הומו סאפיינס מודרני השתתף במספר רב של טרנספורמציות של מערכת אקולוגית, אך קשה לזהות את המקור או ההשלכות המוקדמות של התנהגויות אלו.נתונים ארכיאולוגיה, גיאוכרונולוגיה, גיאומורפולוגיה ונתונים פליאו-סביבתיים מצפון מלאווי מתעדים את היחס המשתנה בין נוכחותם של מסננים, ארגון המערכת האקולוגית והיווצרות מניפות סחף בפלייסטוקן המאוחר.לאחר המאה ה-20 לערך, נוצרה מערכת צפופה של חפצים מזוליתיים ומנפי סחף.לפני 92,000 שנה, בסביבה הפליאו-אקולוגית, לא היה אנלוגי בשיא הקודם של 500,000 שנה.נתונים ארכיאולוגיים וניתוח קואורדינטות עיקרי מראים ששריפות מוקדמות מעשה ידי אדם הרגיעו את ההגבלות העונתיות על הצתה, והשפיעו על הרכב הצמחייה והשחיקה.זה, בשילוב עם שינויי משקעים מונעי אקלים, הובילו בסופו של דבר למעבר אקולוגי לנוף המלאכותי הקדום שלפני החקלאות.
בני אדם מודרניים הם מקדמי עוצמה של טרנספורמציה של מערכת אקולוגית.במשך אלפי שנים, הם שינו את הסביבה באופן נרחב ובכוונה, ועוררו ויכוח על מתי וכיצד נוצרה המערכת האקולוגית הראשונה שנשלטת על ידי האדם (1).יותר ויותר עדויות ארכיאולוגיות ואתנוגרפיות מראות כי קיים מספר רב של אינטראקציות רקורסיביות בין מסננים וסביבתם, מה שמעיד על כך שהתנהגויות אלו הן הבסיס לאבולוציה של המין שלנו (2-4).נתונים מאובנים וגנטיים מצביעים על כך שהומו סאפיינס היה קיים באפריקה לפני כ-315,000 שנים (ka).נתונים ארכיאולוגיים מראים שמורכבות ההתנהגויות המתרחשות ברחבי היבשת גדלה באופן משמעותי בעבר כ-300 עד 200 טווחי קא.סוף הפלייסטוקן (צ'יבאני) (5).מאז הופעתנו כמין, בני האדם החלו להסתמך על חדשנות טכנולוגית, הסדרים עונתיים ושיתוף פעולה חברתי מורכב כדי לשגשג.תכונות אלו מאפשרות לנו לנצל סביבות ומשאבים לא מיושבים בעבר או קיצוניים, כך שכיום בני האדם הם זן החיות הפאן-גלובלי היחיד (6).האש מילאה תפקיד מפתח בשינוי זה (7).
מודלים ביולוגיים מצביעים על כך שניתן לאתר את יכולת ההסתגלות למזון מבושל מלפני 2 מיליון שנים לפחות, אך רק בסוף הפלייסטוקן התיכון הופיעו עדויות ארכיאולוגיות קונבנציונליות לשליטה באש (8).ליבת האוקיינוס ​​עם תיעוד אבק משטח גדול ביבשת אפריקה מראה שבמיליוני השנים האחרונות, שיא הפחמן היסודי הופיע לאחר כ-400 קא, בעיקר במהלך המעבר מהתקופה הבין-קרחונית לקרחונית, אך התרחש גם במהלך ההולוקן (9).זה מראה שלפני כ-400 קא, שריפות באפריקה שמדרום לסהרה לא היו נפוצות, ותרומות האדם היו משמעותיות בתקופת ההולוקן (9).אש היא כלי ששימש את הרועים בכל ימי ההולוקן לטיפוח ותחזוקת שטחי עשב (10).עם זאת, זיהוי הרקע וההשפעה האקולוגית של השימוש באש על ידי ציידים-לקטים בתחילת הפלייסטוקן הוא מסובך יותר (11).
אש נקראת כלי הנדסי למניפולציה של משאבים הן באתנוגרפיה והן בארכיאולוגיה, כולל שיפור החזרי פרנסה או שינוי חומרי גלם.פעילויות אלו קשורות לרוב לתכנון ציבורי ודורשות ידע אקולוגי רב (2, 12, 13).שריפות בקנה מידה נוף מאפשרות לציידים-לקטים להבריח טרף, לשלוט במזיקים ולהגביר את פרודוקטיביות בתי הגידול (2).שריפה באתר מקדמת בישול, חימום, הגנה על טורפים ולכידות חברתית (14).עם זאת, המידה שבה שריפות ציידים-לקטים יכולות להגדיר מחדש את מרכיבי הנוף, כגון מבנה הקהילה האקולוגית והטופוגרפיה, היא מאוד מעורפלת (15, 16).
ללא נתונים ארכיאולוגיים וגיאומורפולוגיים מיושנים ורישומים סביבתיים מתמשכים ממקומות מרובים, הבנת ההתפתחות של שינויים אקולוגיים שנגרמו על ידי האדם היא בעייתית.רישומים ארוכי טווח של אגמים מעמק השבר הגדול בדרום אפריקה, בשילוב עם תיעוד ארכיאולוגי עתיק באזור, הופכים אותו למקום לחקור את ההשפעות האקולוגיות שנגרמו מהפלייסטוקן.כאן אנו מדווחים על הארכיאולוגיה והגיאומורפולוגיה של נוף נרחב מתקופת האבן בדרום מרכז אפריקה.לאחר מכן, קישרנו אותו עם נתונים פליאו-סביבתיים המשתרעים על פני יותר מ-600 ka כדי לקבוע את העדות הצימוד המוקדמת ביותר להתנהגות אנושית ולשינוי מערכת אקולוגית בהקשר של שריפות מעשה ידי אדם.
סיפקנו מגבלת גיל שלא דווחה בעבר עבור מיטת Chitimwe במחוז Karonga, הממוקמת בקצה הצפוני של החלק הצפוני של מלאווי בעמק השבר בדרום אפריקה (איור 1) (17).ערוגות אלו מורכבות ממניפות סחף אדומות ומשקעי נהרות, המשתרעות על פני כ-83 קמ"ר, המכילות מיליוני מוצרי אבן, אך ללא שרידים אורגניים שהשתמרו, כגון עצמות (טקסט משלים) (18).נתוני האור הנרגש באופן אופטי (OSL) שלנו מתעודת כדור הארץ (איור 2 וטבלאות S1 עד S3) שינו את גיל מיטת Chitimwe לפלייסטוקן המאוחר, והגיל העתיק ביותר של הפעלת מניפה סחף וקבורה מתקופת האבן הוא בערך 92 קא ( 18, 19).שכבת הסחף והנהר Chitimwe מכסה את האגמים והנהרות של שכבת ה-Pliocene-Pleistocene Chiwondo מחוסר התאמה בזווית נמוכה (17).מרבצים אלה ממוקמים בטריז השבר לאורך שפת האגם.התצורה שלהם מציינת את האינטראקציה בין תנודות מפלס האגם לבין תקלות אקטיביות המשתרעות לתוך הפליוקן (17).למרות שפעילות טקטונית עשויה להשפיע על הטופוגרפיה האזורית ועל מדרון פיימונטה במשך זמן רב, ייתכן שפעילות השבר באזור זה הואטה מאז הפלייסטוקן התיכון (20).לאחר ~ 800 ka ועד זמן קצר לאחר 100 ka, ההידרולוגיה של אגם מלאווי מונעת בעיקר על ידי אקלים (21).לכן, אף אחד מאלה אינו ההסבר היחיד להיווצרות מניפות סחף בפלייסטוקן המאוחר (22).
