Савремени Хомо сапиенс је учествовао у великом броју трансформација екосистема, али је тешко открити порекло или ране последице ових понашања.Археологија, геохронологија, геоморфологија и палеоеколошки подаци из северног Малавија документују променљив однос између присуства сточара, организације екосистема и формирања алувијалних лепеза у касном плеистоцену.Отприлике после 20. века формиран је густ систем мезолитских артефаката и алувијалних лепеза.Пре 92.000 година, у палеоеколошком окружењу, није било аналога у претходном 500.000-годишњем запису.Археолошки подаци и анализа главних координата показују да су рани пожари изазвани људским фактором ублажили сезонска ограничења паљења, утичући на састав вегетације и ерозију.Ово, у комбинацији са климатским променама падавина, на крају је довело до еколошке транзиције ка раном пре-пољопривредном вештачком пејзажу.
Савремени људи су моћни промотери трансформације екосистема.Хиљадама година, они су значајно и намерно мењали животну средину, што је изазвало дебату о томе када и како се појавио први екосистем којим доминирају људи (1).Све више археолошких и етнографских доказа показује да постоји велики број рекурзивних интеракција између сакупљача хране и њиховог окружења, што указује да су ова понашања основа еволуције наше врсте (2-4).Фосилни и генетски подаци указују да је Хомо сапиенс постојао у Африци пре отприлике 315.000 година (ка).Археолошки подаци показују да се сложеност понашања која се дешавају широм континента значајно повећала у протеклих отприлике 300 до 200 ка.Крај плеистоцена (чибански) (5).Од нашег настанка као врсте, људи су почели да се ослањају на технолошке иновације, сезонске аранжмане и сложену друштвену сарадњу да би напредовали.Ови атрибути нам омогућавају да искористимо претходно ненасељена или екстремна окружења и ресурсе, тако да су данас људи једина пан-глобална животињска врста (6).Ватра је одиграла кључну улогу у овој трансформацији (7).
Биолошки модели указују на то да се прилагодљивост куваној храни може пратити уназад најмање 2 милиона година, али тек крајем средњег плеистоцена су се појавили конвенционални археолошки докази о контроли ватре (8).Океанско језгро са записима прашине са великог подручја афричког континента показује да се у протеклим милионима година врхунац елементарног угљеника појавио након око 400 ка, углавном током преласка из интерглацијалног у глацијални период, али и током холоцен (9).Ово показује да пре око 400 ка, пожари у подсахарској Африци нису били уобичајени, а људски допринос је био значајан у холоцену (9).Ватра је оруђе које су сточари користили током целог холоцена за обраду и одржавање травњака (10).Међутим, откривање позадине и еколошког утицаја употребе ватре од стране ловаца-сакупљача у раном плеистоцену је компликованије (11).
Ватра се назива инжењерским алатом за манипулацију ресурсима иу етнографији и у археологији, укључујући побољшање поврата средстава за живот или модификацију сировина.Ове активности су обично везане за јавно планирање и захтевају доста еколошког знања (2, 12, 13).Пожари у пејзажним размерама омогућавају ловцима-сакупљачима да отерају плен, контролишу штеточине и повећају продуктивност станишта (2).Ватра на лицу места промовише кување, грејање, одбрану од предатора и друштвену кохезију (14).Међутим, у којој мери пожари ловаца и сакупљача могу да реконфигуришу компоненте пејзажа, као што су структура еколошке заједнице и топографија, веома је двосмислен (15, 16).
Без застарелих археолошких и геоморфолошких података и континуираних података о животној средини са више локација, проблематично је разумевање развоја еколошких промена изазваних човеком.Дугорочни подаци о језерским наслагама из Велике Рифт долине у јужној Африци, у комбинацији са древним археолошким записима у овој области, чине га местом за истраживање еколошких утицаја изазваних плеистоценом.Овде извештавамо о археологији и геоморфологији екстензивног пејзажа каменог доба у јужној централној Африци.Затим смо то повезали са палеоеколошким подацима који обухватају >600 ка да бисмо утврдили најраније доказе о повезивању људског понашања и трансформације екосистема у контексту пожара које је направио човек.
