuk meningkatkan pembakaran buatan manusia, maka tingkah laku ini mewakili peningkatan dalam kerumitan mengawal dan menggunakan api oleh manusia moden awal berbanding dengan manusia awal, dan menunjukkan bahawa hubungan kita dengan api telah mengalami anjakan saling bergantung (7).Analisis kami menyediakan cara tambahan untuk memahami perubahan dalam penggunaan api oleh manusia pada Pleistosen Akhir, dan kesan perubahan ini pada landskap dan persekitaran mereka.
Pengembangan kipas aluvium Kuarter Akhir di kawasan Karonga mungkin disebabkan oleh perubahan dalam kitaran pembakaran bermusim dalam keadaan hujan yang lebih tinggi daripada purata, yang membawa kepada peningkatan hakisan lereng bukit.Mekanisme kejadian ini mungkin tindak balas skala tadahan yang didorong oleh gangguan yang disebabkan oleh kebakaran, hakisan yang dipertingkatkan dan berterusan di bahagian atas tadahan air, dan pengembangan kipas aluvium di persekitaran piedmont berhampiran Tasik Malawi.Tindak balas ini mungkin termasuk menukar sifat tanah untuk mengurangkan kebolehtelapan, mengurangkan kekasaran permukaan, dan meningkatkan larian kerana gabungan keadaan kerpasan tinggi dan penutupan arboreal yang berkurangan (42).Ketersediaan sedimen pada mulanya dipertingkatkan dengan mengelupas bahan penutup, dan dari masa ke masa, kekuatan tanah mungkin berkurangan disebabkan oleh pemanasan dan kekuatan akar yang berkurangan.Pengelupasan lapisan atas tanah meningkatkan fluks sedimen, yang ditampung oleh pengumpulan berbentuk kipas di hilir dan mempercepatkan pembentukan tanah merah pada berbentuk kipas.
Banyak faktor boleh mengawal tindak balas landskap terhadap perubahan keadaan kebakaran, kebanyakannya beroperasi dalam tempoh masa yang singkat (42-44).Isyarat yang kami kaitkan di sini adalah jelas pada skala masa milenium.Model analisis dan evolusi landskap menunjukkan bahawa dengan gangguan tumbuh-tumbuhan yang disebabkan oleh kebakaran hutan yang berulang, kadar denudasi telah berubah dengan ketara pada skala masa milenium (45, 46).Kekurangan rekod fosil serantau yang bertepatan dengan perubahan yang diperhatikan dalam rekod arang dan tumbuh-tumbuhan menghalang pembinaan semula kesan tingkah laku manusia dan perubahan alam sekitar pada komposisi komuniti herbivor.Walau bagaimanapun, herbivor besar yang mendiami lebih banyak landskap terbuka memainkan peranan dalam mengekalkannya dan menghalang pencerobohan tumbuh-tumbuhan berkayu (47).Bukti perubahan dalam komponen persekitaran yang berbeza tidak sepatutnya dijangka berlaku serentak, tetapi harus dilihat sebagai satu siri kesan kumulatif yang mungkin berlaku dalam jangka masa yang panjang (11).Menggunakan kaedah anomali iklim (29), kami menganggap aktiviti manusia sebagai faktor pendorong utama dalam membentuk landskap utara Malawi semasa Pleistosen Akhir.Walau bagaimanapun, kesan ini mungkin berdasarkan legasi interaksi manusia-alam sekitar yang lebih awal dan kurang jelas.Puncak arang yang muncul dalam rekod alam sekitar paleo sebelum tarikh arkeologi terawal mungkin termasuk komponen antropogenik yang tidak menyebabkan perubahan sistem ekologi yang sama seperti yang direkodkan kemudian, dan tidak melibatkan deposit yang mencukupi untuk menunjukkan pendudukan manusia dengan yakin.