(א) מיקומה של התחנה האפריקאית ביחס למשקעים מודרניים (כוכבית);כחול לח ואדום יבש יותר (73);התיבה משמאל מציגה את אגם מלאווי והאזורים הסובבים אותה MAL05-2A ו-MAL05-1B המיקום של הליבה /1C (נקודה סגולה), כאשר אזור Karonga מודגש כקו מתאר ירוק, ומיקום מיטת Luchamange מודגש בתור קופסה לבנה.(ב) החלק הצפוני של אגן מלאווי, המציג את הטופוגרפיה של צל הגבעות ביחס לגרעין MAL05-2A, מצע הצ'יטימוה שנותר (כתם חום) ומיקום החפירה של פרויקט המזוליתי הקדום של מלאווי (MEMSAP) (נקודה צהובה));צ"א, חמינדה;MGD, הכפר מוואנגנדה;NGA, Ngara;SS, סאדרה דרום;VIN, תמונת ספרייה ספרותית;WW, בלוגה.
גיל מרכז OSL (קו אדום) וטווח שגיאות של 1-σ (25% אפור), כל גילאי OSL קשורים להתרחשות של חפצים באתרם ב-Karonga.גיל ביחס לנתוני 125 ka העבריים מראים (A) אומדני צפיפות גרעין של כל גילאי OSL ממשקעי מניפה סחף, המצביעים על הצטברות מניפה משקע/סחף (ציאן), ושחזור מפלס מי האגם בהתבסס על ערכי מאפיינים של ניתוח רכיבים עיקריים (PCA). מאובנים ומינרלים אותגניים (21) (כחול) מליבת MAL05-1B/1C.(ב) מליבת MAL05-1B/1C (שחור, ערך קרוב ל-7000 עם כוכבית) ומליבת MAL05-2A (אפורה), ספירת הפחמן המקרומולקולרי לגרם מנורמל לפי קצב השקיעה.(ג) מדד עושר מינים של מרגלף (Dmg) מפולן מאובנים ליבה של MAL05-1B/1C.(ד) אחוז אבקנים מאובנים מ- Compositae, מיועש miombo ו- Olea europaea, ו- (E) אחוז אבקה מאובנים מ- Poaceae ו- Podocarpus.כל נתוני האבקה הם מהליבת MAL05-1B/1C.המספרים בחלק העליון מתייחסים לדגימות OSL בודדות המפורטות בטבלאות S1 עד S3.ההבדל בזמינות הנתונים וברזולוציה נובע ממרווחי דגימה שונים וזמינות החומר בליבה.איור S9 מציג שתי רשומות מאקרו פחמן שהומרו לציוני z.
(Chitimwe) יציבות הנוף לאחר היווצרות מניפה מסומנת על ידי היווצרות אדמה אדומה וקרבונטים יוצרי אדמה, המכסים את המשקעים בצורת מניפה של כל אזור המחקר (טקסט משלים וטבלה S4).היווצרותם של מניפות סחף פליסטוקן מאוחרות באגן אגם מלאווי אינה מוגבלת לאזור קארונגה.כ-320 קילומטרים דרומית-מזרחית למוזמביק, פרופיל עומק הגרעין הקוסמוגני היבשתי של 26Al ו-10Be מגביל את היווצרות ערוגת Luchamange של אדמת סחף אדומה ל-119 עד 27 ka (23).הגבלת גיל נרחבת זו עולה בקנה אחד עם כרונולוגיית ה-OSL שלנו עבור החלק המערבי של אגן אגם מלאווי ומציינת את התרחבותם של מניפות סחף אזוריות בפלייסטוקן המאוחר.הדבר נתמך בנתונים מתיעוד ליבת האגם, המצביעים על כך שקצב השקיעה הגבוה יותר מלווה בכ-240 ka, שערך גבוה במיוחד ב-ca.130 ו-85 קא (טקסט משלים) (21).
העדות המוקדמת ביותר להתיישבות אנושית באזור זה קשורה למשקעי Chitimwe שזוהו ב-~92 ± 7 ka.תוצאה זו מבוססת על 605 מ"ק של משקעים שנחפרו מ-14 חפירות ארכיאולוגיות של בקרת חלל תת-סנטימטר ו-147 מ"ק של משקעים מ-46 בורות בדיקה ארכיאולוגיים, נשלטים אנכית ל-20 ס"מ ונשלטים אופקית עד 2 מטרים (טקסט משלים ואיורים S1 עד S3) בנוסף, סקרנו גם 147.5 קילומטרים, סידרנו 40 בורות בדיקה גיאולוגיים וניתחנו יותר מ-38,000 שרידי תרבות מ-60 מהם (טבלאות S5 ו-S6) (18).חקירות וחפירות נרחבות אלו מצביעות על כך שלמרות שבני אדם קדומים, כולל בני אדם מודרניים מוקדמים, חיו באזור לפני כ-92 קא, הצטברות של משקעים הקשורים לעליית אגם מלאווי ולאחר מכן לייצוב לא שימרה עדויות ארכיאולוגיות עד ליצירת ערוגת צ'יטימוה.
נתונים ארכיאולוגיים תומכים במסקנה כי בשלהי הרבעון, ההתפשטות בצורת מניפה ופעילויות אנושיות בצפון מלאווי התקיימו במספרים גדולים, והשרידים התרבותיים היו שייכים לסוגים של חלקים אחרים של אפריקה הקשורים לבני האדם המודרניים המוקדמים.רוב החפצים עשויים מחלוקי נחל קוורציט או קוורץ, עם הפחתה רדיאלית, לבאלואה, פלטפורמה וליבה אקראית (איור S4).חפצי אבחון מורפולוגיים מיוחסים בעיקר לטכניקה הספציפית לתקופה המזוליתית (MSA) מסוג Levallois, אשר הייתה לפחות כ-315 ka באפריקה עד כה (24).מיטת הצ'יטימווה העליונה נמשכה עד תחילת ההולוקן, והכילה אירועי תקופת האבן המאוחרת בתפוצה דלילה, ונמצאה קשורה לציידים-לקטים של הפלייסטוקן המאוחר וההולוקן ברחבי אפריקה.לעומת זאת, מסורות כלי אבן (כגון כלי חיתוך גדולים) המקושרות בדרך כלל עם הפלייסטוקן התיכון המוקדם הן נדירות.היכן שאלו אכן התרחשו, הם נמצאו במשקעים המכילים MSA בסוף הפלייסטוקן, לא בשלבים הראשונים של השקיעה (טבלה S4) (18).למרות שהאתר היה קיים ב~92 ka, התקופה המייצגת ביותר של פעילות אנושית ותצהיר מניפה סחף התרחשה לאחר ~70 ka, מוגדר היטב על ידי קבוצה של גילאי OSL (איור 2).אישרנו דפוס זה עם 25 גילאי OSL שפורסמו ו-50 שלא פורסמו בעבר (איור 2 וטבלאות S1 עד S3).אלה מצביעים על כך שמתוך סך של 75 קביעות גיל, 70 נמצאו ממשקעים לאחר כ-70 קא.איור 2 מציג את 40 הגילאים הקשורים לממצאי MSA במקום, ביחס לאינדיקטורים הפליאו-סביבתיים העיקריים שפורסמו ממרכז האגן המרכזי MAL05-1B/1C (25) וממרכז האגן הצפוני MAL05-2A שלא פורסם קודם לכן.פחם (צמוד למאוורר המייצר גיל OSL).
באמצעות נתונים טריים מחפירות ארכיאולוגיות של פיטוליתים ומיקרומורפולוגיה של הקרקע, כמו גם נתונים ציבוריים על אבקנים מאובנים, פחם גדול, מאובנים מימיים ומינרלים אותנטיים מליבה של פרויקט קידוח אגם מלאווי, שחזרנו את הקשר האנושי של MSA עם אגם מלאווי.תופסים את תנאי האקלים והסביבה של אותה תקופה (21).שני הסוכנים האחרונים הם הבסיס העיקרי לשחזור עומקי אגם יחסיים המתוארכים ליותר מ-1200 קא (21), והם מותאמים לדגימות אבקה ומקרופחמן שנאספו מאותו מיקום בליבה של ~636 ka (25) בעבר .הליבות הארוכות ביותר (MAL05-1B ו-MAL05-1C; 381 ו-90 מ' בהתאמה) נאספו כ-100 קילומטרים דרומית-מזרחית לשטח הפרויקט הארכיאולוגי.גרעין קצר (MAL05-2A; 41 מ') נאסף כ-25 קילומטרים מזרחית לנהר צפון רוקולו (איור 1).ליבת MAL05-2A משקפת את התנאים הפלאו-סביבתיים היבשתיים באזור קלונגה, בעוד הליבה של MAL05-1B/1C אינה מקבלת קלט ישיר מהנהר מהקלונגה, כך שהיא יכולה לשקף טוב יותר את התנאים האזוריים.