Навели смо претходно непријављену старосну границу за кревет Читимве у округу Каронга, који се налази на северном крају северног дела Малавија у јужној Афричкој долини расцепа (Слика 1) (17).Ова корита су састављена од алувијалних лепеза и речних седимената, простиру се на око 83 квадратна километра, са милионима камених производа, али без очуваних органских остатака, као што су кости (додатни текст) (18).Наши подаци о оптички побуђеној светлости (ОСЛ) из Земљиног записа (Слика 2 и Табеле С1 до С3) променили су старост корита Цхитимве на касни плеистоцен, а најстарије доба активирања алувијалног лепеза и сахрањивања каменог доба је око 92 ка ( 18, 19).Алувијални и речни слој Читимве покрива језера и реке плиоценско-плеистоценског слоја Чивондо од неусаглашености ниског угла (17).Ове наслаге се налазе у раседном клину дуж ивице језера.Њихова конфигурација указује на интеракцију између флуктуација нивоа језера и активних раседа који се протежу у плиоцен (17).Иако је тектонско дејство могло да утиче на регионалну топографију и предгорну падину већ дуже време, активност раседа у овој области је можда успорила од средњег плеистоцена (20).После ~800 ка и до недуго после 100 ка, хидрологију језера Малави углавном покреће клима (21).Дакле, ни једно ни друго није једино објашњење за формирање алувијалних лепеза у касном плеистоцену (22).
(А) Локација афричке станице у односу на савремене падавине (звездица);плава је влажнија, а црвена сува (73);поље са леве стране показује језеро Малави и околна подручја МАЛ05-2А и МАЛ05-1Б Локација /1Ц језгра (љубичаста тачка), где је област Каронга истакнута као зелена контура, а локација лежишта Луцхаманге је истакнута као бела кутија.(Б) Северни део слива Малавија, који показује топографију сенке у односу на језгро МАЛ05-2А, преостали слој Читимвеа (смеђа мрља) и локацију ископавања Раног мезолитског пројекта Малавија (МЕМСАП) (жута тачка) );ЦХА, Цхаминаде;МГД, село Мванганда;НГА, Нгара;СС, Садара Југ;ВИН, слика књижевне библиотеке;ВВ, Белуга.
Старост центра ОСЛ-а (црвена линија) и опсег грешке од 1-σ (25% сива), све старости ОСЛ-а повезане су са појавом ин ситу артефаката у Каронги.Подаци о старости у односу на претходних 125 ка показују (А) процене густине језгра свих старости ОСЛ из алувијалних лепезастих седимената, указујући на акумулацију седиментних/алувијалних лепеза (цијан) и реконструкцију нивоа воде у језеру на основу карактеристичних вредности анализе главних компоненти (ПЦА) Водени фосили и аутентични минерали (21) (плави) из језгра МАЛ05-1Б/1Ц.(Б) Из језгра МАЛ05-1Б/1Ц (црно, вредност близу 7000 са звездицом) и језгра МАЛ05-2А (сиво), број макромолекуларног угљеника по граму нормализован брзином седиментације.(Ц) Индекс богатства врста Маргалефа (Дмг) из фосилног полена језгра МАЛ05-1Б/1Ц.(Д) Проценат фосилног полена из Цомпоситае, миомбо шума и Олеа еуропаеа, и (Е) Проценат фосилног полена из Поацеае и Подоцарпус.Сви подаци о полену су из језгра МАЛ05-1Б/1Ц.Бројеви на врху се односе на појединачне узорке ОСЛ-а детаљно описане у табелама С1 до С3.Разлика у доступности података и резолуцији је због различитих интервала узорковања и доступности материјала у језгру.Слика С9 приказује два записа о макро угљенику конвертована у з-резултате.
(Цхитимве) На стабилност предела након формирања лепезе указује формирање црвенице и земљишних карбоната, који покривају лепезасте седименте читавог проучаваног подручја (додатни текст и табела С4).Формирање касноплеистоценских алувијалних лепеза у басену језера Малави није ограничено на област Каронга.Око 320 километара југоисточно од Мозамбика, земаљски космогени профил дубине нуклида 26Ал и 10Бе ограничава формирање Луцхаманге корита алувијалне црвене земље на 119 до 27 ка (23).Ово опсежно старосно ограничење је у складу са нашом ОСЛ хронологијом за западни део басена језера Малави и указује на експанзију регионалних алувијалних лепеза у касном плеистоцену.Томе у прилог говоре подаци из евиденције језгра језера, који указују на то да већу стопу седиментације прати око 240 ка, што има посебно високу вредност на ца.130 и 85 ка (допунски текст) (21).