Teras sedimen pendek, seperti yang berasal dari Lembangan Tasik Masoko yang bersebelahan di Tanzania, atau teras sedimen yang lebih pendek di Tasik Malawi, menunjukkan bahawa kelimpahan debunga relatif rumput dan taksa hutan telah berubah, yang dikaitkan dengan 45 tahun yang lalu.Perubahan iklim semulajadi ka (48-50).Walau bagaimanapun, hanya pemerhatian jangka panjang terhadap rekod debunga Tasik Malawi >600 ka, bersama-sama dengan landskap arkeologi lama di sebelahnya, adalah mungkin untuk memahami iklim, tumbuh-tumbuhan, arang, dan aktiviti manusia.Walaupun manusia mungkin muncul di bahagian utara lembangan Tasik Malawi sebelum 85 ka, kira-kira 85 ka, terutamanya selepas 70 ka, menunjukkan bahawa kawasan itu menarik untuk kediaman manusia selepas tempoh kemarau besar terakhir berakhir.Pada masa ini, penggunaan api yang baru atau lebih intensif/kerap oleh manusia jelas digabungkan dengan perubahan iklim semula jadi untuk membina semula hubungan ekologi> 550-ka, dan akhirnya membentuk landskap buatan pra-pertanian awal (Rajah 4).Tidak seperti tempoh sebelumnya, sifat sedimen landskap mengekalkan tapak MSA, yang merupakan fungsi perhubungan rekursif antara alam sekitar (pengedaran sumber), tingkah laku manusia (corak aktiviti), dan pengaktifan kipas (pemendapan / pengebumian tapak).
(A) Mengenai.400 ka: Tiada manusia yang dapat dikesan.Keadaan lembap sama seperti hari ini, dan paras tasik adalah tinggi.Penutup arboreal yang pelbagai dan tidak tahan api.(B) Kira-kira 100 ka: Tiada rekod arkeologi, tetapi kehadiran manusia boleh dikesan melalui kemasukan arang.Keadaan yang sangat kering berlaku di kawasan tadahan air yang kering.Batuan dasar biasanya terdedah dan sedimen permukaan adalah terhad.(C) Kira-kira 85 hingga 60 ka: Paras air tasik meningkat dengan peningkatan kerpasan.Kewujudan manusia boleh ditemui melalui arkeologi selepas 92 ka, dan selepas 70 ka, pembakaran tanah tinggi dan pengembangan kipas aluvium akan menyusul.Sistem tumbuhan tahan api yang kurang pelbagai telah muncul.(D) Kira-kira 40 hingga 20 ka: Input arang alam sekitar di lembangan utara telah meningkat.Pembentukan kipas aluvium berterusan, tetapi mula lemah pada akhir tempoh ini.Berbanding dengan rekod sebelumnya 636 ka, paras tasik kekal tinggi dan stabil.
Anthropocene mewakili pengumpulan tingkah laku membina niche yang dibangunkan selama beribu-ribu tahun, dan skalanya adalah unik untuk Homo sapiens moden (1, 51).Dalam konteks moden, dengan pengenalan pertanian, landskap buatan manusia terus wujud dan dipergiatkan, tetapi ia adalah lanjutan daripada corak yang ditubuhkan semasa Pleistocene, bukannya terputus hubungan (52).Data dari utara Malawi menunjukkan bahawa tempoh peralihan ekologi boleh berpanjangan, rumit dan berulang.Skala transformasi ini mencerminkan pengetahuan ekologi kompleks manusia moden awal dan menggambarkan transformasi mereka kepada spesies dominan global kita hari ini.
Menurut protokol yang diterangkan oleh Thompson et al., penyiasatan di tapak dan rakaman artifak dan ciri batu buntar di kawasan tinjauan.(53).Penempatan lubang ujian dan penggalian tapak utama, termasuk mikromorfologi dan pensampelan fitolit, mengikut protokol yang diterangkan oleh Thompson et al.(18) dan Wright et al.(19).Peta sistem maklumat geografi (GIS) kami berdasarkan peta tinjauan geologi Malawi di rantau ini menunjukkan korelasi yang jelas antara Chitimwe Beds dan tapak arkeologi (Rajah S1).Selang antara lubang ujian geologi dan arkeologi di kawasan Karonga adalah untuk menangkap sampel perwakilan terluas (Rajah S2).Geomorfologi Karonga, umur geologi dan tinjauan arkeologi melibatkan empat kaedah tinjauan lapangan utama: tinjauan pejalan kaki, lubang ujian arkeologi, lubang ujian geologi dan penggalian tapak terperinci.Bersama-sama, teknik ini membenarkan pensampelan pendedahan utama katil Chitimwe di utara, tengah dan selatan Karonga (Rajah S3).