קצב התצהיר שנרשם בליבת המקדחה המרוכבת MAL05-1B/1C התחיל מ-240 ka ועלה מהערך הממוצע לטווח ארוך של 0.24 ל-0.88 מ'/ק"א (איור S5).העלייה הראשונית קשורה לשינויים באור השמש המאופנן במסלול, אשר יגרום לשינויים באמפליטודה גבוהה במפלס האגם במהלך מרווח זה (25).עם זאת, כאשר האקסצנטריות המסלולית יורדת לאחר 85 ka והאקלים יציב, קצב השקיעה עדיין גבוה (0.68 מ'/קא).זה עלה בקנה אחד עם שיא ה-OSL היבשתי, שהראה עדות נרחבת להתרחבות מניפה סחף לאחר כ-92 ka, והיה עקבי עם נתוני הרגישות המראים מתאם חיובי בין שחיקה ואש לאחר 85 ka (טקסט משלים וטבלה S7).לאור טווח השגיאות של הבקרה הגיאכרונולוגית הזמינה, אי אפשר לשפוט אם מערכת יחסים זו מתפתחת באיטיות מהתקדמות התהליך הרקורסי או מתפרצת במהירות כשהיא מגיעה לנקודה קריטית.לפי המודל הגיאופיזי של התפתחות האגן, מאז הפלייסטוקן התיכון (20), הרחבת הבקע ושקיעה קשורה הואטו, כך שזו לא הסיבה העיקרית לתהליך היווצרות המניפה הנרחב שקבענו בעיקר לאחר 92 ka.
מאז הפלייסטוקן התיכון, האקלים היה הגורם השולט העיקרי במפלס המים באגם (26).ספציפית, הרמה של האגן הצפוני סגרה יציאה קיימת.800 ka כדי להעמיק את האגם עד שיגיע לגובה הסף של היציאה המודרנית (21).ממוקם בקצה הדרומי של האגם, מוצא זה סיפק גבול עליון למפלס המים של האגם במרווחי רטיבות (כולל היום), אך אפשר את סגירת האגן כאשר מפלס המים של האגם ירד בתקופות יבשות (27).השחזור של מפלס האגם מראה את המחזורים היבשים והרטובים לסירוגין ב-636 קה שעברו.על פי עדויות מאבקנים מאובנים, תקופות בצורת קיצוניות (הפחתה של יותר מ-95% בסך המים) הקשורות לשמש נמוכה בקיץ הובילו להתרחבות הצמחייה המדברית למחצה, כאשר עצים מוגבלים לנתיבי מים קבועים (27).השפל (האגם) הללו נמצא בקורלציה עם ספקטרום האבקה, מראה שיעור גבוה של עשבים (80% או יותר) וזרופיטים (Amaranthaceae) על חשבון טקסיות עצים ועושר מיני נמוך (25).לעומת זאת, כאשר האגם מתקרב לרמות מודרניות, צמחייה הקשורה באופן הדוק ליערות הרים אפריקאים משתרעת בדרך כלל עד לשפת האגם [כ-500 מ' מעל פני הים].כיום, יערות הרים אפריקאים מופיעים רק בכתמים נפרדים קטנים מעל כ-1500 מ"ז (25, 28).
תקופת הבצורת הקיצונית האחרונה התרחשה בין 104 ל-86 קא.לאחר מכן, למרות שפלס האגם חזר לתנאים גבוהים, יערות מימבו פתוחים עם כמות גדולה של עשבים ומרכיבי עשב הפכו נפוצים (27, 28).טקסת היער ההררית האפריקאית המשמעותית ביותר היא אורן Podocarpus, שמעולם לא התאושש לערך דומה לרמת האגם הגבוהה הקודמת לאחר 85 ka (10.7 ± 7.6% לאחר 85 ka, בעוד שרמת האגם הדומה לפני 85 ka היא 29.8 ± 11.8% ).מדד מרגלף (Dmg) מראה גם שעושר המינים של 85 ka העברים נמוך ב-43% ממפלס האגם הגבוה המתמשך הקודם (2.3 ± 0.20 ו-4.6 ± 1.21, בהתאמה), למשל, בין 420 ל-345 ka ( משלים טקסט ואיורים S5 ו-S6) (25).דגימות אבקה מזמן בערך.88 עד 78 ka מכילים גם אחוז גבוה של אבקה Compositae, מה שיכול להצביע על כך שהצמחייה הופרעה ונמצאת בטווח השגיאה של התאריך העתיק ביותר שבו בני אדם כבשו את האזור.
אנו משתמשים בשיטת חריגות האקלים (29) כדי לנתח את הנתונים הפליאו-אקולוגיים והפלאו-אקולוגיים של ליבות שנקדחו לפני ואחרי 85 ka, ולבחון את הקשר האקולוגי בין צמחייה, שפע מינים ומשקעים והשערה של ניתוק חיזוי האקלים הטהור המוסק.מצב בסיס כונן של ~550 ka.מערכת אקולוגית זו שהשתנתה מושפעת מתנאי משקעים ממלאי אגמים ומשריפות, מה שמתבטא בהיעדר מינים ושילובי צמחייה חדשים.לאחר התקופה היבשה האחרונה, רק חלק ממרכיבי היער התאוששו, כולל הרכיבים העמידים לאש של יערות הרים אפריקאים, כמו שמן זית, והרכיבים העמידים לאש של יערות עונתיים טרופיים, כגון Celtis (טקסט משלים ואיור S5) ( 25).כדי לבדוק השערה זו, דגמנו את רמות המים באגם שנגזרו מאוסטרקוד ותחליפי מינרלים אותנטיים כמשתנים בלתי תלויים (21) ומשתנים תלויים כגון פחם ואבקה שעלולים להיות מושפעים מתדירות שריפה מוגברת (25).
על מנת לבדוק את הדמיון או ההבדל בין השילובים הללו בזמנים שונים, השתמשנו באבקה מפודוקרפוס (עץ ירוק עד), דשא (דשא) וזית (מרכיב עמיד לאש ביערות הרים אפריקאיים) לניתוח קואורדינטות עיקריות (PCoA), ומיומבו (מרכיב החורש העיקרי כיום).על ידי שרטוט PCoA על פני השטח המשולבים המייצגים את מפלס האגם כאשר כל שילוב נוצר, בדקנו כיצד שילוב האבקה משתנה ביחס למשקעים וכיצד הקשר הזה משתנה לאחר 85 ka (איור 3 ואיור S7).לפני 85 ka, הדגימות המבוססות על גרמינאס הצטברו לקראת תנאים יבשים, בעוד שהדגימות המבוססות על podocarpus הצטברו לקראת תנאים רטובים.לעומת זאת, הדגימות לאחר 85 ka מקובצות עם רוב הדגימות לפני 85 ka ובעלות ערכים ממוצעים שונים, מה שמעיד על כך שההרכב שלהן חריג בתנאי משקעים דומים.מיקומם ב-PCoA משקף את ההשפעה של Olea ומיומבו, שניהם מועדפים בתנאים מועדים יותר לשריפה.בדגימות לאחר 85 ka, אורן Podocarpus היה בשפע רק בשלוש דגימות רצופות, שהתרחשו לאחר שהחל המרווח בין 78 ל-79 ka.זה מצביע על כך שלאחר העלייה הראשונית בכמות הגשמים, נראה שהיער התאושש לזמן קצר לפני שהתמוטט סופית.