Најранији докази насељавања људи у овој области везани су за седименте Цхитимве идентификоване на ~92 ± 7 ка.Овај резултат се заснива на 605 м3 ископаних седимената из 14 под-центиметарских контролних археолошких ископавања и 147 м3 седимената из 46 археолошких пробних јама, контролисаних вертикално до 20 цм и хоризонтално контролисаних до 2 метра (додатни текст и слике С3) С1 до Поред тога, испитали смо и 147,5 километара, уредили 40 геолошких огледних јама и анализирали више од 38.000 културних реликвија од њих 60 (табеле С5 и С6) (18).Ова опсежна истраживања и ископавања указују на то да иако су древни људи, укључујући људе раног модерног доба, можда живели на том подручју пре око 92 ка, акумулација седимената повезана са порастом и затим стабилизацијом језера Малави није сачувала археолошке доказе све до формирања корита Читимве.
Археолошки подаци подржавају закључак да су у касном квартару експанзија у облику лепезе и људске активности у северном Малавију постојале у великом броју, а културни реликти припадали су типовима других делова Африке који су повезани са раним модерним људима.Већина артефаката је направљена од кварцита или кварцног речног шљунка, са радијалном, левалоа, платформом и насумичном редукцијом језгра (слика С4).Морфолошки дијагностички артефакти се углавном приписују техници типа Леваллоис специфичној за мезолитско доба (МСА), која је до сада била најмање око 315 ка у Африци (24).Најгорњи слој Читимвеа трајао је све до раног холоцена, садржавши ретко распоређене догађаје из касног каменог доба, и утврђено је да је повезан са касним плеистоценом и холоценским ловцима-сакупљачима широм Африке.Насупрот томе, традиције камених алата (као што су велики алати за сечење) које се обично повезују са раним средњим плеистоценом су ретке.Тамо где су се ови појавили, пронађени су у седиментима који садрже МСА у касном плеистоцену, а не у раним фазама таложења (Табела С4) (18).Иако је локација постојала на ~92 ка, најрепрезентативнији период људске активности и таложења алувијалних лепеза десио се након ~70 ка, добро дефинисан скупом старости ОСЛ (Слика 2).Потврдили смо овај образац са 25 објављених и 50 раније необјављених ОСЛ узраста (слика 2 и табеле С1 до С3).Ово указује да је од укупно 75 утврђивања старости, 70 пронађено из седимената након приближно 70 ка.Слика 2 приказује 40 узраста повезаних са ин-ситу МСА артефактима, у односу на главне палеоеколошке индикаторе објављене из центра централног басена МАЛ05-1Б/1Ц (25) и претходно необјављеног центра северног басена МАЛ05-2А језера.Угаљ (поред вентилатора који производи ОСЛ старост).
Користећи свеже податке из археолошких ископавања фитолита и микроморфологије тла, као и јавне податке о фосилном полену, великом дрвеном угљу, воденим фосилима и аутентичним минералима из језгра пројекта бушења језера Малави, реконструисали смо људски однос МСА са језером Малави.Заузимају климатске и еколошке услове истог периода (21).Последња два агенса су главна основа за реконструкцију релативних дубина језера које датирају до више од 1200 ка (21), и упарене су са узорцима полена и макроугљеника прикупљеним са исте локације у језгру од ~636 ка (25) у прошлости .Најдужа језгра (МАЛ05-1Б и МАЛ05-1Ц; 381 и 90 м респективно) прикупљена су око 100 километара југоисточно од подручја археолошког пројекта.Кратко језгро (МАЛ05-2А; 41 м) сакупљено је око 25 километара источно од реке Северна Рукулу (Слика 1).Језгро МАЛ05-2А одражава копнене палеоеколошке услове у области Калунге, док језгро МАЛ05-1Б/1Ц не прима директан речни унос из Калунге, тако да може боље да одражава регионалне услове.
