شارك الإنسان العاقل الحديث في عدد كبير من تحولات النظام البيئي ، ولكن من الصعب اكتشاف أصل هذه السلوكيات أو عواقبها المبكرة.يوثق علم الآثار وعلم الأرض والجيومورفولوجيا وبيانات البيئة القديمة من شمال ملاوي العلاقة المتغيرة بين وجود العلف ، وتنظيم النظام البيئي ، وتكوين المروحة الغرينية في أواخر العصر الجليدي.بعد حوالي القرن العشرين ، تم تشكيل نظام كثيف من القطع الأثرية من العصر الحجري الوسيط والمراوح الغرينية.منذ 92000 عام ، في البيئة الإيكولوجية القديمة ، لم يكن هناك نظير في الرقم القياسي السابق البالغ 500000 عام.تُظهر البيانات الأثرية والتحليلات الإحداثية الرئيسية أن الحرائق المبكرة من صنع الإنسان خففت القيود الموسمية على الاشتعال ، مما أثر على تكوين الغطاء النباتي والتعرية.أدى هذا ، جنبًا إلى جنب مع تغيرات هطول الأمطار المدفوعة بالمناخ ، في النهاية إلى انتقال إيكولوجي إلى المناظر الطبيعية الاصطناعية المبكرة قبل الزراعة.
البشر المعاصرون هم من المروجين الأقوياء لتحويل النظام البيئي.منذ آلاف السنين ، قاموا بتغيير البيئة على نطاق واسع وعن قصد ، مما أثار الجدل حول متى وكيف ظهر أول نظام بيئي يهيمن عليه الإنسان (1).تظهر المزيد والمزيد من الأدلة الأثرية والإثنوغرافية أن هناك عددًا كبيرًا من التفاعلات العودية بين الباحثين عن الطعام وبيئتهم ، مما يشير إلى أن هذه السلوكيات هي أساس تطور جنسنا (2-4).تشير البيانات الأحفورية والجينية إلى أن الإنسان العاقل كان موجودًا في إفريقيا منذ حوالي 315000 عام (كا).تظهر البيانات الأثرية أن تعقيد السلوكيات التي تحدث في جميع أنحاء القارة قد ازداد بشكل كبير في الماضي ما يقرب من 300 إلى 200 ka.نهاية العصر الجليدي (شيبانيان) (5).منذ ظهورنا كنوع ، بدأ البشر في الاعتماد على الابتكار التكنولوجي ، والترتيبات الموسمية ، والتعاون الاجتماعي المعقد من أجل الازدهار.تمكننا هذه السمات من الاستفادة من البيئات والموارد غير المأهولة سابقًا أو القاسية ، لذا فإن البشر اليوم هم الأنواع الحيوانية الوحيدة في جميع أنحاء العالم (6).لعبت النار دورًا رئيسيًا في هذا التحول (7).
تشير النماذج البيولوجية إلى أن القدرة على التكيف مع الطعام المطبوخ يمكن إرجاعها إلى ما لا يقل عن مليوني سنة مضت ، ولكن لم تظهر الأدلة الأثرية التقليدية للسيطرة على الحرائق إلا في نهاية العصر البليستوسيني الأوسط (8).يُظهر قلب المحيط الذي يحتوي على سجلات الغبار من منطقة كبيرة من القارة الأفريقية أنه في ملايين السنين الماضية ، ظهرت ذروة الكربون الأولي بعد حوالي 400 كيلو باسكال ، بشكل رئيسي أثناء الانتقال من فترة ما بين الجليدية إلى العصر الجليدي ، ولكنها حدثت أيضًا خلال الهولوسين (9).يوضح هذا أنه قبل حوالي 400 كا ، لم تكن الحرائق في إفريقيا جنوب الصحراء شائعة ، وكانت المساهمات البشرية كبيرة في الهولوسين (9).النار هي أداة يستخدمها الرعاة في جميع أنحاء الهولوسين لزراعة الأراضي العشبية والحفاظ عليها (10).ومع ذلك ، فإن اكتشاف الخلفية والتأثير البيئي لاستخدام النار من قبل الصيادين في أوائل العصر الجليدي هو أكثر تعقيدًا (11).
يُطلق على النار أداة هندسية للتلاعب بالموارد في كل من الإثنوغرافيا وعلم الآثار ، بما في ذلك تحسين عوائد سبل العيش أو تعديل المواد الخام.ترتبط هذه الأنشطة عادةً بالتخطيط العام وتتطلب الكثير من المعرفة البيئية (2 ، 12 ، 13).تمكّن حرائق المناظر الطبيعية الصيادين من طرد الفرائس ، ومكافحة الآفات ، وزيادة إنتاجية الموائل (2).تعزز الحرائق في الموقع الطهي والتدفئة والدفاع عن الحيوانات المفترسة والتماسك الاجتماعي (14).ومع ذلك ، فإن مدى قدرة حرائق الصيد والجمع على إعادة تشكيل مكونات المناظر الطبيعية ، مثل بنية المجتمع البيئي والتضاريس ، غامضة للغاية (15 ، 16).
بدون البيانات الأثرية والجيومورفولوجية القديمة والسجلات البيئية المستمرة من مواقع متعددة ، فإن فهم تطور التغيرات البيئية التي يسببها الإنسان يمثل مشكلة.سجلات رواسب البحيرة طويلة الأجل من وادي الصدع العظيم في جنوب إفريقيا ، جنبًا إلى جنب مع السجلات الأثرية القديمة في المنطقة ، تجعلها مكانًا للتحقيق في الآثار البيئية التي تسببها العصر الجليدي.هنا ، نقدم تقريرًا عن علم الآثار والجيومورفولوجيا لمنطقة واسعة النطاق من العصر الحجري في جنوب وسط إفريقيا.بعد ذلك ، قمنا بربطها ببيانات بيئية قديمة تمتد لأكثر من 600 كيلو باسكال لتحديد أقرب دليل اقتران للسلوك البشري وتحول النظام البيئي في سياق الحرائق التي من صنع الإنسان.
قدمنا ​​حدًا عمريًا لم يتم الإبلاغ عنه سابقًا لسرير Chitimwe في منطقة Karonga ، الواقعة في الطرف الشمالي من الجزء الشمالي من ملاوي في جنوب الوادي المتصدع الأفريقي (الشكل 1) (17).تتكون هذه الطبقات من مراوح غرينية للتربة الحمراء ورواسب نهرية ، تغطي حوالي 83 كيلومترًا مربعًا ، وتحتوي على ملايين المنتجات الحجرية ، ولكن لا توجد بقايا عضوية محفوظة ، مثل العظام (نص إضافي) (18).عدلت بياناتنا الضوئية المثارة بصريًا (OSL) من سجل الأرض (الشكل 2 والجداول S1 إلى S3) عمر سرير Chitimwe إلى العصر الجليدي المتأخر ، وأقدم عمر لتنشيط المروحة الغرينية ودفن العصر الحجري هو حوالي 92 ka ( 18 ، 19).تغطي طبقة Chitimwe الغرينية ونهر Chitimwe البحيرات والأنهار لطبقة Pliocene-Pleistocene Chiwondo من عدم توافق منخفض الزاوية (17).تقع هذه الرواسب في إسفين الصدع على طول حافة البحيرة.يشير تكوينها إلى التفاعل بين تقلبات مستوى البحيرة والصدوع النشطة التي تمتد إلى البليوسين (17).على الرغم من أن التأثير التكتوني قد يكون قد أثر على التضاريس الإقليمية ومنحدر بيدمونت لفترة طويلة ، فقد يكون نشاط الصدع في هذه المنطقة قد تباطأ منذ العصر الجليدي الأوسط (20).بعد ~ 800 ka وحتى وقت قصير بعد 100 ka ، فإن هيدرولوجيا بحيرة ملاوي مدفوعة بشكل أساسي بالمناخ (21).لذلك ، لا يعتبر أي من هذين التفسير الوحيد لتكوين مراوح الغرينية في أواخر العصر الجليدي (22).
(أ) موقع المحطة الأفريقية بالنسبة إلى هطول الأمطار الحديث (علامة النجمة) ؛الأزرق رطب والأحمر أكثر جفافاً (73) ؛يُظهر المربع الموجود على اليسار بحيرة ملاوي والمناطق المحيطة بها MAL05-2A و MAL05-1B موقع قلب / 1C (نقطة أرجوانية) ، حيث يتم تمييز منطقة Karonga كمخطط أخضر ، ويتم تمييز موقع سرير Luchamange كمربع أبيض.(ب) الجزء الشمالي من حوض ملاوي ، يُظهر تضاريس ظل التلال بالنسبة إلى قلب MAL05-2A ، وسرير شيتيموي المتبقي (البقعة البنية) وموقع التنقيب في مشروع مالاوي المبكر من الميزوليتي (MEMSAP) (النقطة الصفراء)) ؛CHA ، شاميناد ؛MGD ، قرية Mwanganda ؛NGA ، نجارا ؛SS، جنوب صدارة؛VIN ، مكتبة الصور الأدبية ؛WW ، بيلوجا.