כל נקודה מייצגת דגימת אבקה בודדת בנקודת זמן נתונה, תוך שימוש בטקסט המשלים ובמודל הגיל באיור 1. S8.הווקטור מייצג את הכיוון והשיפוע של השינוי, ווקטור ארוך יותר מייצג מגמה חזקה יותר.המשטח הבסיסי מייצג את מפלס המים של האגם כמייצג של משקעים;הכחול הכהה גבוה יותר.הערך הממוצע של ערכי תכונות PCoA מסופק עבור הנתונים לאחר 85 ka (יהלום אדום) וכל הנתונים מרמות אגם דומות לפני 85 ka (יהלום צהוב).באמצעות הנתונים של כל 636 ka, "רמת האגם המדומה" היא בין -0.130-σ ל-0.198-σ ליד הערך העצמי הממוצע של רמת האגם PCA.
על מנת לחקור את הקשר בין אבקה, מפלס מי האגם ופחם, השתמשנו בניתוח שונות רב-משתני לא פרמטרי (NP-MANOVA) כדי להשוות את "הסביבה" הכוללת (מיוצגת על ידי מטריצת הנתונים של אבקה, מפלס מי האגם ופחם) לפני כן. ואחרי המעבר 85 ka.מצאנו כי השונות והשונות שנמצאו במטריצת נתונים זו הם הבדלים מובהקים סטטיסטית לפני ואחרי 85 ka (טבלה 1).
הנתונים הפלאו-סביבתיים היבשתיים שלנו מהפיטוליטים והקרקעות בקצה האגם המערבי תואמים את הפרשנות המבוססת על פרוקסי האגם.אלו מצביעים על כך שלמרות מפלס המים הגבוה של האגם, הנוף הפך לנוף הנשלט על ידי אדמת יער חופה פתוחה ושטחי עשב מיוערים, ממש כמו היום (25).כל המיקומים שנותחו לפיתוליטים בקצה המערבי של האגן הם לאחר ~45 ka ומציגים כמות גדולה של כיסוי עץ המשקף תנאים רטובים.עם זאת, הם מאמינים שרוב החיפוי הוא בצורת חורש פתוח המגודל בבמבוק ועשב חרדה.על פי נתוני פיטולית, עצי דקל שאינם עמידים לאש (Aracaceae) קיימים רק על קו החוף של האגם, והם נדירים או נעדרים באתרים ארכיאולוגיים בפנים הארץ (טבלה S8) (30).
באופן כללי, ניתן להסיק תנאים רטובים אך פתוחים בסוף הפליסטוקן גם מפליאוסולים יבשתיים (19).ניתן לאתר חימר לגונה ואדמת ביצות מהאתר הארכיאולוגי של כפר מוואנגנדה ל-40 עד 28 קלוריות BP (כייל בעבר Qian'anni) (טבלה S4).שכבות הקרקע הקרבונטיות במיטת Chitimwe הן בדרך כלל שכבות גירניות נודולריות (Bkm) ושכבות ארגיליות וקרבונטיות (Btk), מה שמעיד על מיקום היציבות הגיאומורפולוגית היחסית וההתיישבות האיטית ממניפת הסחף המרחיקה לכת כ-29 cal ka BP (משלימה). טֶקסט).אדמת הלטריט (סלע ליטי) השחוקה והקשוחה שנוצרה על שרידי מניפות קדומות מעידה על תנאי נוף פתוחים (31) ועל משקעים עונתיים חזקים (32), המעידים על ההשפעה המתמשכת של תנאים אלו על הנוף.
תמיכה בתפקידה של האש במעבר זה מגיעה מרישומי המאקרו המזווגים של פחם פחם של ליבות מקדחה, וזרימת הפחם מהאגן המרכזי (MAL05-1B/1C) עלתה בדרך כלל מכ- בערך.175 קלפים.מספר רב של פסגות עוקבות ביניהם בערך.לאחר 135 ו-175 ka ו-85 ו-100 ka, מפלס האגם התאושש, אך עושר היער והמינים לא התאושש (טקסט משלים, איור 2 ואיור S5).הקשר בין זרימת הפחם והרגישות המגנטית של משקעי אגמים יכול גם להראות דפוסים של היסטוריית שריפות ארוכת טווח (33).השתמש בנתונים של Lyons et al.(34) אגם מלאווי המשיך לכרסם בנוף השרוף לאחר 85 ka, מה שמרמז על מתאם חיובי (Rs = 0.2542 של Spearman ו-P = 0.0002; טבלה S7), בעוד שהמשקעים הישנים יותר מראים את הקשר ההפוך (Rs = -0.2509 ו-P < 0.0001).באגן הצפוני, הליבה הקצרה יותר של MAL05-2A היא בעלת נקודת העיגון העמוקה ביותר לתיארוך, והטוף הצעיר ביותר של טובה הוא ~74 עד 75 ka (35).למרות שאין לו פרספקטיבה לטווח ארוך יותר, הוא מקבל קלט ישירות מהאגן שבו מקור הנתונים הארכיאולוגי.רישומי הפחם של האגן הצפוני מלמדים כי מאז סימן ההצפנה-טפרה של טובא, כמות הפחם הטריגני גדלה בהתמדה במהלך התקופה שבה העדויות הארכיאולוגיות השכיחות ביותר (איור 2B).
עדויות לשריפות מעשה ידי אדם עשויות לשקף שימוש מכוון בקנה מידה נופי, אוכלוסיות נרחבות הגורמות ליותר או יותר הצתות באתר, שינוי בזמינות הדלק על ידי קצירת יערות תת-קרקעיים, או שילוב של פעילויות אלו.ציידים-לקטים מודרניים משתמשים באש כדי לשנות באופן פעיל תגמולים לחיפוש מזון (2).פעילותם מגדילה את שפע הטרף, שומרת על נוף הפסיפס ומגדילה את המגוון התרמי וההטרוגניות של שלבי הרצף (13).האש חשובה גם לפעילויות באתר כגון חימום, בישול, הגנה והתרועעות חברתית (14).אפילו הבדלים קטנים בפריסת האש מחוץ לפגיעות ברק טבעיות יכולים לשנות את דפוסי רצף היער, את זמינות הדלק ואת עונתיות הירי.צמצום כיסוי העצים והעצים התת-קומתיים עלולה להגביר את השחיקה, ואובדן מגוון המינים באזור זה קשור קשר הדוק לאובדן של קהילות יער הרים באפריקה (25).
בתיעוד הארכיאולוגי לפני תחילת ה-MSA, השליטה האנושית באש הייתה מבוססת היטב (15), אך עד כה, השימוש בה ככלי לניהול נוף תועד רק בהקשרים פליאוליתיים בודדים.אלה כוללים בערך באוסטרליה.40 קא (36), היילנד ניו גינאה.45 ka (37) הסכם שלום.50 ka Niah Cave (38) בבורנאו בשפלה.ביבשת אמריקה, כאשר בני האדם נכנסו לראשונה למערכות אקולוגיות אלה, במיוחד ב-20 קא (16), ההצתה המלאכותית נחשבה לגורם העיקרי בקונפיגורציה מחדש של קהילות צמחים ובעלי חיים.מסקנות אלו חייבות להתבסס על ראיות רלוונטיות, אך במקרה של חפיפה ישירה של נתונים ארכיאולוגיים, גיאולוגיים, גיאומורפולוגיים ופליאו-סביבתיים, טיעון הסיבתיות התחזק.למרות שנתוני הליבה הימית של מימי החוף של אפריקה סיפקו בעבר עדויות לשינויי אש בעבר כ-400 קא (9), כאן אנו מספקים עדויות להשפעה אנושית ממערך נתונים ארכיאולוגיים, פליאו-סביבתיים וגיאומורפולוגיים רלוונטיים.
