20만년 동안 동아프리카의 수위기후 변화는 초기 인류 분산에 영향

수위기후

기후 및 환경 조건의 재건은 아프리카 안팎의 초기 인간 분산에 영향을 미친 요인에 대한 현재의 논쟁에 기여할 수 있습니다. 여기에서 우리는 에티오피아 남부 열곡의 지각 구조 호수 분지인 Chew Bahir에서 20만년 다중 프록시 고기후 기록을 분석합니다. 우리의 기록은 두 가지 기후 변화 모드를 보여줍니다. 둘 다 시간적으로나 지역적으로 특정 유형의 인간 행동과 관련이 있습니다. 첫 번째는 20만년에서 6만년 전 사이에 세차에 의한 건습 사이클에 의해 조절된 더 큰 건조로 향하는 장기적 경향입니다. 여기에서 더 유리한 습한 환경 조건은 새로운 영역으로의 장거리 인간 확장을 촉진했을 수 있는 반면 덜 유리한 건조 기간은 지역 인구의 공간적 수축과 고립으로 이어질 수 있습니다. 6만년 전 이후 관측된 기후 변화의 두 번째 모드는 천년에서 백년 규모의 Dansgaard-Oeschger 주기 및 Heinrich 이벤트를 모방합니다. 우리는 인간 인구가 산지와 저지대 서식지 사이에 지역적으로 분산되어 이러한 짧은 기후 변동에 반응했을 수 있다고 가정합니다.

 

동아프리카 수위기후의 변화와 초기 인류 분산

아프리카 안팎에서 호모 사피엔스의 이동과 분산에 대한 이유는 여전히 논쟁의 여지가 있습니다. 최근 아프리카의 여러 지역에서 315~75 ka 사이의 인간 화석 및 관련 석기 발견으로 가설된 다지역 기원 및 발달에 대한 활발한 토론이 시작되었습니다. 아프리카 내 호모 사피엔스 가설에는 적절하고 상호 연결된 서식지의 일시적 이용 가능성이 포함되며, 이는 우리 종의 성공과 필수 개체군을 형성하기에 충분한 자원을 제공합니다. 따라서 인간의 기원, 피난처 및 분산을 이해하는 것은 시간과 공간에서 기후 및 환경 조건의 정확한 재구성에 달려 있습니다. 오늘날 동부 아프리카의 기후는 3~4주 시차가 있는 태양의 천정을 따라 열대 우림대(TRB)의 연간 이동에 의해 제어됩니다. 이 집중적 일사량은 서아프리카(WAM) 몬순과 남아시아(인도) 몬순의 영향으로 변조된 중간 규모의 대류 시스템(MSC)을 형성하여 단봉에서 삼봉 강우 분포를 유발합니다. 연간 시간 규모에서 워커 순환(WC) 및 인도양 해수면 온도(SST)의 이상과 인도양 쌍극자(IOD)와 관련된 구역 대기 흐름은 동부 지역의 우기 강도를 조절합니다. 이러한 통제는 궤도 및 천년에서 100년 규모의 변동의 대상이 되며, 이로 인해 과거 지역 강수량의 상당한 변동과 서식지 변화가 발생하여 생물군이 적응, 이동 또는 국지 멸종에 직면하게 되었습니다. 최근 지구과학자, 기후 전문가, 고인류학자들이 HSPDP(Hominin Sites and Paleolakes Drilling Project) 내에서 팀을 이루어 동부 아프리카 단층의 중요한 호미닌 화석 및 유물 유적지 근처의 고호수 염기서열을 시추함으로써 인간 기원과 기후 변화의 관계를 조사했습니다. 또한 이 지역에 대한 다른 연구에서는 과거 기후 변화를 재구성하기 위해 호수 퇴적물의 노두를 조사했으며 인간 진화, 확장 및 기술 혁신에 미칠 수 있는 영향을 조사했습니다. 이 연구는 동부 아프리카의 기후와 환경이 지역 식생 변화를 동반한 광범위한 호수 시스템의 형성과 소멸을 포함하여 제4기 동안 반복적으로 심오한 습건식 변화를 겪었음을 발견했습니다. 이러한 변환은 종종 고위도 Dansgaard Oeschger 주기(D/O) 및 Heinrich 이벤트(HE)와 관련된 궤도 제어 일사량 변동 및 천년~백년 변동과 연결됩니다. 기후 변화 외에도 호수는 비 기후 요인으로 인해 변동하므로 이러한 퇴적물로 인한 기후 변동의 재구성을 복잡하게 만듭니다. 환경 변화 기록 보관소를 사용하여 호모사피엔스의 진화 및 확장에 대한 기존 가설을 테스트하는 것은 사회적 요인으로 인해 다를 수 있는 외부 자연 요인에 대한 인간의 잠재적으로 복잡하고 비결정적 반응으로 인해 복잡합니다. 그리고 개인의 선택 기술 발전은 인간이 기후 스트레스에 대처하고 적응하는 능력을 촉진했을 수 있습니다. 도피 가설은 호모사피엔스가 더 가혹한 생활 조건에서도 살아남았고, 소수의 개체군이 유전적 부동과 자연 선택에 따른 결과를 수반하는 더 적합한 환경으로 이동할 수 있었기 때문이라고 제안합니다. 동부 아프리카에서 인간은 열곡 가장자리를 따라 산악 피난처를 점령했을 수 있습니다. 과거 기후 변화와 호모사파엔스의 행동 및 이동적 반응 사이의 관계를 더 잘 이해하기 위해 우리는 고대 츄바히르(CHB)에서 수집된 퇴적물 드릴 코어를 기반으로 동부 아프리카 기후 변화의 마지막 200ka를 재구성했습니다. 우리의 지구화학적 및 퇴적학 데이터 세트는 동부 아프리카에서 호모사피엔스의 전체 존재 기간을 포괄하는 남부 에티오피아에서 최초의 연속 기후 기록을 제공합니다. Omo Kibish6와 Herto5에 있는 주요 고인류학적 유적지의 화석 증거는 인간이 지난 200,000년 동안 에티오피아의 일부를 점거했음을 보여줍니다. 우리의 결과는 환경 조건이 아프리카 안팎에서 우리 종의 이동성과 확장에 미치는 영향에 관한 현재 논의에 기여할 수 있습니다.