عمر مركز OSL (الخط الأحمر) ونطاق الخطأ 1-(25٪ رمادي) ، جميع أعمار OSL المرتبطة بحدوث القطع الأثرية في الموقع في Karonga.يُظهر العمر بالنسبة إلى بيانات 125 ka الماضية (A) تقديرات كثافة النواة لجميع أعمار OSL من رواسب المروحة الغرينية ، مما يشير إلى تراكم المروحة الرسوبية / الغرينية (سماوي) ، وإعادة بناء مستوى مياه البحيرة بناءً على تحليل المكون الرئيسي (PCA) القيم المميزة المائية الحفريات والمعادن الأصلية (21) (أزرق) من قلب MAL05-1B / 1C.(ب) من قلب MAL05-1B / 1C (أسود ، قيمة قريبة من 7000 بعلامة النجمة) و MAL05-2A (رمادي) ، تم تطبيع عدد جزيئات الكربون لكل جرام بواسطة معدل الترسيب.(C) مؤشر ثراء أنواع Margalef (Dmg) من حبوب اللقاح الأحفورية الأساسية MAL05-1B / 1C.(D) النسبة المئوية لحبوب اللقاح الأحفورية من Compositae و miombo woodland و Olea europaea و (E) النسبة المئوية لحبوب اللقاح الأحفورية من Poaceae و Podocarpus.جميع بيانات حبوب اللقاح مأخوذة من جوهر MAL05-1B / 1C.تشير الأرقام الموجودة في الأعلى إلى عينات OSL الفردية المفصلة في الجداول من S1 إلى S3.يرجع الاختلاف في توافر البيانات ودقتها إلى فترات أخذ العينات المختلفة وتوافر المواد في اللب.يوضح الشكل S9 اثنين من سجلات الكربون الكلية تم تحويلهما إلى درجات z.
(Chitimwe) تتم الإشارة إلى استقرار المناظر الطبيعية بعد تكوين المروحة من خلال تكوين التربة الحمراء والكربونات المكونة للتربة ، والتي تغطي الرواسب على شكل مروحة في منطقة الدراسة بأكملها (النص التكميلي والجدول S4).لا يقتصر تكوين مراوح الطمي في أواخر العصر الجليدي في حوض بحيرة ملاوي على منطقة كارونجا.على بعد حوالي 320 كيلومترًا جنوب شرق موزمبيق ، يحد المظهر الجانبي لعمق النويدات الكونية الأرضية لـ 26Al و 10Be من تكوين طبقة Luchamange للتربة الحمراء الغرينية إلى 119 إلى 27 ka (23).يتوافق هذا التقييد العمري الواسع مع التسلسل الزمني OSL الخاص بنا للجزء الغربي من حوض بحيرة ملاوي ويشير إلى توسع مراوح الطمي الإقليمية في أواخر العصر الجليدي.هذا مدعوم ببيانات من السجل الأساسي للبحيرة ، مما يشير إلى أن معدل الترسيب الأعلى مصحوب بحوالي 240 كيلو باسكال ، والتي لها قيمة عالية بشكل خاص في كاليفورنيا.130 و 85 كا (نص تكميلي) (21).
يرتبط أقرب دليل على الاستيطان البشري في هذه المنطقة برواسب شيتيموي التي تم تحديدها عند حوالي 92 ± 7 كيلو باسكال.تعتمد هذه النتيجة على 605 م 3 من الرواسب المحفورة من 14 حفريات أثرية للتحكم في المساحة تحت السنتيمتر و 147 م 3 من الرواسب من 46 حفرة اختبار أثرية ، يتم التحكم فيها عموديًا حتى 20 سم والتحكم فيها أفقيًا حتى 2 متر (نص تكميلي والأشكال من S1 إلى S3) بالإضافة إلى ذلك ، قمنا أيضًا بمسح 147.5 كيلومترًا ، ورتبنا 40 حفرة اختبار جيولوجي ، وقمنا بتحليل أكثر من 38000 قطعة أثرية ثقافية من 60 منها (الجدولان S5 و S6) (18).تشير هذه التحقيقات والحفريات المكثفة إلى أنه على الرغم من أن البشر القدامى بما في ذلك الإنسان الحديث الأوائل ربما عاشوا في المنطقة منذ حوالي 92 ألفًا ، إلا أن تراكم الرواسب المرتبط بارتفاع بحيرة ملاوي ثم استقرارها لم يحافظ على الأدلة الأثرية حتى تشكل قاع تشيتيموي.
تدعم البيانات الأثرية الاستدلال على أنه في أواخر العصر الرباعي ، كان التوسع على شكل مروحة والأنشطة البشرية في شمال ملاوي موجودة بأعداد كبيرة ، وأن الآثار الثقافية تنتمي إلى أنواع من أجزاء أخرى من إفريقيا تتعلق بالإنسان الحديث المبكر.معظم القطع الأثرية مصنوعة من حصى كوارتزيت أو نهر كوارتز ، مع تقليل نصف قطري ، ليفالوا ، منصة وتقليل عشوائي أساسي (الشكل S4).تُعزى المصنوعات التشخيصية المورفولوجية بشكل أساسي إلى تقنية العصر الميزوليتي (MSA) الخاصة بنوع Levallois ، والتي كانت على الأقل حوالي 315 ka في إفريقيا حتى الآن (24).استمر سرير Chitimwe الأعلى حتى وقت مبكر من الهولوسين ، والذي يحتوي على أحداث متفرقة في العصر الحجري المتأخر ، ووجد أنه مرتبط بعمر البليستوسين والهولوسين المتأخرين في جميع أنحاء إفريقيا.على النقيض من ذلك ، فإن تقاليد الأدوات الحجرية (مثل أدوات القطع الكبيرة) المرتبطة عادةً بالبلستوسين الأوسط المبكر نادرة.في حالة حدوث ذلك ، تم العثور عليها في الرواسب المحتوية على MSA في أواخر العصر البليستوسيني ، وليس في المراحل المبكرة من الترسب (الجدول S4) (18).على الرغم من أن الموقع كان موجودًا عند 92 كيلو باسكال ، إلا أن الفترة الأكثر تمثيلاً للنشاط البشري وترسب المروحة الغرينية حدثت بعد 70 كيلو أمبير تقريبًا ، محددة جيدًا من خلال مجموعة من أعمار OSL (الشكل 2).لقد أكدنا هذا النمط مع 25 عمرًا منشورًا و 50 عمرًا لم يتم نشره مسبقًا OSL (الشكل 2 والجداول S1 إلى S3).تشير هذه النتائج إلى أنه من إجمالي 75 تحديدًا عمريًا ، تم استرداد 70 من الرواسب بعد حوالي 70 كا.يوضح الشكل 2 الأعمار الأربعين المرتبطة بمصنوعات MSA في الموقع ، بالنسبة إلى المؤشرات البيئية القديمة الرئيسية المنشورة من مركز الحوض المركزي MAL05-1B / 1C (25) ومركز الحوض الشمالي MAL05-2A غير المنشور سابقًا للبحيرة.الفحم (بجوار المروحة التي تنتج عمر OSL).
باستخدام بيانات جديدة من الحفريات الأثرية للحصابات النباتية وعلم الأشكال الدقيقة للتربة ، بالإضافة إلى البيانات العامة عن حبوب اللقاح الأحفورية والفحم الكبير والحفريات المائية والمعادن الأصلية من قلب مشروع حفر بحيرة ملاوي ، أعدنا بناء علاقة الإنسان MSA مع بحيرة ملاوي.احتلال الظروف المناخية والبيئية لنفس الفترة (21).العاملان الأخيران هما الأساس الرئيسي لإعادة بناء أعماق البحيرات النسبية التي يعود تاريخها إلى أكثر من 1200 كيلو باسكال (21) ، ويتطابقان مع عينات حبوب اللقاح والكربونات الكبيرة التي تم جمعها من نفس الموقع في قلب حوالي 636 كا (25) في الماضي .تم جمع أطول النوى (MAL05-1B و MAL05-1C ؛ 381 و 90 مترًا على التوالي) على بعد حوالي 100 كيلومتر جنوب شرق منطقة المشروع الأثري.تم جمع نواة قصيرة (MAL05-2A ؛ 41 م) على بعد حوالي 25 كيلومترًا شرق نهر شمال روكولو (الشكل 1).يعكس قلب MAL05-2A الظروف البيئية القديمة الأرضية في منطقة كالونجا ، بينما لا يتلقى قلب MAL05-1B / 1C مدخلات نهرية مباشرة من كالونجا ، لذلك يمكنه أن يعكس الظروف الإقليمية بشكل أفضل.