זיהוי שריפות מעשה ידי אדם ברשומות פליאו-סביבתיות דורש הוכחות לפעילות שריפה ושינויים זמניים או מרחביים של הצמחייה, המוכיחות ששינויים אלו אינם צפויים על ידי פרמטרי אקלים בלבד, והחפיפה הזמנית/מרחבית בין שינויים בתנאי השריפה ושינויים בבני אדם. תיעוד (29) כאן, העדות הראשונה לעיסוק נרחב של MSA והיווצרות מניפות סחף באגן אגם מלאווי התרחשה בערך בתחילתו של ארגון מחדש גדול של הצמחייה האזורית.85 קלפים.שפע הפחם בליבת MAL05-1B/1C משקף את המגמה האזורית של ייצור ותצהיר פחם, בכ-150 ka לעומת שאר השיא של 636 ka (איורים S5, S9 ו-S10).מעבר זה מראה את תרומתה החשובה של האש לעיצוב הרכב המערכת האקולוגית, שלא ניתן להסביר על ידי האקלים בלבד.במצבי שריפה טבעית, הצתת ברק מתרחשת בדרך כלל בסוף העונה היבשה (39).עם זאת, אם הדלק יבש מספיק, ניתן להצית שריפות מעשה ידי אדם בכל עת.בקנה מידה של הסצנה, בני אדם יכולים לשנות את האש ללא הרף על ידי איסוף עצי הסקה מתחת ליער.התוצאה הסופית של כל סוג של שריפה מעשה ידי אדם היא שיש לה פוטנציאל לגרום לצריכת צמחייה עצית יותר, הנמשכת לאורך כל השנה ובכל קנה מידה.
בדרום אפריקה, כבר בשנת 164 קא (12), שימשה אש לטיפול בחום באבנים לייצור כלים.כבר בשנת 170 קא (40) שימשה האש ככלי לבישול פקעות עמילניות, תוך שימוש מלא באש בימי קדם.נוף משגשג משאבים (41).שריפות נוף מפחיתות את כיסוי העץ ומהוות כלי חשוב לשמירה על סביבות עשב ושטחי יער, שהן המרכיבים המגדירים של מערכות אקולוגיות בתיווך אדם (13).אם מטרת שינוי התנהגות הצמחייה או הטרף היא להגביר את השריפה מעשה ידי אדם, אזי התנהגות זו מייצגת עלייה במורכבות השליטה והפריסה של האש על ידי בני האדם המודרניים המוקדמים בהשוואה לבני האדם הקדומים, ומראה שהיחסים שלנו עם האש עברו אסון שינוי בתלות ההדדית (7).הניתוח שלנו מספק דרך נוספת להבין את השינויים בשימוש באש על ידי בני אדם בפלייסטוקן המאוחר, ואת ההשפעה של שינויים אלו על הנוף והסביבה שלהם.
התרחבותם של מניפות הסחף המאוחרות של הרבעון באזור קארונגה עשויה לנבוע משינויים במחזור הבעירה העונתי בתנאים של גשם גבוה מהממוצע, מה שמוביל לשחיקה מוגברת של צלע הגבעה.המנגנון של התרחשות זו עשוי להיות התגובה בקנה מידה של פרשת המים המונעת מההפרעה שנגרמה מהשריפה, השחיקה המתגברת והממושכת של החלק העליון של פרשת המים, והתרחבות מניפות הסחף בסביבת פיימונטה ליד אגם מלאווי.תגובות אלו עשויות לכלול שינוי בתכונות הקרקע כדי להפחית את החדירות, להפחית את חספוס פני השטח ולהגדיל את הנגר בגלל השילוב של תנאי משקעים גבוהים וכיסוי עץ מופחת (42).זמינות המשקעים משתפרת בתחילה על ידי קילוף חומר הכיסוי, ועם הזמן, חוזק הקרקע עשוי לרדת עקב חימום וחוזק שורשים מופחת.הפילינג של הקרקע העליונה מגביר את שטף המשקעים, הנקלט בהצטברות בצורת מניפה במורד הזרם ומאיץ היווצרות אדמה אדומה בצורת מניפה.
גורמים רבים יכולים לשלוט בתגובת הנוף לתנאי השריפה המשתנים, רובם פועלים תוך פרק זמן קצר (42-44).האות שאנו משייכים כאן ברור בסולם הזמן של המילניום.ניתוח ומודלים של אבולוציה נופית מראים כי עם ההפרעה בצמחייה הנגרמת על ידי שריפות בר חוזרות ונשנות, שיעור הגירוי השתנה באופן משמעותי בקנה מידה של מילניום (45, 46).היעדר תיעוד מאובנים אזורי העולים בקנה אחד עם השינויים שנצפו בתיעוד של פחם וצמחייה מעכב את שחזור ההשפעות של התנהגות אנושית ושינויים סביבתיים על הרכב קהילות אוכלי עשב.עם זאת, אוכלי עשב גדולים המאכלסים נופים פתוחים יותר ממלאים תפקיד בשמירה עליהם ובמניעת פלישת צמחיית עצים (47).אין לצפות עדויות לשינויים במרכיבים שונים של הסביבה להתרחש בו-זמנית, אלא יש לראות בהן סדרה של השפעות מצטברות שעלולות להתרחש לאורך תקופה ארוכה (11).באמצעות שיטת חריגות האקלים (29), אנו רואים בפעילות אנושית גורם מניע מרכזי בעיצוב הנוף של צפון מלאווי במהלך הפלייסטוקן המאוחר.עם זאת, השפעות אלו עשויות להתבסס על המורשת המוקדמת והפחות ברורה של אינטראקציות בין אדם לסביבה.שיא הפחם שהופיע בתיעוד הפליאו-סביבתי לפני התאריך הארכיאולוגי המוקדם ביותר עשוי לכלול מרכיב אנתרופוגני שאינו גורם לאותם שינויים במערכת האקולוגית כפי שתועדו מאוחר יותר, ואינו כרוך במשקעים המספיקים כדי להצביע בביטחון על עיסוק אנושי.
ליבות משקעים קצרות, כמו אלו מאגן אגם מסוקו הסמוך בטנזניה, או ליבות המשקעים הקצרות יותר באגם מלאווי, מראים ששפע האבקה היחסי של טקסיות עשב ויערות השתנה, מה שמיוחס ל-45 השנים האחרונות.שינוי האקלים הטבעי של קה (48-50).עם זאת, רק תצפית ארוכת טווח על תיעוד האבקה של אגם מלאווי >600 קא, יחד עם הנוף הארכיאולוגי עתיק היומין שלידו, אפשר להבין את האקלים, הצמחייה, הפחם והפעילויות האנושיות.למרות שסביר להניח שבני אדם יופיעו בחלק הצפוני של אגן אגם מלאווי לפני 85 ka, כ-85 ka, במיוחד אחרי 70 ka, מצביעים על כך שהאזור אטרקטיבי למגורי אדם לאחר סיום תקופת הבצורת הגדולה האחרונה.בשלב זה, השימוש החדש או האינטנסיבי/תכוף יותר באש על ידי בני אדם משולב כמובן עם שינויי אקלים טבעיים כדי לשחזר את הקשר האקולוגי> 550-ka, ולבסוף יצר את הנוף המלאכותי הקדום שלפני החקלאות (איור 4).בניגוד לתקופות קודמות, אופיו המשקע של הנוף משמר את אתר ה-MSA, שהוא פונקציה של הקשר הרכורסיבי בין הסביבה (חלוקת משאבים), התנהגות אנושית (דפוסי פעילות) והפעלת מניפה (תצהיר/קבורה באתר).
(א) בערך.400 ka: לא ניתן לזהות בני אדם.תנאי הלחות דומים להיום, ומפלס האגם גבוה.כיסוי עץ מגוון, שאינו עמיד בפני אש.(ב) כ-100 קא: אין תיעוד ארכיאולוגי, אך ניתן לזהות נוכחות של בני אדם באמצעות זרם של פחם.תנאים יבשים במיוחד מתרחשים בקווי מים יבשים.הסלע חשוף בדרך כלל ומשקעי פני השטח מוגבלים.(ג) בערך 85 עד 60 ka: מפלס המים של האגם עולה עם עליית המשקעים.ניתן לגלות את קיומם של בני אדם באמצעות ארכיאולוגיה לאחר 92 ka, ואחרי 70 ka, שריפת הרמות הגבוהות והרחבת מניפות הסחף.נוצרה מערכת צמחייה פחות מגוונת ועמידה בפני אש.(ד) כ-40 עד 20 קא: כמות הפחם הסביבתית באגן הצפוני גדלה.היווצרותם של אוהדי סחף נמשכה, אך החלה להיחלש בסוף תקופה זו.בהשוואה לשיא הקודם של 636 קא, מפלס האגם נשאר גבוה ויציב.