Penyiasatan di tapak dan rakaman artifak dan ciri batu buntar di kawasan tinjauan pejalan kaki mengikut protokol yang diterangkan oleh Thompson et al.(53).Pendekatan ini mempunyai dua matlamat utama.Yang pertama adalah untuk mengenal pasti tempat-tempat di mana peninggalan budaya telah terhakis, dan kemudian meletakkan lubang ujian arkeologi mendaki bukit di tempat-tempat ini untuk memulihkan peninggalan budaya in situ dari persekitaran yang terkubur.Matlamat kedua adalah untuk merekodkan secara rasmi pengedaran artifak, ciri-cirinya, dan hubungannya dengan sumber bahan batu berdekatan (53).Dalam kerja ini, sepasukan tiga orang berjalan pada jarak 2 hingga 3 meter sepanjang 147.5 kilometer linear, merentasi kebanyakan katil Chitimwe yang dilukis (Jadual S6).
Kerja pertama memfokuskan pada Katil Chitimwe untuk memaksimumkan sampel artifak yang diperhatikan, dan kedua memfokuskan pada bahagian linear panjang dari pantai tasik ke tanah tinggi yang merentasi unit sedimen yang berbeza.Ini mengesahkan pemerhatian utama bahawa artifak yang terletak di antara tanah tinggi barat dan pantai tasik hanya berkaitan dengan dasar Chitimwe atau sedimen Pleistosen Akhir dan Holosen yang lebih baru.Artifak yang ditemui dalam mendapan lain adalah di luar tapak, dipindahkan dari tempat lain dalam landskap, seperti yang dapat dilihat daripada kelimpahan, saiz dan tahap luluhawanya.
Lubang ujian arkeologi di tempat dan penggalian tapak utama, termasuk mikromorfologi dan pensampelan fitolit, mengikut protokol yang diterangkan oleh Thompson et al.(18, 54) dan Wright et al.(19, 55).Tujuan utama adalah untuk memahami pengedaran artifak bawah tanah dan sedimen berbentuk kipas dalam landskap yang lebih besar.Artifak biasanya ditanam jauh di semua tempat di Katil Chitimwe, kecuali di tepi, di mana hakisan telah mula menghilangkan bahagian atas sedimen.Semasa siasatan tidak rasmi, dua orang berjalan melepasi Katil Chitimwe, yang dipaparkan sebagai ciri peta pada peta geologi kerajaan Malawi.Apabila orang-orang ini menemui bahu sedimen Katil Chitimwe, mereka mula berjalan di sepanjang tepi, di mana mereka dapat memerhatikan artifak yang terhakis daripada mendapan.Dengan mencondongkan penggalian ke atas sedikit (3 hingga 8 m) daripada artifak yang sedang terhakis secara aktif, penggalian boleh mendedahkan kedudukan in-situnya berbanding dengan sedimen yang mengandunginya, tanpa memerlukan penggalian yang meluas di sisi.Lubang ujian diletakkan supaya berada 200 hingga 300 meter dari lubang terdekat seterusnya, dengan itu menangkap perubahan dalam sedimen dasar Chitimwe dan artifak yang terkandung di dalamnya.Dalam sesetengah kes, lubang ujian mendedahkan tapak yang kemudiannya menjadi tapak penggalian berskala penuh.
Semua lubang ujian bermula dengan segi empat sama 1 × 2 m, menghadap utara-selatan, dan digali dalam unit sewenang-wenangnya 20 cm, melainkan warna, tekstur atau kandungan sedimen berubah dengan ketara.Catatkan sedimentologi dan sifat tanah bagi semua sedimen yang digali, yang melepasi secara sekata melalui ayak kering 5 mm.Jika kedalaman pemendapan terus melebihi 0.8 hingga 1 m, hentikan menggali dalam salah satu daripada dua meter persegi dan teruskan menggali dalam yang lain, dengan itu membentuk "langkah" supaya anda boleh memasuki lapisan yang lebih dalam dengan selamat.Kemudian teruskan menggali sehingga batuan dasar dicapai, sekurang-kurangnya 40 cm sedimen steril secara arkeologi berada di bawah kepekatan artifak, atau penggalian menjadi terlalu tidak selamat (dalam) untuk diteruskan.Dalam sesetengah kes, kedalaman pemendapan perlu memanjangkan lubang ujian ke meter persegi ketiga dan memasuki parit dalam dua langkah.