بدأ معدل الترسيب المسجل في قلب الحفر المركب MAL05-1B / 1C من 240 كيلو باسكال وزاد من متوسط ​​القيمة على المدى الطويل من 0.24 إلى 0.88 م / كا (الشكل S5).ترتبط الزيادة الأولية بالتغيرات في ضوء الشمس المداري المعدل ، والذي سيؤدي إلى تغييرات عالية السعة في مستوى البحيرة خلال هذه الفترة (25).ومع ذلك ، عندما ينخفض ​​الانحراف المداري بعد 85 ka ويكون المناخ مستقرًا ، يظل معدل الهبوط مرتفعًا (0.68 m / ka).تزامن ذلك مع سجل OSL الأرضي ، والذي أظهر دليلًا كبيرًا على تمدد المروحة الغرينية بعد حوالي 92 ka ، وكان متسقًا مع بيانات الحساسية التي تظهر ارتباطًا إيجابيًا بين التآكل والنار بعد 85 ka (النص التكميلي والجدول S7).في ضوء نطاق الخطأ للتحكم الجيولوجي الزمني المتاح ، من المستحيل الحكم على ما إذا كانت هذه المجموعة من العلاقات تتطور ببطء من تقدم العملية العودية أو تندلع بسرعة عند الوصول إلى نقطة حرجة.وفقًا للنموذج الجيوفيزيائي لتطور الحوض ، منذ العصر البليستوسيني الأوسط (20) ، تباطأ امتداد الصدع والهبوط المرتبط به ، لذا فهو ليس السبب الرئيسي لعملية تكوين المروحة الواسعة التي حددناها بشكل أساسي بعد 92 ka.
منذ العصر الجليدي الأوسط ، كان المناخ هو العامل الرئيسي المسيطر على مستوى مياه البحيرة (26).على وجه التحديد ، أدى رفع الحوض الشمالي إلى إغلاق مخرج قائم.800 كا لتعميق البحيرة حتى تصل إلى عتبة ارتفاع المخرج الحديث (21).يقع هذا المنفذ في الطرف الجنوبي من البحيرة ، ويوفر حدًا أعلى لمستوى مياه البحيرة خلال الفترات الرطبة (بما في ذلك اليوم) ، ولكنه سمح للحوض بالإغلاق مع انخفاض منسوب مياه البحيرة خلال فترات الجفاف (27).تظهر إعادة بناء مستوى البحيرة الدورات الجافة والرطبة بالتناوب في 636 ka الماضية.وفقًا للأدلة المستمدة من حبوب اللقاح الأحفورية ، أدت فترات الجفاف الشديد (انخفاض> 95 ٪ في إجمالي المياه) المرتبطة بانخفاض أشعة الشمس في الصيف إلى توسع الغطاء النباتي شبه الصحراوي ، حيث اقتصرت الأشجار على الممرات المائية الدائمة (27).ترتبط قيعان (البحيرة) هذه بأطياف حبوب اللقاح ، مما يدل على نسبة عالية من الأعشاب (80٪ أو أكثر) والنباتات الجافة (Amaranthaceae) على حساب أصناف الأشجار وانخفاض ثراء الأنواع بشكل عام (25).في المقابل ، عندما تقترب البحيرة من المستويات الحديثة ، فإن الغطاء النباتي الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بالغابات الجبلية الأفريقية يمتد عادةً إلى شاطئ البحيرة [حوالي 500 متر فوق مستوى سطح البحر (masl)].اليوم ، تظهر الغابات الجبلية الأفريقية فقط في بقع صغيرة منفصلة فوق حوالي 1500 مسل (25 ، 28).
حدثت أحدث فترة جفاف شديدة من 104 إلى 86 كا.بعد ذلك ، على الرغم من عودة مستوى البحيرة إلى الظروف المرتفعة ، إلا أن غابات ميومبو المفتوحة التي تحتوي على كمية كبيرة من الأعشاب ومكونات الأعشاب أصبحت شائعة (27 ، 28).أهم أصناف الغابات الجبلية الأفريقية هو صنوبر Podocarpus ، الذي لم يتعافى أبدًا إلى قيمة مماثلة لمستوى البحيرة المرتفع السابق بعد 85 ka (10.7 ± 7.6٪ بعد 85 ka ، بينما مستوى البحيرة المماثل قبل 85 ka هو 29.8 ± 11.8٪ ).يوضح مؤشر Margalef (Dmg) أيضًا أن ثراء الأنواع في الماضي 85 ka أقل بنسبة 43 ٪ من مستوى البحيرة المرتفع المستمر السابق (2.3 ± 0.20 و 4.6 ± 1.21 ، على التوالي) ، على سبيل المثال ، بين 420 و 345 ka (إضافي النصوص والأشكال S5 و S6) (25).عينات حبوب اللقاح من الوقت تقريبا.يحتوي 88 إلى 78 ka أيضًا على نسبة عالية من حبوب اللقاح Compositae ، والتي يمكن أن تشير إلى أن الغطاء النباتي قد تعرض للاضطراب ويقع ضمن نطاق الخطأ لأقدم تاريخ عندما احتل البشر المنطقة.
نستخدم طريقة الشذوذ المناخي (29) لتحليل بيانات علم البيئة القديمة وبيانات المناخ القديم للنوى التي تم حفرها قبل 85 ka وبعدها ، وفحص العلاقة البيئية بين الغطاء النباتي ووفرة الأنواع وهطول الأمطار وفرضية فصل التنبؤ بالمناخ النقي المستنتج.وضع خط الأساس لمحرك الأقراص ~ 550 ka.يتأثر هذا النظام البيئي المحول بظروف هطول الأمطار والحرائق التي تملأ البحيرة ، وهو ما ينعكس في نقص الأنواع ومجموعات النباتات الجديدة.بعد فترة الجفاف الأخيرة ، تم استرداد بعض عناصر الغابات فقط ، بما في ذلك المكونات المقاومة للحريق في الغابات الجبلية الأفريقية ، مثل زيت الزيتون ، والمكونات المقاومة للحريق في الغابات الاستوائية الموسمية ، مثل Celtis (النص التكميلي والشكل S5) ( 25).لاختبار هذه الفرضية ، قمنا بنمذجة مستويات مياه البحيرة المشتقة من ostracode وبدائل المعادن الأصلية كمتغيرات مستقلة (21) ومتغيرات تابعة مثل الفحم وحبوب اللقاح التي قد تتأثر بزيادة وتيرة الحرائق (25).
من أجل التحقق من التشابه أو الاختلاف بين هذه المجموعات في أوقات مختلفة ، استخدمنا حبوب اللقاح من Podocarpus (شجرة دائمة الخضرة) ، والعشب (العشب) ، والزيتون (مكون مقاوم للحريق في غابات الجبال الأفريقية) لتحليل الإحداثيات الرئيسي (PCoA) ، و miombo (المكون الرئيسي للغابات اليوم).من خلال رسم PCoA على السطح المحرف الذي يمثل مستوى البحيرة عند تكوين كل مجموعة ، درسنا كيف تتغير تركيبة حبوب اللقاح فيما يتعلق بالتساقط وكيف تتغير هذه العلاقة بعد 85 ka (الشكل 3 والشكل S7).قبل 85 ka ، تجمعت العينات المستندة إلى الجرام في الظروف الجافة ، بينما تجمعت العينات المستندة إلى podocarpus نحو الظروف الرطبة.في المقابل ، يتم تجميع العينات بعد 85 ka مع معظم العينات قبل 85 ka ولها قيم متوسطة مختلفة ، مما يشير إلى أن تكوينها غير معتاد لظروف هطول الأمطار المماثلة.يعكس موقعهم في PCoA تأثير Olea و miombo ، وكلاهما مفضل في ظل ظروف أكثر عرضة للحريق.في العينات بعد 85 ka ، كان صنوبر Podocarpus وفيرًا فقط في ثلاث عينات متتالية ، والتي حدثت بعد بدء الفاصل الزمني بين 78 و 79 ka.يشير هذا إلى أنه بعد الزيادة الأولية في هطول الأمطار ، يبدو أن الغابة قد تعافت لفترة وجيزة قبل أن تنهار في النهاية.