האנתרופוקן מייצג הצטברות של התנהגויות בונות נישה שפותחו במשך אלפי שנים, וקנה המידה שלו ייחודי להומו סאפיינס המודרני (1, 51).בהקשר המודרני, עם כניסתה של החקלאות, נופים מעשה ידי אדם ממשיכים להתקיים ולהתעצם, אך הם הרחבות של דפוסים שנקבעו במהלך הפלייסטוקן, ולא ניתוקים (52).נתונים מצפון מלאווי מראים שתקופת המעבר האקולוגית יכולה להיות ממושכת, מסובכת וחוזרת על עצמה.קנה מידה זה של טרנספורמציה משקף את הידע האקולוגי המורכב של בני האדם המודרניים המוקדמים וממחיש את הפיכתם למין הדומיננטי הגלובלי שלנו כיום.
על פי הפרוטוקול המתואר על ידי Thompson וחב', חקירה ורישום באתר של חפצים ומאפיינים של אבן מרוצף על שטח הסקר.(53).מיקום בור הבדיקה וחפירת האתר הראשי, כולל מיקרומורפולוגיה ודגימת פיטולית, פעלו לפי הפרוטוקול שתואר על ידי Thompson et al.(18) ו-Wright et al.(19).מפת מערכת המידע הגיאוגרפית שלנו (GIS) המבוססת על מפת הסקר הגיאולוגי של מלאווי של האזור מראה מתאם ברור בין מיטות Chitimwe ואתרים ארכיאולוגיים (איור S1).המרווח בין בורות הבדיקה הגיאולוגיים והארכאולוגיים באזור Karonga הוא ללכוד את המדגם המייצג הרחב ביותר (איור S2).הגיאומורפולוגיה, הגיל הגיאולוגי והסקרים הארכיאולוגיים של Karonga כוללים ארבע שיטות סקר שטח עיקריות: סקרי הולכי רגל, בורות בדיקה ארכיאולוגיים, בורות בדיקה גיאולוגיים וחפירות מפורטות באתר.יחד, טכניקות אלו מאפשרות דגימה של החשיפה העיקרית של מיטת Chitimwe בצפון, מרכז ודרום של Karonga (איור S3).
החקירה וההקלטה באתר של חפצים ומאפיינים מרוצפים בשטח סקר הולכי הרגל פעלו לפי הפרוטוקול שתואר על ידי Thompson et al.(53).לגישה זו שתי מטרות עיקריות.הראשון הוא לזהות את המקומות שבהם שרידי התרבות נשחקו, ולאחר מכן להציב בורות בדיקה ארכיאולוגיים במעלה המקומות הללו כדי לשחזר את שרידי התרבות באתרם מהסביבה הקבורה.המטרה השנייה היא לתעד רשמית את התפלגות החפצים, המאפיינים שלהם והקשר שלהם עם המקור של חומרי האבן הסמוכים (53).בעבודה זו, צוות של שלושה אנשים הלך במרחק של 2 עד 3 מטרים במשך סך של 147.5 קילומטרים לינאריים, תוך שהוא חוצה את רוב מיטות הצ'יטימוה המצוירות (טבלה S6).
העבודה התמקדה תחילה במיטות Chitimwe כדי למקסם את דגימות החפצים שנצפו, ושנית התמקדה בקטעים ליניאריים ארוכים מחוף האגם ועד לרמות הגבוהות שחתכו יחידות משקע שונות.זה מאשר תצפית מרכזית לפיה החפצים הממוקמים בין הרמות המערביות לשפת האגם קשורים רק למצע צ'יטימוה או למשקעים מאוחרים יותר של הפלייסטוקן וההולוקן.חפצי האמנות המצויים במרבצים אחרים נמצאים מחוץ לאתר, הועברו ממקומות אחרים בנוף, כפי שניתן לראות משפעם, גודלם ומידת הבלייה שלהם.
בור הבדיקה הארכיאולוגי במקום וחפירת האתר הראשי, כולל מיקרומורפולוגיה ודגימת פיטולית, פעלו לפי הפרוטוקול שתואר על ידי Thompson et al.(18, 54) ו-Wright et al.(19, 55).המטרה העיקרית היא להבין את התפוצה התת-קרקעית של חפצים ומשקעים בצורת מניפה בנוף הגדול יותר.חפצים קבורים בדרך כלל עמוק בכל המקומות בערוגות Chitimwe, למעט הקצוות, שם החלה שחיקה להסיר את החלק העליון של המשקעים.במהלך החקירה הבלתי רשמית, שני אנשים חלפו על פני מיטות צ'יטימווה, שהוצגו כמאפייני מפה במפה הגיאולוגית של ממשלת מלאווי.כאשר אנשים אלה נתקלו בכתפי המשקע של מיטת Chitimwe, הם החלו ללכת לאורך הקצה, שם יכלו לראות את החפצים שנשחקו מהמשקעים.על ידי הטיה קלה של החפירות כלפי מעלה (3 עד 8 מ') מהממצאים הנשחקים באופן פעיל, החפירה יכולה לחשוף את מיקומם באתרם ביחס למשקעים המכילים אותם, ללא צורך בחפירה נרחבת לרוחב.בורות הבדיקה ממוקמים כך שהם נמצאים במרחק של 200 עד 300 מטרים מהבור הקרוב ביותר, ובכך לוכדים שינויים במשקעי מיטת Chitimwe ובחפצים שהוא מכיל.בחלק מהמקרים נחשף בבור הבדיקה אתר שהפך מאוחר יותר לאתר חפירה בקנה מידה מלא.
כל בורות הבדיקה מתחילים בריבוע של 1 × 2 מ', פונים מצפון לדרום, ונחפרים ביחידות שרירותיות של 20 ס"מ, אלא אם כן הצבע, המרקם או התוכן של המשקעים משתנים באופן משמעותי.רשום את המשקעים ותכונות הקרקע של כל המשקעים שנחפרו, העוברים באופן שווה דרך מסננת יבשה של 5 מ"מ.אם עומק התצהיר ממשיך לעלות על 0.8 עד 1 מ', יש להפסיק את החפירה באחד משני המטרים הרבועים ולהמשיך לחפור בשני, ובכך ליצור "מדרגה" כך שתוכל להיכנס בבטחה לשכבות עמוקות יותר.לאחר מכן המשיכו לחפור עד שמגיעים לסלע האם, לפחות 40 ס"מ של משקעים סטריליים ארכיאולוגית נמצאים מתחת לריכוז החפצים, או שהחפירה הופכת לא בטוחה (עמוקה) מכדי להמשיך.במקרים מסוימים, עומק התצהיר צריך להאריך את בור הבדיקה למטר רבוע שלישי ולהיכנס לתעלה בשני שלבים.
בורות בדיקה גיאולוגיים הראו בעבר כי מיטות Chitimwe מופיעות לעתים קרובות במפות גיאולוגיות בגלל צבען האדום הייחודי.כאשר הם כוללים נחלים נרחבים ומשקעי נהרות, ומשקעי מניפות סחף, הם לא תמיד נראים אדומים (19).גיאולוגיה בור הניסוי נחפר כבור פשוט שנועד להסיר את המשקעים העליונים המעורבים כדי לחשוף את השכבות התת-קרקעיות של המשקעים.זה הכרחי מכיוון שמיטת Chitimwe נשחקת לצלע גבעה פרבולית, ועל המדרון יש משקעים שקרסו, שלרוב אינם יוצרים חלקים טבעיים ברורים או חתכים.לפיכך, חפירות אלו נערכו על ראש אפיק צ'יטימוה, ככל הנראה היה מגע תת-קרקעי בין ערוגת צ'יטימוה לאפיק צ'יוונדו הפליוקן למטה, או שהן התרחשו במקום בו היה צורך לתארך את משקעי טרסת הנהר (55).