Lubang ujian geologi sebelum ini telah menunjukkan bahawa Katil Chitimwe sering muncul pada peta geologi kerana warna merahnya yang tersendiri.Apabila ia termasuk sungai yang luas dan sedimen sungai, dan sedimen kipas aluvium, ia tidak selalu kelihatan merah (19).Geologi Lubang ujian telah digali sebagai lubang ringkas yang direka untuk mengeluarkan sedimen atas bercampur untuk mendedahkan strata bawah tanah sedimen.Ini adalah perlu kerana dasar Chitimwe terhakis menjadi lereng bukit parabola, dan terdapat sedimen runtuh di cerun, yang biasanya tidak membentuk bahagian semula jadi yang jelas atau luka.Oleh itu, penggalian ini sama ada berlaku di bahagian atas dasar Chitimwe, mungkin terdapat sentuhan bawah tanah antara dasar Chitimwe dan dasar Pliocene Chiwondo di bawah, atau ia berlaku di mana sedimen teres sungai perlu diberi tarikh (55).
Penggalian arkeologi berskala penuh dijalankan di tempat-tempat yang menjanjikan sejumlah besar himpunan alat batu in-situ, biasanya berdasarkan lubang ujian atau tempat di mana sejumlah besar peninggalan budaya dapat dilihat terhakis dari cerun.Peninggalan budaya yang digali utama telah ditemui daripada unit sedimen yang digali secara berasingan dalam segi empat sama 1 × 1 m.Jika ketumpatan artifak tinggi, unit penggalian ialah muncung 10 atau 5 cm.Semua produk batu, tulang fosil dan oker telah dilukis semasa setiap penggalian utama, dan tiada had saiz.Saiz skrin ialah 5mm.Jika peninggalan budaya ditemui semasa proses penggalian, ia akan diberikan nombor penemuan lukisan kod bar yang unik, dan nombor penemuan dalam siri yang sama akan diberikan kepada penemuan yang ditapis.Peninggalan budaya ditanda dengan dakwat kekal, diletakkan di dalam beg dengan label spesimen, dan dibungkus bersama dengan peninggalan budaya lain dari latar belakang yang sama.Selepas analisis, semua peninggalan budaya disimpan di Pusat Kebudayaan dan Muzium Karonga.
Semua penggalian dijalankan mengikut strata semula jadi.Ini dibahagikan kepada ludah, dan ketebalan ludah bergantung pada ketumpatan artifak (contohnya, jika ketumpatan artifak rendah, ketebalan ludah akan tinggi).Data latar belakang (contohnya, sifat sedimen, hubungan latar belakang dan pemerhatian gangguan dan ketumpatan artifak) direkodkan dalam pangkalan data Access.Semua data koordinat (contohnya, penemuan yang dilukis dalam segmen, ketinggian konteks, sudut segi empat sama dan sampel) adalah berdasarkan koordinat Universal Transverse Mercator (UTM) (WGS 1984, Zon 36S).Di tapak utama, semua mata direkodkan menggunakan stesen jumlah Nikon Nivo C siri 5″, yang dibina pada grid tempatan sedekat mungkin dengan utara UTM.Lokasi sudut barat laut setiap tapak penggalian dan lokasi setiap tapak penggalian Jumlah sedimen diberikan dalam Jadual S5.
Bahagian sedimentologi dan ciri sains tanah bagi semua unit yang digali telah direkodkan menggunakan Program Kelas Bahagian Pertanian Amerika Syarikat (56).Unit sedimen ditentukan berdasarkan saiz butiran, kesudutan, dan ciri tempat tidur.Perhatikan kemasukan dan gangguan yang tidak normal yang berkaitan dengan unit sedimen.Pembangunan tanah ditentukan oleh pengumpulan sesquioksida atau karbonat dalam tanah bawah tanah.Luluhawa bawah tanah (contohnya, redoks, pembentukan nodul mangan sisa) juga kerap direkodkan.