تمثل كل نقطة عينة واحدة من حبوب اللقاح في نقطة زمنية معينة ، باستخدام النص التكميلي ونموذج العمر في الشكل 1. S8.يمثل المتجه اتجاه التغيير وتدرجه ، ويمثل المتجه الأطول اتجاهًا أقوى.يمثل السطح السفلي مستوى مياه البحيرة كممثل لهطول الأمطار ؛الأزرق الداكن أعلى.يتم توفير متوسط ​​قيمة قيم ميزة PCoA للبيانات بعد 85 ka (الماس الأحمر) وجميع البيانات من مستويات بحيرة مماثلة قبل 85 ka (الماس الأصفر).باستخدام بيانات 636 ka بالكامل ، يكون "مستوى البحيرة المحاكاة" بين -0.130-σ و -0.198-بالقرب من متوسط ​​القيمة الذاتية لمستوى البحيرة PCA.
من أجل دراسة العلاقة بين حبوب اللقاح ومستوى مياه البحيرة والفحم النباتي ، استخدمنا تحليل التباين متعدد المتغيرات اللامعلمية (NP-MANOVA) لمقارنة "البيئة" الكلية (ممثلة بمصفوفة بيانات حبوب اللقاح ومستوى مياه البحيرة والفحم) من قبل وبعد انتقال 85 كا.وجدنا أن التباين والتباين الموجودين في مصفوفة البيانات هذه هما فروق ذات دلالة إحصائية قبل وبعد 85 ka (الجدول 1).
تتوافق بيانات البيئة القديمة الخاصة بنا من الحثيات النباتية والتربة على حافة البحيرة الغربية مع التفسير المستند إلى وكيل البحيرة.تشير هذه إلى أنه على الرغم من ارتفاع مستوى المياه في البحيرة ، فقد تحولت المناظر الطبيعية إلى منظر طبيعي تهيمن عليه أراضي الغابات المفتوحة والمراعي المشجرة ، تمامًا كما هو الحال اليوم (25).جميع المواقع التي تم تحليلها من أجل الحصيات النباتية على الحافة الغربية للحوض تقع بعد 45 كيلو باسكال تقريبًا وتظهر كمية كبيرة من الغطاء الشجري الذي يعكس الظروف الرطبة.ومع ذلك ، فإنهم يعتقدون أن معظم المهاد على شكل غابة مفتوحة يكسوها الخيزران وعشب الهلع.وفقًا لبيانات phytolith ، توجد أشجار النخيل غير المقاومة للحريق (Arecaceae) فقط على شاطئ البحيرة ، وهي نادرة أو غائبة في المواقع الأثرية الداخلية (الجدول S8) (30).
بشكل عام ، يمكن أيضًا استنتاج الظروف الرطبة والمفتوحة في أواخر العصر البليستوسيني من الباليوسولات الأرضية (19).يمكن إرجاع كربونات تربة المستنقعات وطين البحيرة من الموقع الأثري لقرية موانجاندا إلى 40 إلى 28 كال كا بي بي (Qian'anni التي تمت معايرتها سابقًا) (الجدول S4).عادةً ما تكون طبقات التربة الكربونية في طبقة Chitimwe عبارة عن طبقات كلسية عقيدية (Bkm) وطبقات من الصخور الكربونية (Btk) ، مما يشير إلى موقع الاستقرار الجيومورفولوجي النسبي والتسوية البطيئة من المروحة الغرينية البعيدة المدى تقريبًا 29 cal ka BP (إضافي نص).تشير التربة المتآكلة والمتصلبة (الصخور الحجرية) المتكونة على بقايا المراوح القديمة إلى ظروف المناظر الطبيعية المفتوحة (31) وهطول الأمطار الموسمية القوية (32) ، مما يشير إلى التأثير المستمر لهذه الظروف على المناظر الطبيعية.
يأتي دعم دور النار في هذا الانتقال من سجلات الفحم الكلي المزدوجة لأنوية الحفر ، كما زاد تدفق الفحم من الحوض المركزي (MAL05-1B / 1C) بشكل عام من حوالي.175 بطاقة.يتبع عدد كبير من القمم بينهما تقريبًا.بعد 135 و 175 ka و 85 و 100 ka ، تعافى مستوى البحيرة ، لكن ثراء الغابات والأنواع لم يتعافى (النص التكميلي ، الشكل 2 والشكل S5).يمكن أن تظهر العلاقة بين تدفق الفحم والحساسية المغناطيسية لرواسب البحيرة أيضًا أنماطًا من تاريخ الحرائق طويل المدى (33).استخدم البيانات من Lyons et al.(34) استمرت بحيرة ملاوي في تآكل المشهد المحترق بعد 85 ka ، مما يدل على وجود علاقة إيجابية (Spearman's Rs = 0.2542 و P = 0.0002 ؛ الجدول S7) ، بينما تُظهر الرواسب القديمة العلاقة المعاكسة (Rs = -0.2509 و P < 0.0001).في الحوض الشمالي ، يحتوي قلب MAL05-2A الأقصر على أعمق نقطة إرساء للتأريخ ، وأصغر طوف طوبا هو ~ 74 إلى 75 ka (35).على الرغم من أنها تفتقر إلى منظور طويل الأجل ، إلا أنها تتلقى مدخلات مباشرة من الحوض حيث يتم الحصول على البيانات الأثرية.تُظهِر سجلات الفحم في الحوض الشمالي أنه منذ علامة توبا الكريبتو-تيفرا ، ازداد إدخال الفحم الأرضي بشكل مطرد خلال الفترة التي تكون فيها الأدلة الأثرية أكثر شيوعًا (الشكل 2 ب).
قد تعكس الأدلة على الحرائق التي من صنع الإنسان الاستخدام المتعمد على نطاق المناظر الطبيعية ، أو انتشار التجمعات السكانية التي تسبب اشتعالًا أكثر أو أكبر في الموقع ، أو تغييرًا في توافر الوقود عن طريق حصاد غابات تحت الأرض ، أو مزيج من هذه الأنشطة.يستخدم الصيادون الحديثون النار لتغيير مكافآت البحث عن الطعام (2).تزيد أنشطتهم من وفرة الفريسة ، وتحافظ على المشهد الفسيفسائي ، وتزيد من التنوع الحراري وعدم التجانس لمراحل الخلافة (13).تعتبر النار أيضًا مهمة للأنشطة في الموقع مثل التدفئة والطهي والدفاع والتواصل الاجتماعي (14).حتى الاختلافات الصغيرة في انتشار الحرائق خارج ضربات الصواعق الطبيعية يمكن أن تغير أنماط تعاقب الغابات ، وتوافر الوقود ، وموسمية الحرق.من المرجح أن يؤدي تقليل الغطاء الشجري والأشجار السفلية إلى زيادة التعرية ، ويرتبط فقدان تنوع الأنواع في هذه المنطقة ارتباطًا وثيقًا بفقدان مجتمعات الغابات الجبلية الأفريقية (25).
في السجل الأثري قبل بدء MSA ، كان التحكم البشري في الحريق راسخًا (15) ، ولكن حتى الآن ، تم تسجيل استخدامه كأداة لإدارة المناظر الطبيعية فقط في سياقات قليلة من العصر الحجري القديم.وتشمل هذه حوالي في أستراليا.40 كا (36) ، هايلاند نيو غينيا.معاهدة سلام 45 كا (37).50 كا كهف نياه (38) في الأراضي المنخفضة بورنيو.في الأمريكتين ، عندما دخل البشر هذه النظم البيئية لأول مرة ، لا سيما في العشرين ka (16) الماضية ، كان الإشعال الاصطناعي يعتبر العامل الرئيسي في إعادة تكوين المجتمعات النباتية والحيوانية.يجب أن تستند هذه الاستنتاجات إلى الأدلة ذات الصلة ، ولكن في حالة التداخل المباشر للبيانات الأثرية والجيولوجية والجيومورفولوجية والبيئية القديمة ، تم تعزيز حجة السببية.على الرغم من أن البيانات الأساسية البحرية للمياه الساحلية لإفريقيا قد قدمت في السابق دليلاً على تغيرات الحرائق في الماضي حوالي 400 ka (9) ، فإننا نقدم هنا دليلًا على التأثير البشري من مجموعات البيانات الأثرية والبيئية القديمة والجيومورفولوجية ذات الصلة.