 

결과적으로 동아프리카 수위기후 변화는 초기 인류 분산의 원인

Chew Bahir의 292.87 m 길이의 복합 퇴적물 코어는 남부 에티오피아 열곡의 마지막 617ka 환경 변화를 덮고 있습니다. 우리의 연령 모델을 기반으로 하여 가장 높은 99.3mcd(미터 합성 깊이)는 마지막 200 ka를 포함합니다. 이 연구를 위해 입자 크기 변동성, X선 형광(XRF) 스캐닝 기반 원소 비율(K/Zr, Al/Si, Ca/Ti), 내인성 방해석의 총 유기 탄소(TOC) 및 산소 동위원소 조성(δ18O)을 사용했고 우리의 결과는 많은 양의 거친 입자의 퇴적물이 더 낮은 K/Zr, 더 높은 Al/Si 및 Ca/Ti 비율, 더 높은 TOC와 대부분 일치한다는 것을 보여줍니다. 증발 증가, 호수 물 알칼리도 및 염도 증가, 호수 수위 감소와 함께 Chew Bahir의 건조한 기후 에피소드는 현장의 다른 코어에 있는 스멕타이트의 저온 일라이트화에서 추론되었습니다. 간극수의 알칼리도와 염도를 증가시켜 시작되는 역풍화 과정이라고도 하는 일리테이션 동안 Al에서 Mg로의 치환은 과도한 팔면체 층 전하를 유발하여 스멕타이트의 K 고정을 향상시킵니다. 따라서 우리는 높은 K 값을 현대 조건과 유사하게 건조 및 낮은 호수 수위 동안 개발된 것으로 해석합니다. 수문학적 균형 모델링은 15~5ka에서 소위 아프리카 습윤기(AHP)라고 불리는 마지막 습기 동안 K 값이 상당히 낮았을 때 20~30%의 강수 증가가 Chew Bahir를 증가시켰을 수 있음을 보여줍니다. 현재의 계절적으로 건조한 playa와 비교하여 최대 ~45 m까지 호수 수위를 낮춥니다. 기록에서 더 건조한 단계는 일반적으로 실트 크기의 퇴적물의 증가, 화학적 풍화 감소(낮은 Al/Si 비율), 낮은 TOC 값에 반영된 더 적은 유기 물질 축적 및 높은 δ18O를 특징으로 합니다. 프로필에서 Ca/Ti 비율을 변경하는 것은 대조되는 수문학적 조건 동안 우세한 프로세스로 설명될 수 있습니다. 예를 들어, Ti는 습한 에피소드 동안 하천 입력을 통해 증가하거나 건조한 에피소드 동안 바람 입력을 통해 증가할 수 있습니다. 추가적으로, 건기 동안 퇴적물에서 인공 탄산염의 증가된 형성은 Ca/Ti 비율을 증가시켰을 수 있는 반면, 건기 동안 석회질 껍질을 가진 유기체에 의한 탄산염 생성 감소는 그것들을 낮출 수 있었습니다. 깊은 호수 상태를 나타내는 점토 크기의 입자는 일반적으로 퇴적물의 작은 구성 요소일 뿐입니다. 