Titik pengumpulan sampel OSL ditentukan berdasarkan anggaran fasies yang boleh menghasilkan anggaran umur pengebumian sedimen yang paling boleh dipercayai.Di lokasi persampelan, parit digali untuk mendedahkan lapisan sedimen authigenik.Kumpul semua sampel yang digunakan untuk pentarikhan OSL dengan memasukkan tiub keluli legap (kira-kira 4 cm diameter dan kira-kira 25 cm panjang) ke dalam profil sedimen.
Pentarikhan OSL mengukur saiz kumpulan elektron terperangkap dalam kristal (seperti kuarza atau feldspar) akibat pendedahan kepada sinaran mengion.Kebanyakan sinaran ini datang daripada pereputan isotop radioaktif dalam persekitaran, dan sejumlah kecil komponen tambahan di latitud tropika muncul dalam bentuk sinaran kosmik.Elektron yang ditangkap dilepaskan apabila kristal terdedah kepada cahaya, yang berlaku semasa pengangkutan (peristiwa sifar) atau di makmal, di mana pencahayaan berlaku pada sensor yang boleh mengesan foton (contohnya, tiub photomultiplier atau kamera dengan muatan peranti gandingan) Bahagian bawah mengeluarkan apabila elektron kembali ke keadaan asas.Zarah kuarza dengan saiz antara 150 dan 250 μm diasingkan dengan pengayak, rawatan asid dan pemisahan ketumpatan, dan digunakan sebagai aliquot kecil (<100 zarah) yang dipasang pada permukaan plat aluminium atau digerudi ke dalam perigi 300 x 300 mm Individu zarah dianalisis pada kuali aluminium.Dos yang terkubur biasanya dianggarkan menggunakan kaedah penjanaan semula aliquot tunggal (57).Di samping menilai dos sinaran yang diterima oleh bijirin, pentarikhan OSL juga memerlukan anggaran kadar dos dengan mengukur kepekatan radionuklid dalam sedimen sampel yang dikumpul menggunakan spektroskopi gamma atau analisis pengaktifan neutron, dan menentukan sampel rujukan dos kosmik Lokasi dan kedalaman pengebumian.Penentuan umur akhir dicapai dengan membahagikan dos pengebumian dengan kadar dos.Walau bagaimanapun, apabila terdapat perubahan dalam dos yang diukur dengan bijirin tunggal atau kumpulan bijirin, model statistik diperlukan untuk menentukan dos terkubur yang sesuai untuk digunakan.Dos terkubur dikira di sini menggunakan model era pusat, dalam kes pentarikhan aliquot tunggal, atau dalam kes pentarikhan zarah tunggal, menggunakan model campuran terhingga (58).
Tiga makmal bebas melakukan analisis OSL untuk kajian ini.Kaedah individu terperinci untuk setiap makmal ditunjukkan di bawah.Secara amnya, kami menggunakan kaedah dos regeneratif untuk menggunakan OSL dating kepada aliquot kecil (berpuluh-puluh biji) dan bukannya menggunakan analisis butiran tunggal.Ini kerana semasa eksperimen pertumbuhan semula, kadar pemulihan sampel kecil adalah rendah (<2%), dan isyarat OSL tidak tepu pada tahap isyarat semula jadi.Ketekalan antara makmal penentuan umur, ketekalan keputusan dalam dan antara profil stratigrafi yang diuji, dan ketekalan dengan tafsiran geomorfologi umur 14C batuan karbonat adalah asas utama untuk penilaian ini.Setiap makmal menilai atau melaksanakan perjanjian butiran tunggal, tetapi secara bebas menentukan bahawa ia tidak sesuai untuk digunakan dalam kajian ini.Kaedah terperinci dan protokol analisis yang diikuti oleh setiap makmal disediakan dalam bahan dan kaedah tambahan.