يتطلب تحديد الحرائق التي من صنع الإنسان في سجلات البيئة القديمة دليلاً على أنشطة الحريق والتغيرات الزمانية أو المكانية للغطاء النباتي ، مما يثبت أن هذه التغييرات لا يتم توقعها بواسطة المعلمات المناخية وحدها ، والتداخل الزمني / المكاني بين التغيرات في ظروف الحريق والتغيرات في الإنسان السجلات (29) هنا ، حدث أول دليل على انتشار MSA وتكوين المروحة الغرينية في حوض بحيرة ملاوي في بداية عملية إعادة تنظيم رئيسية للنباتات الإقليمية تقريبًا.85 بطاقة.تعكس وفرة الفحم في قلب MAL05-1B / 1C الاتجاه الإقليمي لإنتاج الفحم وترسبه ، عند حوالي 150 كيلو باسكال مقارنة ببقية سجل 636 كيلو أمبير (الأشكال S5 و S9 و S10).يوضح هذا الانتقال المساهمة المهمة للحريق في تشكيل تركيبة النظام البيئي ، والتي لا يمكن تفسيرها بالمناخ وحده.في حالات الحرائق الطبيعية ، يحدث اشتعال البرق عادةً في نهاية موسم الجفاف (39).ومع ذلك ، إذا كان الوقود جافًا بدرجة كافية ، فقد تشتعل الحرائق التي من صنع الإنسان في أي وقت.على نطاق المشهد ، يمكن للبشر تغيير النار باستمرار عن طريق جمع الحطب من تحت الغابة.والنتيجة النهائية لأي نوع من أنواع الحرائق التي من صنع الإنسان هو أنه من المحتمل أن يتسبب في استهلاك المزيد من النباتات الخشبية ، على مدار العام ، وعلى جميع المستويات.
في جنوب إفريقيا ، في وقت مبكر من 164 ka (12) ، تم استخدام النار في المعالجة الحرارية لأدوات صنع الأحجار.في وقت مبكر من 170 ka (40) ، تم استخدام النار كأداة لطهي الدرنات النشوية ، مع الاستفادة الكاملة من النار في العصور القديمة.مشهد موارد مزدهرة (41).تعمل حرائق المناظر الطبيعية على تقليل الغطاء الشجري وهي أداة مهمة للحفاظ على بيئات الأراضي العشبية ورقع الغابات ، والتي تعد العناصر المحددة للنظم البيئية التي يتوسط فيها الإنسان (13).إذا كان الغرض من تغيير الغطاء النباتي أو سلوك الفريسة هو زيادة الحرق من صنع الإنسان ، فإن هذا السلوك يمثل زيادة في تعقيد السيطرة على الحرائق ونشرها من قبل الإنسان الحديث الأوائل مقارنة بالبشر الأوائل ، ويظهر أن علاقتنا بالنار قد مرت التحول في الاعتماد المتبادل (7).يوفر تحليلنا طريقة إضافية لفهم التغييرات في استخدام النار من قبل البشر في أواخر العصر الجليدي وتأثير هذه التغييرات على المناظر الطبيعية والبيئة.
قد يكون توسع مراوح الطمي المتأخر الرباعي في منطقة كارونجا ناتجًا عن التغيرات في دورة الاحتراق الموسمي في ظل ظروف هطول الأمطار أعلى من المتوسط ​​، مما يؤدي إلى زيادة تآكل سفوح التل.قد تكون آلية هذا الحدوث هي الاستجابة على نطاق مستجمعات المياه الناتجة عن الاضطراب الناجم عن الحريق ، والتآكل المعزز والمستمر للجزء العلوي من مستجمعات المياه ، وتوسع المراوح الغرينية في بيئة بيدمونت بالقرب من بحيرة ملاوي.قد تشمل هذه التفاعلات تغيير خصائص التربة لتقليل النفاذية وتقليل خشونة السطح وزيادة الجريان السطحي بسبب مزيج من ظروف هطول الأمطار العالية والغطاء الشجري المنخفض (42).يتم تحسين توفر الرواسب مبدئيًا عن طريق تقشير مادة التغطية ، ومع مرور الوقت ، قد تنخفض قوة التربة بسبب التسخين وانخفاض قوة الجذر.يزيد تقشير التربة السطحية من تدفق الرواسب ، والذي يتم استيعابه من خلال التراكم على شكل مروحة في اتجاه مجرى النهر ويسرع من تكوين التربة الحمراء على شكل مروحة.
يمكن للعديد من العوامل التحكم في استجابة المناظر الطبيعية لظروف الحريق المتغيرة ، والتي يعمل معظمها في غضون فترة زمنية قصيرة (42-44).إن الإشارة التي نربطها هنا واضحة على نطاق الألفية الزمني.تُظهر نماذج التحليلات وتطور المناظر الطبيعية أنه مع اضطراب الغطاء النباتي الناجم عن حرائق الغابات المتكررة ، فقد تغير معدل التعرية بشكل كبير على نطاق زمني الألفية (45 ، 46).إن الافتقار إلى سجلات الحفريات الإقليمية التي تتزامن مع التغييرات الملحوظة في سجلات الفحم النباتي والغطاء النباتي يعوق إعادة بناء تأثيرات السلوك البشري والتغيرات البيئية على تكوين المجتمعات العاشبة.ومع ذلك ، فإن العواشب الكبيرة التي تعيش في المناظر الطبيعية المفتوحة تلعب دورًا في الحفاظ عليها ومنع غزو النباتات الخشبية (47).لا ينبغي توقع حدوث تغييرات في المكونات المختلفة للبيئة في وقت واحد ، ولكن يجب النظر إليها على أنها سلسلة من الآثار التراكمية التي قد تحدث على مدى فترة زمنية طويلة (11).باستخدام طريقة الشذوذ المناخي (29) ، نعتبر النشاط البشري عاملًا رئيسيًا في تشكيل المناظر الطبيعية لشمال ملاوي خلال أواخر العصر البليستوسيني.ومع ذلك ، قد تستند هذه التأثيرات إلى الإرث السابق الأقل وضوحًا للتفاعلات بين الإنسان والبيئة.قد تتضمن ذروة الفحم التي ظهرت في سجل البيئة القديمة قبل التاريخ الأثري الأول مكونًا بشريًا لا يتسبب في نفس التغييرات في النظام البيئي كما هو مسجل لاحقًا ، ولا يتضمن رواسب كافية للإشارة بثقة إلى الاحتلال البشري.
تُظهر عينات الرواسب القصيرة ، مثل تلك الموجودة في حوض بحيرة ماسوكو المجاور في تنزانيا ، أو نوى الرواسب الأقصر في بحيرة ملاوي ، أن وفرة حبوب اللقاح النسبية من أصناف الحشائش والغابات قد تغيرت ، وهو ما يُعزى إلى السنوات الـ 45 الماضية.تغير المناخ الطبيعي لـ ka (48-50).ومع ذلك ، فإن الملاحظة الأطول أجلاً لسجل حبوب اللقاح لبحيرة ملاوي> 600 ka ، جنبًا إلى جنب مع المشهد الأثري القديم بجوارها ، يمكن فهم المناخ والغطاء النباتي والفحم والأنشطة البشرية.على الرغم من احتمالية ظهور البشر في الجزء الشمالي من حوض بحيرة ملاوي قبل 85 ka ، إلا أن حوالي 85 ka ، خاصة بعد 70 ka ، تشير إلى أن المنطقة جاذبة لسكن الإنسان بعد انتهاء فترة الجفاف الرئيسية الأخيرة.في هذا الوقت ، من الواضح أن الاستخدام الجديد أو الأكثر كثافة / المتكرر للنار من قبل البشر يقترن بتغير المناخ الطبيعي لإعادة بناء العلاقة البيئية> 550-كا ، وأخيرًا شكل المشهد الاصطناعي المبكر قبل الزراعة (الشكل 4).على عكس الفترات السابقة ، تحافظ الطبيعة الرسوبية للمناظر الطبيعية على موقع MSA ، وهو دالة للعلاقة العودية بين البيئة (توزيع الموارد) ، والسلوك البشري (أنماط النشاط) ، وتنشيط المروحة (الترسيب / دفن الموقع).
(أ) حول.400 ka: لا يمكن الكشف عن أي إنسان.الظروف الرطبة مشابهة اليوم ، ومستوى البحيرة مرتفع.غطاء شجري متنوع غير مقاوم للحريق.(ب) حوالي 100 كا: لا يوجد سجل أثري ، ولكن يمكن الكشف عن وجود بشر من خلال تدفق الفحم.تحدث ظروف شديدة الجفاف في مستجمعات المياه الجافة.يتعرض صخر الأساس بشكل عام وتكون الرواسب السطحية محدودة.(ج) حوالي 85 إلى 60 ك.س: يزداد منسوب مياه البحيرة مع زيادة هطول الأمطار.يمكن اكتشاف وجود الإنسان من خلال علم الآثار بعد 92 ka ، وبعد 70 ka ، سيتبع ذلك حرق المرتفعات وتوسيع مراوح الطمي.ظهر نظام نباتي أقل تنوعًا ومقاومة للحريق.(د) حوالي 40 إلى 20 ka: ازداد مدخلات الفحم البيئي في الحوض الشمالي.استمر تكوين المراوح الغرينية ، لكنها بدأت تضعف في نهاية هذه الفترة.بالمقارنة مع الرقم القياسي السابق البالغ 636 ka ، يظل مستوى البحيرة مرتفعًا ومستقرًا.