Стопа таложења забележена у композитном језгру бушотине МАЛ05-1Б/1Ц почела је од 240 ка и порасла је са дугорочне просечне вредности од 0,24 на 0,88 м/ка (Слика С5).Почетно повећање је повезано са променама у орбитално модулисаној сунчевој светлости, што ће изазвати велике амплитудске промене нивоа језера током овог интервала (25).Међутим, када орбитални ексцентрицитет опадне након 85 ка и клима је стабилна, стопа слијегања је и даље висока (0,68 м/ка).Ово се поклопило са копненим ОСЛ записом, који је показао опсежне доказе о ширењу алувијалног лепеза након око 92 ка, и био је у складу са подацима о осетљивости који показују позитивну корелацију између ерозије и пожара након 85 ка (додатни текст и табела С7).С обзиром на опсег грешке доступне геохронолошке контроле, немогуће је проценити да ли се овај скуп односа споро развија од напредовања рекурзивног процеса или брзо избија када се достигне критична тачка.Према геофизичком моделу еволуције басена, од средњег плеистоцена (20), проширење рифта и с њим повезано спуштање су успорени, тако да то није главни разлог за екстензивни процес формирања лепезе који смо углавном утврдили после 92 ка.
Од средњег плеистоцена, клима је била главни фактор контроле нивоа воде у језеру (26).Конкретно, издизањем северног басена затворен је постојећи излаз.800 ка за продубљивање језера док не достигне граничну висину савременог излаза (21).Смештен на јужном крају језера, овај испуст је обезбедио горњу границу за ниво воде у језеру током влажних интервала (укључујући и данас), али је дозволио да се басен затвори пошто је ниво воде у језеру опадао током сушних периода (27).Реконструкција нивоа језера показује наизменично суво и влажно циклусе у протеклих 636 ка.Према доказима из фосилног полена, периоди екстремне суше (>95% смањења укупне воде) повезани са ниским летњим сунчевим зрацима довели су до ширења вегетације полупустиње, са дрвећем ограниченим на сталне водене путеве (27).Ове (језерске) ниске су у корелацији са спектром полена, показујући висок удео трава (80% или више) и ксерофита (Амарантхацеае) на рачун таксона дрвећа и ниског укупног богатства врста (25).Насупрот томе, када се језеро приближи савременим нивоима, вегетација блиско повезана са афричким планинским шумама обично се протеже до обале језера [око 500 м надморске висине (мнв)].Данас се афричке планинске шуме појављују само у малим дискретним деловима изнад око 1500 мнв (25, 28).
Последњи период екстремне суше десио се од 104 до 86 ка.Након тога, иако се ниво језера вратио у високе услове, постале су уобичајене отворене миомбо шуме са великом количином биља и биљних састојака (27, 28).Најзначајнија афричка планинска шумска таксона је Подоцарпус бор, који се никада није вратио на вредност сличну претходном нивоу високог језера после 85 ка (10,7 ± 7,6% после 85 ка, док је сличан ниво језера пре 85 ка 29,8 ± 11,8% ).Маргалеф индекс (Дмг) такође показује да је богатство врста у протеклих 85 ка 43% ниже од претходног одрживог високог нивоа језера (2,3 ± 0,20 и 4,6 ± 1,21, респективно), на пример, између 420 и 345 ка (Допунски текст и слике С5 и С6) (25).Узорци полена из приближно времена.88 до 78 ка такође садржи висок проценат полена Цомпоситае, што може указивати на то да је вегетација поремећена и да је унутар опсега грешке најстаријег датума када су људи заузимали подручје.
Користимо методу климатских аномалија (29) да анализирамо палеоеколошке и палеоклиматске податке језгара избушених пре и после 85 ка, и испитамо еколошки однос између вегетације, обиља врста и падавина и хипотезе о раздвајању претпостављене чисте климатске прогнозе.Основни режим вожње од ~550 ка.Овај трансформисани екосистем је под утицајем падавина које испуњавају језера и пожара, што се огледа у недостатку врста и нових комбинација вегетације.Након последњег сушног периода, опоравили су се само неки шумски елементи, укључујући компоненте отпорне на ватру афричких планинских шума, као што је маслиново уље, и компоненте отпорне на ватру тропских сезонских шума, као што је Целтис (додатни текст и слика С5) ( 25).Да бисмо тестирали ову хипотезу, моделирали смо нивое воде у језеру изведене из остракода и аутентичних минералних супститута као независних варијабли (21) и зависних варијабли као што су угаљ и полен на које може утицати повећана учесталост пожара (25).