Artifak batu yang ditemui daripada penggalian terkawal (BRU-I; CHA-I, CHA-II, dan CHA-III; MGD-I, MGD-II, dan MGD-III; dan SS-I) adalah berdasarkan sistem metrik dan kualiti ciri-ciri.Ukur berat dan saiz maksimum setiap bahan kerja (menggunakan skala digital untuk mengukur berat ialah 0.1 g; menggunakan angkup digital Mitutoyo untuk mengukur semua dimensi ialah 0.01 mm).Semua peninggalan budaya juga dikelaskan mengikut bahan mentah (kuarza, kuarzit, batu api, dll.), saiz butiran (halus, sederhana, kasar), keseragaman saiz butiran, warna, jenis dan liputan korteks, luluhawa/pembundaran tepi dan gred teknikal (lengkap atau berpecah) Teras atau kepingan, kepingan/kepingan penjuru, batu tukul, bom tangan dan lain-lain).
Teras diukur sepanjang panjang maksimumnya;lebar maksimum;lebar ialah 15%, 50%, dan 85% daripada panjang;ketebalan maksimum;ketebalan ialah 15%, 50%, dan 85% panjang.Pengukuran juga dilakukan untuk menilai sifat isipadu teras tisu hemisfera (radial dan Levallois).Kedua-dua teras utuh dan pecah dikelaskan mengikut kaedah tetapan semula (platform tunggal atau berbilang platform, jejari, Levallois, dll.), dan parut mengelupas dikira pada ≥15 mm dan ≥20% daripada panjang teras.Teras dengan 5 atau kurang parut 15 mm dikelaskan sebagai "rawak".Liputan kortikal seluruh permukaan teras direkodkan, dan liputan kortikal relatif setiap sisi direkodkan pada teras tisu hemisfera.
Lembaran diukur sepanjang panjang maksimumnya;lebar maksimum;lebar ialah 15%, 50%, dan 85% daripada panjang;ketebalan maksimum;ketebalan ialah 15%, 50%, dan 85% panjang.Terangkan serpihan mengikut bahagian yang tinggal (proksimal, tengah, distal, belah di sebelah kanan dan belah di sebelah kiri).Pemanjangan dikira dengan membahagikan panjang maksimum dengan lebar maksimum.Ukur lebar platform, ketebalan dan sudut platform luar bagi kepingan utuh dan serpihan hirisan proksimal, dan kelaskan platform mengikut tahap penyediaan.Catatkan liputan dan lokasi kortikal pada semua kepingan dan serpihan.Tepi distal dikelaskan mengikut jenis penamat (bulu, engsel, dan garpu atas).Pada kepingan yang lengkap, catatkan nombor dan arah parut pada kepingan sebelumnya.Apabila ditemui, rekod lokasi pengubahsuaian dan invasif mengikut protokol yang ditetapkan oleh Clarkson (59).Pelan pengubahsuaian telah dimulakan untuk kebanyakan gabungan penggalian untuk menilai kaedah pemulihan dan integriti pemendapan tapak.
Artifak batu yang diperolehi daripada lubang ujian (CS-TP1-21, SS-TP1-16 dan NGA-TP1-8) diterangkan mengikut skema yang lebih mudah daripada penggalian terkawal.Bagi setiap artifak, ciri berikut telah direkodkan: bahan mentah, saiz zarah, liputan korteks, gred saiz, luluhawa/kerosakan tepi, komponen teknikal dan pemeliharaan serpihan.Nota deskriptif untuk ciri diagnostik kepingan dan teras direkodkan.