يمثل الأنثروبوسين تراكم سلوكيات البناء المتخصصة التي تم تطويرها على مدى آلاف السنين ، وحجمها فريد من نوعه بالنسبة للإنسان العاقل الحديث (1 ، 51).في السياق الحديث ، مع إدخال الزراعة ، تستمر المناظر الطبيعية التي من صنع الإنسان في الوجود والتكثيف ، لكنها امتداد للأنماط التي تم إنشاؤها خلال العصر البليستوسيني ، بدلاً من الانفصال (52).تظهر البيانات من شمال ملاوي أن فترة التحول البيئي يمكن أن تكون طويلة ومعقدة ومتكررة.يعكس مقياس التحول هذا المعرفة البيئية المعقدة للإنسان الحديث الأوائل ويوضح تحولهم إلى الأنواع المهيمنة عالميًا اليوم.
وفقًا للبروتوكول الذي وصفه Thompson وآخرون ، التحقيق في الموقع وتسجيل القطع الأثرية والخصائص المرصوفة بالحصى في منطقة المسح.(53).تم وضع حفرة الاختبار والتنقيب في الموقع الرئيسي ، بما في ذلك الأشكال الدقيقة وأخذ العينات من phytolith ، وفقًا للبروتوكول الذي وصفه Thompson et al.(18) ورايت وآخرون.(19).تُظهر خريطة نظام المعلومات الجغرافية (GIS) استنادًا إلى خريطة المسح الجيولوجي في ملاوي للمنطقة ارتباطًا واضحًا بين أسرة Chitimwe والمواقع الأثرية (الشكل S1).الفاصل الزمني بين حفر الاختبار الجيولوجي والأثري في منطقة كارونجا هو التقاط أوسع عينة تمثيلية (الشكل S2).تتضمن الجيومورفولوجيا والعصر الجيولوجي والمسوحات الأثرية في كارونجا أربع طرق مسح ميداني رئيسية: مسوحات المشاة وحفر الاختبار الأثري وحفر الاختبار الجيولوجي وحفريات الموقع التفصيلية.تسمح هذه التقنيات معًا بأخذ عينات من التعرض الرئيسي لسرير شيتيموي في شمال ووسط وجنوب كارونجا (الشكل S3).
يتبع التحقيق في الموقع وتسجيل القطع الأثرية والميزات المرصوفة بالحصى في منطقة مسح المشاة البروتوكول الذي وصفه Thompson et al.(53).هذا النهج له هدفان رئيسيان.الأول هو تحديد الأماكن التي تآكلت فيها الآثار الثقافية ، ثم وضع حفر الاختبار الأثري صعودًا في هذه الأماكن لاستعادة الآثار الثقافية في الموقع من البيئة المدفونة.الهدف الثاني هو التسجيل الرسمي لتوزيع القطع الأثرية وخصائصها وعلاقتها بمصدر المواد الحجرية القريبة (53).في هذا العمل ، سار فريق من ثلاثة أشخاص على مسافة 2 إلى 3 أمتار لمسافة إجمالية قدرها 147.5 كيلومترًا طوليًا ، واجتازوا معظم أسرة شيتيموي المرسومة (الجدول S6).
ركز العمل أولاً على أسرة Chitimwe لتعظيم عينات القطع الأثرية المرصودة ، وثانيًا ركز على المقاطع الخطية الطويلة من شاطئ البحيرة إلى المرتفعات التي تقطع وحدات رسوبية مختلفة.وهذا يؤكد ملاحظة رئيسية مفادها أن القطع الأثرية الواقعة بين المرتفعات الغربية وشاطئ البحيرة مرتبطة فقط بسرير Chitimwe أو رواسب العصر الجليدي والهولوسين الأحدث.القطع الأثرية الموجودة في الرواسب الأخرى خارج الموقع ، وتم نقلها من أماكن أخرى في المناظر الطبيعية ، كما يتضح من وفرتها وحجمها ودرجة التجوية.
حفرة الاختبار الأثري في المكان والتنقيب في الموقع الرئيسي ، بما في ذلك micromorphology وأخذ عينات phytolith ، اتبعت البروتوكول الذي وصفه Thompson et al.(18 ، 54) ورايت وآخرون.(19 ، 55).الغرض الرئيسي هو فهم التوزيع تحت الأرض للقطع الأثرية والرواسب على شكل مروحة في المناظر الطبيعية الأكبر.عادة ما يتم دفن القطع الأثرية عميقاً في جميع الأماكن في أسرة شيتيموي ، باستثناء الحواف ، حيث بدأ التآكل في إزالة الجزء العلوي من الرواسب.أثناء التحقيق غير الرسمي ، سار شخصان بجوار أسرة تشيتيموي ، والتي تم عرضها كميزات على الخريطة على الخريطة الجيولوجية لحكومة ملاوي.عندما واجه هؤلاء الأشخاص أكتاف رواسب Chitimwe Bed ، بدأوا في المشي على طول الحافة ، حيث يمكنهم ملاحظة القطع الأثرية التي تآكلت من الرواسب.من خلال إمالة الحفريات لأعلى قليلاً (3 إلى 8 أمتار) من القطع الأثرية المتآكلة بنشاط ، يمكن أن تكشف الحفريات عن موقعها في الموقع بالنسبة للرواسب المحتوية عليها ، دون الحاجة إلى أعمال حفر واسعة بشكل جانبي.يتم وضع حفر الاختبار بحيث تكون على بعد 200 إلى 300 متر من أقرب حفرة تالية ، وبالتالي التقاط التغييرات في رواسب قاع Chitimwe والتحف التي تحتوي عليها.في بعض الحالات ، كشفت حفرة الاختبار عن موقع أصبح فيما بعد موقع حفر واسع النطاق.
تبدأ جميع حفر الاختبار بمربع 1 × 2 م ، وتواجه الشمال والجنوب ، ويتم حفرها في وحدات عشوائية بحجم 20 سم ، ما لم يتغير لون الرواسب أو قوامها أو محتواها بشكل كبير.سجل خصائص الرواسب والتربة لجميع الرواسب المحفورة ، والتي تمر بالتساوي من خلال منخل جاف 5 مم.إذا استمر عمق الترسيب في تجاوز 0.8 إلى 1 متر ، فتوقف عن الحفر في أحد المتر المربعين واستمر في الحفر في الآخر ، وبذلك تشكل "خطوة" بحيث يمكنك الدخول إلى طبقات أعمق بأمان.ثم استمر في الحفر حتى يتم الوصول إلى حجر الأساس ، ما لا يقل عن 40 سم من الرواسب المعقمة من الناحية الأثرية أقل من تركيز القطع الأثرية ، أو يصبح الحفر غير آمن (عميق) للمضي قدمًا.في بعض الحالات ، يحتاج عمق الترسيب إلى تمديد حفرة الاختبار إلى متر مربع ثالث ودخول الخندق على خطوتين.
أظهرت حفر الاختبار الجيولوجي سابقًا أن أسرة Chitimwe غالبًا ما تظهر على الخرائط الجيولوجية بسبب لونها الأحمر المميز.عندما تشتمل على تيارات واسعة ورواسب نهارية ورواسب المروحة الغرينية ، فإنها لا تظهر دائمًا باللون الأحمر (19).الجيولوجيا تم حفر حفرة الاختبار على أنها حفرة بسيطة مصممة لإزالة الرواسب العلوية المختلطة للكشف عن طبقات الرواسب تحت الأرض.يعد هذا ضروريًا لأن قاع Chitimwe قد تآكل إلى جانب تل مكافئ ، وهناك رواسب منهارة على المنحدر ، والتي عادة لا تشكل أجزاء أو قطع طبيعية واضحة.لذلك ، تمت هذه الحفريات إما على قمة قاع تشيتيموي ، ويفترض أنه كان هناك اتصال تحت الأرض بين سرير تشيتيموي وسرير Pliocene Chiwondo أدناه ، أو تمت حيث يجب تأريخ رواسب مصطبة النهر (55).