חפירות ארכיאולוגיות בקנה מידה מלא מתבצעות במקומות המבטיחים מספר רב של מכלולי כלי אבן במקום, לרוב על בסיס בורות בדיקה או מקומות בהם ניתן לראות מספר רב של שרידי תרבות נשחקים מהמדרון.שרידי התרבות העיקריים שנחפרו נמצאו מיחידות משקע שנחפרו בנפרד בריבוע של 1×1 מ'.אם צפיפות החפצים גבוהה, יחידת החפירה היא פיה של 10 או 5 ס"מ.כל מוצרי האבן, עצמות מאובנים ואוקר צוירו במהלך כל חפירה גדולה, ואין הגבלת גודל.גודל המסך הוא 5 מ"מ.אם יתגלו שרידי תרבות בתהליך החפירה, יוקצה להם מספר תגלית רישום ברקוד ייחודי, ומספרי התגלית באותה סדרה יוקצו לתגליות המסוננות.שרידי התרבות מסומנים בדיו קבועה, מונחים בשקיות עם תוויות דגימות, ונארזים יחד עם שרידי תרבות אחרים מאותו רקע.לאחר ניתוח, כל שרידי התרבות מאוחסנים במרכז התרבות והמוזיאון של קרונגה.
כל החפירות מתבצעות לפי שכבות טבעיות.אלה מחולקים ליריקות, ועובי הרוק תלוי בצפיפות החפץ (לדוגמה, אם צפיפות החפץ נמוכה, עובי הירוק יהיה גבוה).נתוני רקע (לדוגמה, מאפייני משקעים, יחסי רקע ותצפיות של הפרעות וצפיפות חפצים) נרשמים במסד הנתונים של Access.כל נתוני הקואורדינטות (לדוגמה, ממצאים מצוירים בקטעים, גובה הקשר, פינות מרובעות ודגימות) מבוססים על קואורדינטות Universal Transverse Mercator (UTM) (WGS 1984, Zone 36S).באתר הראשי, כל הנקודות מתועדות באמצעות תחנת טוטאלית מסדרת Nikon Nivo C בגודל 5 אינץ', הבנויה על רשת מקומית קרוב ככל האפשר לצפון UTM.מיקום הפינה הצפון מערבית של כל אתר חפירה ומיקום כל אתר חפירה כמות המשקעים מובאת בטבלה S5.
הקטע של מאפייני משקעים ומדעי הקרקע של כל היחידות שנחפרו תועד באמצעות תוכנית מחלקת החקלאות של ארצות הברית (56).יחידות משקעים מוגדרות על סמך גודל גרגר, זוויתיות ומאפייני מצעים.שימו לב לתכלילים וההפרעות החריגות הקשורות ליחידת המשקעים.התפתחות הקרקע נקבעת על ידי הצטברות של ססקוויאוקסיד או קרבונט באדמה תת-קרקעית.בליה תת קרקעית (לדוגמה, חיזור, היווצרות שאריות של גושי מנגן) נרשמת לעתים קרובות גם כן.
נקודת האיסוף של דגימות OSL נקבעת על בסיס אומדן אילו חזיתות עשויות להפיק את ההערכה המהימנה ביותר של גיל הקבורה של המשקעים.במקום הדגימה נחפרו תעלות כדי לחשוף את שכבת המשקע האותיגנית.אסוף את כל הדגימות המשמשות לתיארוך OSL על ידי הכנסת צינור פלדה אטום (בערך 4 ס"מ קוטר וכ-25 ס"מ אורך) לתוך פרופיל המשקעים.
תיארוך OSL מודד את גודל קבוצת האלקטרונים הכלואים בגבישים (כגון קוורץ או פלדספאר) עקב חשיפה לקרינה מייננת.רוב הקרינה הזו מגיעה מהתפרקות איזוטופים רדיואקטיביים בסביבה, וכמות קטנה של רכיבים נוספים בקווי רוחב טרופיים מופיעה בצורה של קרינה קוסמית.האלקטרונים הנלכדים משתחררים כאשר הגביש נחשף לאור, המתרחש במהלך הובלה (אירוע איפוס) או במעבדה, שם התאורה מתרחשת על חיישן שיכול לזהות פוטונים (לדוגמה, צינור פוטו-מכפיל או מצלמה עם טעונה התקן צימוד) החלק התחתון פולט כאשר האלקטרון חוזר למצב הקרקע.חלקיקי קוורץ בגודל שבין 150 ל-250 מיקרומטר מופרדים על ידי סינון, טיפול בחומצה והפרדת צפיפות, ומשמשים כמנות קטנות (<100 חלקיקים) המותקנות על פני צלחת אלומיניום או קדחו לתוך באר בגודל 300 על 300 מ"מ. חלקיקים מנותחים על מחבת אלומיניום.המינון הקבור מוערך בדרך כלל באמצעות שיטת התחדשות מנה בודדת (57).בנוסף להערכת מינון הקרינה המתקבל בדגנים, תיארוך OSL דורש גם הערכת קצב המינון על ידי מדידת ריכוז הרדיונוקלידים במשקע הדגימה שנאספה באמצעות ספקטרוסקופיה של גמא או ניתוח הפעלת נויטרונים, וקביעת דגימת הייחוס של המינון הקוסמי מיקום ועומק של קְבוּרָה.קביעת הגיל הסופית מושגת על ידי חלוקת מנת הקבורה בשיעור המינון.עם זאת, כאשר ישנו שינוי במינון הנמדד על ידי גרגר בודד או קבוצת גרגרים, יש צורך במודל סטטיסטי כדי לקבוע את המינון המתאים לקבור לשימוש.המינון הקבור מחושב כאן באמצעות מודל העידן המרכזי, במקרה של תיארוך מנה בודדת, או במקרה של תיארוך חלקיק בודד, באמצעות מודל תערובת סופית (58).
שלוש מעבדות עצמאיות ביצעו ניתוח OSL עבור מחקר זה.השיטות הפרטניות המפורטות עבור כל מעבדה מוצגות להלן.באופן כללי, אנו משתמשים בשיטת המינון הרנרטיבי כדי ליישם תיארוך OSL למנות קטנות (עשרות גרגרים) במקום להשתמש בניתוח גרגר בודד.הסיבה לכך היא שבמהלך ניסוי הצמיחה המתחדשת, שיעור ההתאוששות של מדגם קטן נמוך (<2%), ואות ה-OSL אינו רווי ברמת האות הטבעי.העקביות הבין-מעבדתית של קביעת גיל, העקביות של התוצאות בתוך ובין הפרופילים הסטרטיגרפיים שנבדקו, והעקביות עם הפרשנות הגיאומורפולוגית של עידן 14C של סלעי קרבונט הם הבסיס העיקרי להערכה זו.כל מעבדה העריכה או יישמה הסכם דגן בודד, אך קבעה באופן עצמאי שהוא אינו מתאים לשימוש במחקר זה.השיטות המפורטות ופרוטוקולי הניתוח שלאחריהן כל מעבדה מסופקים בחומרים ובשיטות המשלימים.
חפצי אבן שהתגלו מחפירות מבוקרות (BRU-I; CHA-I, CHA-II ו-CHA-III; MGD-I, MGD-II ו-MGD-III; ו-SS-I) מבוססים על המערכת המטרית והאיכות מאפיינים.מדוד את המשקל והגודל המרבי של כל חלק עבודה (באמצעות משקל דיגיטלי למדידת המשקל הוא 0.1 גרם; שימוש בקליפר דיגיטלי של Mitutoyo למדידת כל הממדים הוא 0.01 מ"מ).כל שרידי התרבות מסווגים גם לפי חומרי גלם (קוורץ, קוורציט, צור וכו'), גודל גרגיר (דק, בינוני, גס), אחידות גודל גרגיר, צבע, סוג וכיסוי קליפת המוח, בליה/עיגול קצה וציון טכני (שלם או מקוטע) ליבות או נתזים, נתזים/חתיכות פינות, אבני פטיש, רימונים ואחרים).