Blok sedimen yang lengkap telah dipotong daripada bahagian terdedah dalam penggalian dan parit geologi.Batu-batu ini dipasang di tapak dengan pembalut plaster atau kertas tandas dan pita pembungkus, dan kemudian diangkut ke Makmal Arkeologi Geologi Universiti Tubingen di Jerman.Di sana, sampel dikeringkan pada suhu 40°C selama sekurang-kurangnya 24 jam.Kemudian mereka disembuhkan di bawah vakum, menggunakan campuran resin poliester dan stirena yang tidak dipromosikan dalam nisbah 7:3.Metil etil keton peroksida digunakan sebagai pemangkin, campuran resin-stirena (3 hingga 5 ml/l).Setelah adunan damar menjadi gel, panaskan sampel pada suhu 40°C selama sekurang-kurangnya 24 jam untuk mengeraskan campuran sepenuhnya.Gunakan gergaji jubin untuk memotong sampel yang dikeraskan kepada kepingan 6 × 9 cm, lekatkannya pada slaid kaca dan kisar sehingga ketebalan 30 μm.Potongan yang terhasil telah diimbas menggunakan pengimbas rata, dan dianalisis menggunakan cahaya terpolarisasi satah, cahaya terkutub silang, cahaya kejadian serong, dan pendarfluor biru dengan mata kasar dan pembesaran (× 50 hingga × 200).Istilah dan perihalan bahagian nipis mengikut garis panduan yang diterbitkan oleh Stoops (60) dan Courty et al.(61).Nodul karbonat pembentuk tanah yang dikumpul dari kedalaman> 80 cm dipotong separuh supaya separuh boleh diresapi dan dilakukan dalam kepingan nipis (4.5 × 2.6 cm) menggunakan mikroskop stereo standard dan mikroskop petrografi dan katodoluminesensi (CL) Mikroskop penyelidikan .Kawalan jenis karbonat adalah sangat berhati-hati, kerana pembentukan karbonat pembentuk tanah adalah berkaitan dengan permukaan yang stabil, manakala pembentukan karbonat air bawah tanah adalah bebas daripada permukaan atau tanah.
Sampel digerudi dari permukaan potongan nodul karbonat pembentuk tanah dan dibelah dua untuk pelbagai analisis.FS menggunakan mikroskop stereo dan petrografi standard Kumpulan Kerja Geoarchaeology dan mikroskop CL Kumpulan Kerja Mineralogi Eksperimen untuk mengkaji kepingan nipis, yang kedua-duanya terletak di Tübingen, Jerman.Sub-sampel pentarikhan radiokarbon telah digerudi menggunakan gerudi ketepatan dari kawasan yang ditetapkan berusia kira-kira 100 tahun.Separuh lagi daripada nodul berdiameter 3 mm untuk mengelakkan kawasan dengan penghabluran semula lewat, kemasukan mineral yang kaya, atau perubahan besar dalam saiz hablur kalsit.Protokol yang sama tidak boleh diikuti untuk sampel MEM-5038, MEM-5035 dan MEM-5055 A.Sampel-sampel ini dipilih daripada sampel sedimen yang longgar dan terlalu kecil untuk dipotong separuh untuk keratan nipis.Walau bagaimanapun, kajian bahagian nipis telah dilakukan ke atas sampel mikromorfologi yang sepadan bagi sedimen bersebelahan (termasuk nodul karbonat).
Kami menyerahkan sampel pentarikhan 14C kepada Pusat Penyelidikan Isotop Gunaan (CAIS) di Universiti Georgia, Athens, Amerika Syarikat.Sampel karbonat bertindak balas dengan 100% asid fosforik dalam bekas tindak balas yang dikosongkan untuk membentuk CO2.Penulenan suhu rendah sampel CO2 daripada produk tindak balas lain dan penukaran pemangkin kepada grafit.Nisbah grafit 14C/13C diukur menggunakan spektrometer jisim pemecut 0.5-MeV.Bandingkan nisbah sampel dengan nisbah yang diukur dengan piawaian asid oksalik I (NBS SRM 4990).Marmar Carrara (IAEA C1) digunakan sebagai latar belakang, dan travertine (IAEA C2) digunakan sebagai piawaian sekunder.Hasilnya dinyatakan sebagai peratusan karbon moden, dan tarikh tidak ditentukur yang disebut diberikan dalam tahun radiokarbon (tahun BP) sebelum 1950, menggunakan separuh hayat 14C selama 5568 tahun.Ralat disebut sebagai 1-σ dan mencerminkan ralat statistik dan eksperimen.Berdasarkan nilai δ13C yang diukur dengan spektrometri jisim nisbah isotop, C. Wissing Makmal Biogeologi di Tubingen, Jerman, melaporkan tarikh pecahan isotop, kecuali UGAMS-35944r yang diukur di CAIS.Sampel 6887B dianalisis dalam pendua.Untuk melakukan ini, gerudi sub-sampel kedua dari nodul (UGAMS-35944r) dari kawasan pensampelan yang ditunjukkan pada permukaan pemotongan.Keluk penentukuran INTCAL20 (Jadual S4) (62) digunakan di hemisfera selatan digunakan untuk membetulkan pecahan atmosfera semua sampel kepada 14C hingga 2-σ.