그러나 모래 층은 종종 61~100mcd 코어 간격(200~125ka에 해당)에서 점토가 풍부한 층(최대 39%)과 번갈아 나타납니다. 실트 크기의 입자는 기록 전체에 걸쳐 훨씬 더 풍부하지만(평균 39%), 최상위 31mcd(마지막 60ka)에서 지배적(60~80%)입니다. 우리는 이러한 중간 정도의 거친 실트를 보다 건조한 에피소드 동안 주로 바람 수송을 나타내는 것으로 해석합니다. 중간 입자의 모래 층은 45mcd미만에서 가장 일반적이며, 이는 강이 활성화되고 더 거친 물질을 운반할 때 더 습한 조건을 나타냅니다. 또한, 우리는 강수/증발 비율이  >1인 더 습한 기간 동안 매우 미세한 미사 및 수호 점토가 퇴적되었고, 깊은 수역이 오랜 기간 동안 퇴적 퇴적물을 덮었다고 주장합니다. 매우 거친 모래의 개별 층은 서쪽 해안과 Chew Bahir 분지의 주변 범위에 있는 광범위한 충적 팬의 재활성화 산물로 해석되며, 이는 집수지의 식생 덮개가 감소하고 일반적으로 건조한 기후 동안 극심한 강우 현상을 시사합니다. 다중 프록시 데이터의 유사한 경향, 즉 K/Zr 및 Al/Si 비율의 기록과 δ18O 값을 기반으로 5가지 뚜렷한 기후 단계를 식별합니다. 200~125ka 사이의 첫 번째 습한 단계(1단계)는 더 건조하지만 125~60ka의 더 가변적인 기후를 향한 뚜렷한 경향을 특징으로 하는 2단계가 이어졌습니다. 그 후, K/Zr 비율과 δ18O 값에서 60~14 ka 사이의 건조상이 관찰될 수 있으며, 초기에서 중기에 걸쳐 습식 상이 뒤따릅니다. 잘 정립된 AHP(15~5 ka)와 일치하는 후기 홀로세(5~0 ka 사이)의 5단계 동안 Chew Bahir의 기후는 지속적으로 건조했습니다. 1및 2단계(200~125ka 및 125~60ka) 동안 우리는 장기간 건조 경향에 중첩된 20ka의 시간 규모에서 습윤 에피소드와 건조 에피소드 사이의 주기적인 교대를 관찰합니다. 이 상대적으로 낮은 빈도의 기후 변동성은 60~14ka(단계 3) 사이의 간격 동안 더 습한 기후 조건으로 다시 천년에서 100년 규모의 급격한 이동을 반복함으로써 대체됩니다. 따라서 우리는 K/Zr 비율뿐만 아니라 Al/Si 및 Ca/Ti 비율과 같은 다른 프록시에서도 볼 수 있는 것처럼 CHB에서 저주파 및 고주파 기후 변동성을 갖는 두 가지 뚜렷한 기후 변화 모드를 구별할 수 있습니다. . 이러한 관찰은 웨이블릿 시계열 분석에서 반복되며, 이는 200~125ka 사이의 궤도 세차 운동의 강한 영향을 보여주고 약 80ka 후에 감소하며, 이는 해당 지역의 모델링 결과와 일치합니다.