הליבה נמדדת לאורכה המרבי;רוחב מקסימלי;הרוחב הוא 15%, 50% ו-85% מהאורך;עובי מקסימלי;העובי הוא 15%, 50% ו-85% מהאורך.מדידות בוצעו גם כדי להעריך את מאפייני הנפח של ליבת הרקמות ההמיספריות (רדיאלי ו-Levallois).גם ליבות שלמות ושבורות מסווגות לפי שיטת האיפוס (פלטפורמה אחת או רב-פלטפורמה, רדיאלית, Levallois וכו'), וצלקות מתקלפות נספרות ב-≥15 מ"מ ו-≥20% מאורך הליבה.ליבות עם 5 או פחות צלקות של 15 מ"מ מסווגות כ"אקראי".הכיסוי הקורטיקלי של כל משטח הליבה נרשם, והכיסוי הקורטיקלי היחסי של כל צד מתועד על הליבה של הרקמה ההמיספרית.
הסדין נמדד לאורכו המרבי;רוחב מקסימלי;הרוחב הוא 15%, 50% ו-85% מהאורך;עובי מקסימלי;העובי הוא 15%, 50% ו-85% מהאורך.תאר את השברים לפי החלקים הנותרים (פרוקסימלי, אמצעי, דיסטלי, מפוצל מימין ומפוצל משמאל).ההתארכות מחושבת על ידי חלוקת האורך המרבי ברוחב המרבי.מדוד את רוחב הפלטפורמה, עובי וזווית הפלטפורמה החיצונית של הפרוסה השלמה ושברי הפרוסות הפרוקסימליות, וסווגו את הבמות לפי מידת ההכנה.רשום כיסוי קליפת המוח והמיקום על כל הפרוסות והשברים.הקצוות הדיסטליים מסווגים לפי סוג הסיום (נוצה, ציר ומזלג עליון).על הפרוסה השלמה, רשום את מספר וכיוון הצלקת בפרוסה הקודמת.כאשר נתקלים בו, רשמו את מיקום השינוי ואת הפולשנות בהתאם לפרוטוקול שנקבע על ידי Clarkson (59).עבור רוב שילובי החפירה הופעלו תוכניות שיפוץ להערכת שיטות שיקום ושלמות התצהיר באתר.
חפצי האבן שהתגלו מבורות הבדיקה (CS-TP1-21, SS-TP1-16 ו-NGA-TP1-8) מתוארים לפי תכנית פשוטה יותר מחפירה מבוקרת.עבור כל חפץ נרשמו המאפיינים הבאים: חומר גלם, גודל חלקיקים, כיסוי קליפת המוח, דרגת גודל, נזקי בליה/קצה, רכיבים טכניים ושימור שברים.הערות תיאוריות עבור מאפייני האבחון של הפתיתים והליבות נרשמות.
גושי משקעים שלמים נחתכו מקטעים חשופים בחפירות ובתעלות גיאולוגיות.אבנים אלה תובעו באתר באמצעות תחבושות גבס או נייר טואלט וסרט אריזה, ולאחר מכן הועברו למעבדה הגיאולוגית לארכיאולוגיה של אוניברסיטת טובינגן בגרמניה.שם, הדגימה מיובשת ב-40 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות לפחות.לאחר מכן הם מתרפאים תחת ואקום, תוך שימוש בתערובת של שרף פוליאסטר לא מקודם וסטירן ביחס של 7:3.מי חמצן מתיל אתיל קטון משמש כזרז, תערובת שרף-סטירן (3 עד 5 מ"ל/ליטר).לאחר שתערובת השרף הפכה לג'ל, חממו את המדגם ב-40 מעלות צלזיוס למשך 24 שעות לפחות כדי להקשיח לחלוטין את התערובת.השתמשו במסור אריחים כדי לחתוך את המדגם המוקשה לחתיכות בגודל 6 × 9 ס"מ, הדביקו אותם על שקף זכוכית וטחנו אותם לעובי של 30 מיקרומטר.הפרוסות שהתקבלו נסרקו באמצעות סורק שטוח, ונותחו באמצעות אור מקוטב מישורי, אור מקוטב צולב, אור אלכסוני ואלכסוני וקרינה כחולה בעין בלתי מזוינת ובהגדלה (×50 עד ×200).הטרמינולוגיה והתיאור של חלקים דקים עוקבים אחר ההנחיות שפורסמו על ידי Stoops (60) ו-Courty et al.(61).גושי הקרבונט היוצרים אדמה שנאספו מעומק של> 80 ס"מ נחתכים לשניים כך שניתן להספוג את מחציתם ולבצע אותם בפרוסות דקות (4.5 × 2.6 ס"מ) באמצעות מיקרוסקופ סטריאו סטנדרטי ומיקרוסקופ פטרוגרפי ומיקרוסקופ מחקר קתודולומינסנציה (CL) .השליטה בסוגי קרבונט היא זהירה מאוד, מכיוון שהיווצרות קרבונט יוצר קרקע קשורה למשטח היציב, בעוד שהיווצרות קרבונט מי תהום אינה תלויה במשטח או בקרקע.
דגימות נקדחו מהמשטח החתוך של גושי הקרבונט היוצרים אדמה וחוצצו בחצי לניתוחים שונים.FS השתמשה במיקרוסקופים הסטריאו והפטרוגרפיים הסטנדרטיים של קבוצת העבודה הגיאוארכאולוגית ובמיקרוסקופ CL של קבוצת העבודה הניסויית של מינרלוגיה כדי לחקור את הפרוסות הדקות, שניהם ממוקמים בטובינגן, גרמניה.תת-דגימות התיארוך הרדיו-פחמן נקדחו באמצעות מקדחות מדויקות מאזור ייעודי בן כ-100 שנה.המחצית השנייה של הגושים בקוטר 3 מ"מ כדי למנוע אזורים עם התגבשות מאוחרת, תכלילים עשירים במינרלים או שינויים גדולים בגודל גבישי הקלציט.לא ניתן לעקוב אחר אותו פרוטוקול עבור דגימות MEM-5038, MEM-5035 ו-MEM-5055 A.דגימות אלו נבחרות מתוך דגימות משקעים רופפות והן קטנות מכדי לחתוך אותן לשניים לצורך חתך דק.עם זאת, מחקרים בחתך דק בוצעו על הדגימות המיקרומורפולוגיות המתאימות של משקעים סמוכים (כולל גושים קרבונטיים).
הגשנו דגימות תיארוך 14C למרכז לחקר איזוטופים יישומי (CAIS) באוניברסיטת ג'ורג'יה, אתונה, ארה"ב.דגימת הקרבונט מגיבה עם 100% חומצה זרחתית בכלי תגובה מפונה ליצירת CO2.טיהור בטמפרטורה נמוכה של דגימות CO2 ממוצרי תגובה אחרים והמרה קטליטית לגרפיט.היחס של גרפיט 14C/13C נמדד באמצעות ספקטרומטר מסה מאיץ 0.5 MeV.השווה את יחס הדגימה ליחס שנמדד עם תקן חומצה אוקסלית I (NBS SRM 4990).שיש קררה (IAEA C1) משמש כרקע, וטרוורטין (IAEA C2) משמש כתקן משני.התוצאה מבוטאת כאחוז מהפחמן המודרני, והתאריך הלא מכויל המצוטט ניתן בשנות פחמן רדיואקטיביות (שנות BP) לפני 1950, תוך שימוש בזמן מחצית חיים של 14C של 5568 שנים.השגיאה מצוטטת כ-1-σ ומשקפת שגיאה סטטיסטית וניסיונית.בהתבסס על ערך δ13C שנמדד על ידי ספקטרומטריית מסה של יחס איזוטופ, C. Wissing מהמעבדה לביוגאולוגיה בטובינגן, גרמניה, דיווח על תאריך חלוקת האיזוטופים, למעט UGAMS-35944r שנמדד ב-CAIS.דגימה 6887B נותחה בשני עותקים.לשם כך, קדחו תת-דגימה שנייה מהגוש (UGAMS-35944r) מאזור הדגימה המצוין על משטח החיתוך.עקומת הכיול INTCAL20 (טבלה S4) (62) המיושמת בחצי הכדור הדרומי שימשה לתיקון השבר האטמוספרי של כל הדגימות ל-14C עד 2-σ.