يتم إجراء الحفريات الأثرية على نطاق واسع في الأماكن التي تعد بعدد كبير من مجموعات الأدوات الحجرية في الموقع ، وعادة ما تعتمد على حفر الاختبار أو الأماكن التي يمكن رؤية عدد كبير من الآثار الثقافية فيها تتآكل من المنحدر.تم العثور على الآثار الثقافية الرئيسية المحفورة من وحدات رسوبية تم التنقيب عنها بشكل منفصل في مربع بمساحة 1 × 1 م.إذا كانت كثافة القطع الأثرية عالية ، فإن وحدة الحفر عبارة عن فوهة 10 أو 5 سم.تم سحب جميع المنتجات الحجرية والعظام الأحفورية والمغرة أثناء كل عملية حفر كبرى ، ولا يوجد حد للحجم.حجم الشاشة 5 مم.إذا تم اكتشاف الآثار الثقافية أثناء عملية التنقيب ، فسيتم تخصيص رقم اكتشاف فريد لرسم الرمز الشريطي لها ، وسيتم تخصيص أرقام الاكتشاف في نفس السلسلة للاكتشافات التي تمت تصفيتها.تم تمييز الآثار الثقافية بحبر دائم ، وتوضع في أكياس عليها ملصقات عينات ، وتوضع في أكياس مع آثار ثقافية أخرى من نفس الخلفية.بعد التحليل ، يتم تخزين جميع الآثار الثقافية في مركز الثقافة والمتاحف في كارونجا.
تتم جميع الحفريات وفقًا للطبقات الطبيعية.تنقسم هذه إلى بصق ، ويعتمد سمك البصاق على كثافة القطع الأثرية (على سبيل المثال ، إذا كانت كثافة القطع الأثرية منخفضة ، فسيكون سمك البصق مرتفعًا).يتم تسجيل بيانات الخلفية (على سبيل المثال ، خصائص الرواسب وعلاقات الخلفية وملاحظات التداخل وكثافة القطع الأثرية) في قاعدة بيانات Access.تستند جميع بيانات الإحداثيات (على سبيل المثال ، النتائج المرسومة في المقاطع ، وارتفاع السياق ، والزوايا المربعة ، والعينات) إلى إحداثيات Universal Transverse Mercator (UTM) (WGS 1984 ، المنطقة 36S).في الموقع الرئيسي ، يتم تسجيل جميع النقاط باستخدام محطة إجمالي 5 من سلسلة Nikon Nivo C ، والتي تم إنشاؤها على شبكة محلية أقرب ما يمكن إلى شمال UTM.موقع الركن الشمالي الغربي لكل موقع حفر وموقع كل موقع حفر كمية الرواسب معطاة في الجدول S5.
تم تسجيل قسم خصائص علم الترسبات والتربة لجميع الوحدات المحفورة باستخدام برنامج الولايات المتحدة للزراعة الجزئية (56).يتم تحديد الوحدات الرسوبية بناءً على حجم الحبوب والزاوية وخصائص الفراش.لاحظ الشوائب والاضطرابات غير الطبيعية المرتبطة بوحدة الرواسب.يتم تحديد تطور التربة من خلال تراكم السيسكوسايد أو الكربونات في التربة الجوفية.يتم أيضًا تسجيل التجوية تحت الأرض (على سبيل المثال ، الأكسدة والاختزال ، وتشكيل عقيدات المنغنيز المتبقية) بشكل متكرر.
يتم تحديد نقطة تجميع عينات OSL على أساس تقدير السُحْح التي قد تنتج التقدير الأكثر موثوقية لعمر دفن الرواسب.في موقع أخذ العينات ، تم حفر الخنادق لفضح الطبقة الرسوبية الأصلية.اجمع جميع العينات المستخدمة لتأريخ OSL عن طريق إدخال أنبوب فولاذي غير شفاف (قطره حوالي 4 سم وطوله حوالي 25 سم) في ملف تعريف الرواسب.
يقيس التأريخ OSL حجم مجموعة الإلكترونات المحاصرة في البلورات (مثل الكوارتز أو الفلسبار) بسبب التعرض للإشعاع المؤين.يأتي معظم هذا الإشعاع من اضمحلال النظائر المشعة في البيئة ، وتظهر كمية صغيرة من المكونات الإضافية في خطوط العرض المدارية في شكل إشعاع كوني.يتم إطلاق الإلكترونات الملتقطة عند تعرض البلورة للضوء ، والذي يحدث أثناء النقل (حدث التصفير) أو في المختبر ، حيث تحدث الإضاءة على جهاز استشعار يمكنه اكتشاف الفوتونات (على سبيل المثال ، أنبوب مضاعف ضوئي أو كاميرا مشحونة) جهاز اقتران) ينبعث الجزء السفلي عندما يعود الإلكترون إلى الحالة الأرضية.يتم فصل جزيئات الكوارتز التي يتراوح حجمها بين 150 و 250 ميكرومتر عن طريق الغربلة والمعالجة الحمضية وفصل الكثافة ، وتستخدم كقسمة صغيرة (أقل من 100 جسيم) مثبتة على سطح لوح من الألومنيوم أو محفورة في بئر 300 × 300 مم. يتم تحليل الجسيمات على مقلاة من الألومنيوم.عادة ما يتم تقدير الجرعة المدفونة باستخدام طريقة تجديد قسامة مفردة (57).بالإضافة إلى تقييم جرعة الإشعاع التي تتلقاها الحبوب ، يتطلب التأريخ OSL أيضًا تقدير معدل الجرعة عن طريق قياس تركيز النويدات المشعة في رواسب العينة التي تم جمعها باستخدام التحليل الطيفي لجاما أو تحليل التنشيط النيوتروني ، وتحديد العينة المرجعية للجرعة الكونية موقع وعمق دفن.يتم تحديد العمر النهائي بقسمة جرعة الدفن على معدل الجرعة.ومع ذلك ، عندما يكون هناك تغيير في الجرعة التي يتم قياسها بواسطة حبة واحدة أو مجموعة من الحبوب ، هناك حاجة إلى نموذج إحصائي لتحديد الجرعة المدفونة المناسبة لاستخدامها.يتم حساب الجرعة المدفونة هنا باستخدام نموذج العصر المركزي ، في حالة التأريخ الفردي للقسمة ، أو في حالة التأريخ أحادي الجسيم ، باستخدام نموذج الخليط المحدود (58).
أجريت ثلاثة مختبرات مستقلة تحليل OSL لهذه الدراسة.الطرق الفردية التفصيلية لكل مختبر موضحة أدناه.بشكل عام ، نستخدم طريقة الجرعة المتجددة لتطبيق تأريخ OSL على أجزاء صغيرة (عشرات الحبوب) بدلاً من استخدام تحليل حبة واحدة.هذا لأنه أثناء تجربة النمو التجديدي ، يكون معدل الاسترداد لعينة صغيرة منخفضًا (<2٪) ، وإشارة OSL غير مشبعة عند مستوى الإشارة الطبيعي.يعد الاتساق بين المختبرات لتحديد العمر ، واتساق النتائج داخل وبين الملامح الطبقية المختبرة ، والاتساق مع التفسير الجيومورفولوجي لعمر 14 درجة مئوية لصخور الكربونات هي الأساس الرئيسي لهذا التقييم.قام كل مختبر بتقييم أو تنفيذ اتفاقية حبوب واحدة ، ولكن قرر بشكل مستقل أنها غير مناسبة للاستخدام في هذه الدراسة.يتم توفير الطرق التفصيلية وبروتوكولات التحليل التي يتبعها كل مختبر في المواد والطرق التكميلية.
القطع الأثرية الحجرية المستعادة من الحفريات الخاضعة للرقابة (BRU-I ؛ CHA-I ، CHA-II ، و CHA-III ؛ MGD-I ، MGD-II ، MGD-III ؛ و SS-I) تستند إلى النظام المتري والجودة مميزات.قم بقياس الوزن والحجم الأقصى لكل قطعة عمل (باستخدام مقياس رقمي لقياس الوزن هو 0.1 جم ؛ باستخدام فرجار Mitutoyo الرقمي لقياس جميع الأبعاد هو 0.01 مم).يتم تصنيف جميع الآثار الثقافية أيضًا وفقًا للمواد الخام (كوارتز ، كوارتزيت ، صوان ، إلخ) ، حجم الحبوب (ناعم ، متوسط ​​، خشن) ، توحيد حجم الحبوب ، اللون ، نوع القشرة والتغطية ، التجوية / تقريب الحافة والدرجة التقنية (كاملة أو مجزأة) النوى أو الرقائق ، الرقائق / قطع الزوايا ، أحجار المطرقة ، القنابل اليدوية وغيرها).
