近日，中國科學(xué)院海洋研究所萬世明團隊在《美國國家科學(xué)院院刊》（PNAS,Proceedings of the National Academy of Sciences）發(fā)表了題為“Onset of extensive human fire use 50,000 y ago”的重要研究成果。該研究基于海洋沉積物中的黑碳記錄重建了過去30萬年以來東亞北部的古火演化歷史，結(jié)合歐洲、東亞、東南亞及澳大利亞區(qū)域的記錄以及考古遺址大數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)現(xiàn)代人類的大規(guī)模用火始于約5萬年前。
圖1?研究站位IODP U1429、火與東亞季風(fēng)氣候的關(guān)系及晚更新世人類走出非洲的路線
火是地球生態(tài)系統(tǒng)中的一種自然現(xiàn)象，其存在可追溯至志留紀(jì)時期，對植被的演化進(jìn)程、動物的行為模式以及地表碳循環(huán)過程均產(chǎn)生了極為深遠(yuǎn)的影響。在長達(dá)數(shù)億年的漫長歲月里，火的發(fā)生主要受到植被分布、溫度變化和干濕狀況等生物因素與氣候因素的共同制約。然而，自第四紀(jì)伊始，人類逐漸掌握了用火技術(shù)并開始頻繁使用火，進(jìn)而成為影響火活動發(fā)生與蔓延的重要因素。考古學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，人類最早的用火記錄可追溯至約170萬年前。火在人類進(jìn)化歷程中發(fā)揮了間接的推動作用，它改善了早期人類的飲食結(jié)構(gòu)，助力他們適應(yīng)寒冷的氣候環(huán)境，并為抵御野生動物的侵襲提供了有效保護(hù)。與此同時，火的使用還促進(jìn)了人類制作工具技術(shù)的進(jìn)步與發(fā)展?？脊艑W(xué)與遺傳學(xué)證據(jù)表明，自中更新世以來，不同人類群體之間的頻繁互動與交流，可能推動了用火技術(shù)的復(fù)雜化，同時也促使人類用火頻率的增加。當(dāng)前，針對人類用火歷史的研究主要依賴于考古遺址的發(fā)掘與分析。然而，由于考古遺址分布較為分散，且年代框架存在間斷性，這給獲取人類用火歷史的連續(xù)、高分辨率記錄帶來了巨大挑戰(zhàn)。因此，關(guān)于人類究竟何時開始大規(guī)模用火的問題，目前仍難以給出確切的答案。
圖2?30萬年以來東亞古火演化歷史及其與季風(fēng)氣候和人類活動的聯(lián)系
黑碳是生物質(zhì)及化石燃料燃燒過程中所生成的一系列含碳化合物的統(tǒng)稱。鑒于其芳香族結(jié)構(gòu)具備高度穩(wěn)定性，黑碳能夠在沉積環(huán)境中得以長期留存。以大河作為主要沉積物源區(qū)的邊緣海，其沉積物中的黑碳很大程度上能夠反映大陸尺度的火活動狀況。尤為關(guān)鍵的是，大河流域是人類文明孕育與發(fā)展的重要區(qū)域，人類在河流流域內(nèi)的火活動所產(chǎn)生的信號，能夠被黑碳記錄下來并最終被輸送至邊緣海中沉積下來?；诖?，本研究依托來自東海東北部國際綜合大洋鉆探計劃（IODP）U1429站位沉積物中的黑碳記錄（圖1），成功重建了過去30萬年以來東亞北部的古火演化歷史。
研究結(jié)果顯示，在30萬至5萬年前這一時段內(nèi)，東亞季風(fēng)氣候是主導(dǎo)古火演化的關(guān)鍵因素，冷干氣候時期火活動更強，暖濕期則較弱。然而，自5萬年前至今，火強度出現(xiàn)了大幅升高的現(xiàn)象，呈現(xiàn)出與季風(fēng)氣候脫耦的趨勢。這一變化正好對應(yīng)了東亞地區(qū)人口的急劇擴張時期，表明人類大規(guī)模用火所產(chǎn)生的顯著影響（圖2）。研究進(jìn)一步對全球其他區(qū)域的古火證據(jù)進(jìn)行了綜合對比，發(fā)現(xiàn)5萬年前在歐洲、東南亞以及巴布亞新幾內(nèi)亞-澳大利亞等地區(qū)，均出現(xiàn)了火強度急劇升高的現(xiàn)象（圖3）。研究認(rèn)為，5萬年前的冰期，現(xiàn)代人類開啟了第二次走出非洲的遷徙歷程。冰期海平面下降，印太暖池區(qū)大面積的陸架出露為陸地，雨林屏障作用減弱，使得人類在不到一萬年的時間里就迅速擴散至東亞、東南亞乃至澳大利亞（圖3）。人口的急劇擴張極大地促進(jìn)了用火頻率的上升。此外，冰期氣候寒冷，食物資源相對匱乏，人類對用火的需求也隨之大幅增加。這些因素最終共同促成了5萬年前人類開始大規(guī)模用火的關(guān)鍵時間節(jié)點。這也進(jìn)一步表明，人類可能在末次冰期就已經(jīng)通過用火在全球碳循環(huán)演變中留下了深刻的印記。
圖3?五萬年前人類開始大規(guī)模用火的記錄及現(xiàn)代人類擴張路線
論文第一作者為中國科學(xué)院海洋研究所博士生姜壽恕和副研究員趙德博，通訊作者為趙德博副研究員和萬世明研究員。該研究獲得了國家自然科學(xué)基金項目、中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項、國家重點研發(fā)計劃等的聯(lián)合資助。