يتم قياس القلب بطول أقصى طول له ؛الحد الأقصى للعرض؛العرض 15٪ و 50٪ و 85٪ من الطول ؛أقصى سمكالسماكة 15٪ ، 50٪ ، 85٪ من الطول.تم إجراء القياسات أيضًا لتقييم خصائص الحجم في لب الأنسجة نصف الكروية (شعاعي و Levallois).يتم تصنيف كل من النوى السليمة والمكسورة وفقًا لطريقة إعادة الضبط (منصة واحدة أو منصة متعددة ، شعاعي ، ليفالوا ، إلخ) ، ويتم حساب الندبات غير المستقرة عند 15 مم و 20٪ من طول النواة.يتم تصنيف النوى ذات الندبات التي يبلغ طولها 15 مم أو أقل على أنها "عشوائية".يتم تسجيل التغطية القشرية لسطح اللب بالكامل ، ويتم تسجيل التغطية القشرية النسبية لكل جانب على لب النسيج نصف الكروي.
يتم قياس الورقة بطول أقصى طول لها ؛الحد الأقصى للعرض؛العرض 15٪ و 50٪ و 85٪ من الطول ؛أقصى سمكالسماكة 15٪ ، 50٪ ، 85٪ من الطول.صِف الأجزاء وفقًا للأجزاء المتبقية (القريبة والوسطى والبعيدة والمنقسمة على اليمين والمقسمة على اليسار).يتم حساب الاستطالة بقسمة أقصى طول على أقصى عرض.قم بقياس عرض المنصة وسمكها وزاوية المنصة الخارجية للشريحة السليمة وشظايا الشريحة القريبة ، وصنف المنصات وفقًا لدرجة الإعداد.سجل التغطية والموقع القشري على جميع الشرائح والأجزاء.تصنف الحواف البعيدة حسب نوع الإنهاء (الريش ، المفصلة ، الشوكة العلوية).على الشريحة الكاملة ، سجل رقم واتجاه الندبة على الشريحة السابقة.عند مواجهتك ، قم بتسجيل موقع التعديل والغزو وفقًا للبروتوكول الذي وضعه كلاركسون (59).تم الشروع في خطط التجديد لمعظم مجموعات الحفريات لتقييم طرق الترميم وسلامة ترسيب الموقع.
يتم وصف القطع الأثرية الحجرية المستعادة من حفر الاختبار (CS-TP1-21 و SS-TP1-16 و NGA-TP1-8) وفقًا لمخطط أبسط من التنقيب المتحكم فيه.لكل قطعة أثرية ، تم تسجيل الخصائص التالية: المواد الخام ، وحجم الجسيمات ، وتغطية القشرة ، ودرجة الحجم ، والعوامل الجوية / أضرار الحواف ، والمكونات الفنية ، والحفاظ على الشظايا.يتم تسجيل الملاحظات الوصفية للسمات التشخيصية للرقائق والنوى.
تم قطع كتل الرواسب الكاملة من الأجزاء المكشوفة في الحفريات والخنادق الجيولوجية.تم تثبيت هذه الأحجار في الموقع بضمادات جصية أو ورق تواليت وشريط تغليف ، ثم نُقلت إلى مختبر الآثار الجيولوجية بجامعة توبنغن في ألمانيا.هناك ، يتم تجفيف العينة عند 40 درجة مئوية لمدة 24 ساعة على الأقل.ثم يتم علاجهم تحت التفريغ ، باستخدام مزيج من راتنجات البوليستر والستايرين غير المرقى بنسبة 7: 3.يستخدم بيروكسيد ميثيل إيثيل كيتون كمحفز ، خليط من الراتنج والستايرين (3 إلى 5 مل / لتر).بمجرد تبلور خليط الراتينج ، سخني العينة عند 40 درجة مئوية لمدة 24 ساعة على الأقل لتصلب الخليط تمامًا.استخدم منشار البلاط لتقطيع العينة المصلبة إلى قطع 6 × 9 سم ، ولصقها على شريحة زجاجية وطحنها بسمك 30 ميكرومتر.تم مسح الشرائح الناتجة باستخدام ماسح ضوئي مسطح ، وتم تحليلها باستخدام ضوء مستقطب مستوٍ ، وضوء مستقطب عرضي ، وضوء ساقط مائل ، وفلور أزرق بالعين المجردة والتكبير (× 50 إلى × 200).تتبع المصطلحات ووصف الأقسام الرقيقة الإرشادات التي نشرتها Stoops (60) و Courty et al.(61).يتم قطع عقيدات الكربونات المكونة للتربة التي تم جمعها من عمق> 80 سم إلى نصفين بحيث يمكن تشريب النصف وتنفيذها في شرائح رقيقة (4.5 × 2.6 سم) باستخدام مجهر ستريو قياسي ومجهر بتروغرافي وميكروسكوب بحثي بتلألؤ كاثودوليني (CL) .يعتبر التحكم في أنواع الكربونات حذرًا للغاية ، لأن تكوين الكربونات المكونة للتربة يرتبط بالسطح المستقر ، بينما يكون تكوين كربونات المياه الجوفية مستقلًا عن السطح أو التربة.
تم حفر العينات من السطح المقطوع للعقيدات الكربونية المكونة للتربة وتم تقسيمها إلى النصف لإجراء تحليلات مختلفة.استخدمت FS المجاهر المجسمة والصخرية المعيارية لمجموعة عمل الجيولوجيا ومجهر CL لمجموعة العمل التجريبية لعلم المعادن لدراسة الشرائح الرقيقة ، وكلاهما يقع في توبنغن ، ألمانيا.تم حفر العينات الفرعية للتأريخ بالكربون المشع باستخدام تدريبات دقيقة من منطقة معينة عمرها حوالي 100 عام.يبلغ قطر النصف الآخر من العقيدات 3 مم لتجنب المناطق ذات التبلور المتأخر أو الشوائب المعدنية الغنية أو التغيرات الكبيرة في حجم بلورات الكالسيت.لا يمكن اتباع نفس البروتوكول لعينات MEM-5038 و MEM-5035 و MEM-5055 A.يتم اختيار هذه العينات من عينات الرواسب السائبة وهي صغيرة جدًا بحيث لا يمكن تقطيعها إلى النصف من أجل التقسيم الرقيق.ومع ذلك ، أجريت دراسات المقطع الرقيق على العينات المجهرية المقابلة من الرواسب المجاورة (بما في ذلك عقيدات الكربونات).
قدمنا ​​عينات تأريخ 14 درجة مئوية إلى مركز أبحاث النظائر التطبيقية (CAIS) في جامعة جورجيا ، أثينا ، الولايات المتحدة الأمريكية.تتفاعل عينة الكربونات مع حمض الفوسفوريك بنسبة 100٪ في وعاء تفاعل مفرغ لتكوين ثاني أكسيد الكربون.تنقية درجات الحرارة المنخفضة لعينات ثاني أكسيد الكربون من منتجات التفاعل الأخرى والتحويل التحفيزي إلى الجرافيت.تم قياس نسبة الجرافيت 14C / 13C باستخدام مطياف كتلة مسرع 0.5-MeV.قارن نسبة العينة مع النسبة المقاسة بمعيار حمض الأكساليك 1 (NBS SRM 4990).يستخدم رخام كرارا (الوكالة الدولية للطاقة الذرية C1) كخلفية ، ويستخدم الحجر الجيري (الوكالة الدولية للطاقة الذرية C2) كمعيار ثانوي.يتم التعبير عن النتيجة كنسبة مئوية من الكربون الحديث ، ويتم تقديم التاريخ غير المعاير المقتبس بسنوات الكربون المشع (سنوات BP) قبل عام 1950 ، باستخدام نصف عمر 14 درجة مئوية يبلغ 5568 عامًا.يشار إلى الخطأ على أنه 1-σ ويعكس خطأ إحصائيًا وتجريبيًا.استنادًا إلى قيمة δ13C المقاسة بواسطة مقياس الطيف الكتلي لنسبة النظائر ، أبلغ C. Wissing من مختبر الجيولوجيا الحيوية في توبنغن ، ألمانيا ، عن تاريخ تجزئة النظائر ، باستثناء UGAMS-35944r الذي تم قياسه في CAIS.تم تحليل العينة 6887B في نسختين.للقيام بذلك ، قم بحفر عينة فرعية ثانية من العقدة (UGAMS-35944r) من منطقة أخذ العينات الموضحة على سطح القطع.تم استخدام منحنى المعايرة INTCAL20 (الجدول S4) (62) المطبق في نصف الكرة الجنوبي لتصحيح تجزئة الغلاف الجوي لجميع العينات إلى 14 درجة مئوية إلى 2-σ.