Да бисмо проверили сличност или разлику између ових комбинација у различито време, користили смо полен Подоцарпуса (зимзелено дрво), траве (трава) и маслине (компонента отпорне на ватру афричких планинских шума) за анализу главних координата (ПЦоА), и миомбо (данас главна шумска компонента).Уцртавањем ПЦоА на интерполирану површину која представља ниво језера када је свака комбинација формирана, испитали смо како се комбинација полена мења у односу на падавине и како се овај однос мења након 85 ка (Слика 3 и Слика С7).Пре 85 ка, узорци на бази грамина су се агрегирали према сувим условима, док су се узорци на бази подокарпуса агрегирали према влажним условима.Насупрот томе, узорци после 85 ка су груписани са већином узорака пре 85 ка и имају различите просечне вредности, што указује да је њихов састав неуобичајен за сличне услове падавина.Њихов положај у ПЦоА одражава утицај Олеа и миомба, од којих су оба фаворизована у условима који су склонији пожару.У узорцима после 85 ка, подокарпус бор је био у изобиљу само у три узастопна узорка, која су настала након почетка интервала између 78 и 79 ка.Ово сугерише да се након почетног повећања падавина шума изгледа накратко опоравила пре него што је коначно пропала.
Свака тачка представља један узорак полена у датом тренутку, користећи допунски текст и модел старости на слици 1. С8.Вектор представља правац и градијент промене, а дужи вектор представља јачи тренд.Доња површина представља водостај језера као представник падавина;тамноплава је виша.Просечна вредност вредности ПЦоА карактеристика је дата за податке после 85 ка (црвени дијамант) и све податке са сличних нивоа језера пре 85 ка (жути дијамант).Користећи податке за читавих 636 ка, „симулирани ниво језера“ је између -0,130-σ и -0,198-σ близу просечне сопствене вредности ПЦА нивоа језера.
Да бисмо проучавали однос између полена, нивоа воде у језеру и дрвеног угља, користили смо непараметарску мултиваријантну анализу варијансе (НП-МАНОВА) да бисмо упоредили целокупно „окружење“ (представљено матрицом података полена, нивоа воде у језеру и дрвеног угља) пре а после прелаза 85 ка.Открили смо да су варијације и коваријансе пронађене у овој матрици података статистички значајне разлике пре и после 85 ка (Табела 1).
Наши копнени палеоеколошки подаци из фитолита и земљишта на ивици Западног језера су у складу са тумачењем заснованим на проксију језера.Ово указује на то да је и поред високог водостаја језера, пејзаж претворен у предео којим доминирају шумско земљиште са отвореним крошњама и шумовити травњаци, баш као и данас (25).Све локације анализиране за фитолите на западној ивици басена су после ~45 ка и показују велику количину дрвеног покривача који одражава влажне услове.Међутим, сматрају да је већина малча у облику отворене шуме обрасле бамбусом и паничним травом.Према подацима о фитолиту, палме које нису отпорне на ватру (Арецацеае) постоје само на обали језера, а ретке су или их нема на унутрашњим археолошким налазиштима (Табела С8) (30).
Уопштено говорећи, влажни али отворени услови у касном плеистоцену такође се могу закључити из копнених палеосола (19).Лагунска глина и карбонат мочварног земљишта са археолошког налазишта села Мванганда могу се пратити до 40 до 28 цал ка БП (раније калибрисано Киан'анни) (Табела С4).Карбонатни слојеви тла у кориту Цхитимве су обично нодуларни кречњачки (Бкм) и глиновити и карбонатни (Бтк) слојеви, што указује на локацију релативне геоморфолошке стабилности и споро насељавање из далекосежног алувијалног лепеза Приближно 29 цал ка БП (додатни текст).Еродирано, стврднуто латеритно тло (литичка стена) формирано на остацима древних лепеза указује на отворене пејзажне услове (31) и јаке сезонске падавине (32), што указује на континуирани утицај ових услова на пејзаж.
Подршка улози ватре у овој транзицији долази из упарених записа макроугља за бушотине, а прилив дрвеног угља из централног басена (МАЛ05-1Б/1Ц) се генерално повећао од око.175 карата.Између отприлике, следи велики број врхова.Након 135 и 175 ка и 85 и 100 ка, ниво језера се опоравио, али се богатство шума и врста није опоравило (додатни текст, слика 2 и слика С5).Однос између прилива дрвеног угља и магнетне осетљивости језерских седимената такође може показати обрасце дугорочне историје пожара (33).Користите податке од Лионс ет ал.(34) Језеро Малави је наставило да еродира спаљени пејзаж након 85 ка, што имплицира позитивну корелацију (Спеарманов Рс = 0,2542 и П = 0,0002; Табела С7), док старији седименти показују супротан однос (Рс = -0,2509 и П < 0,0001).У северном басену, краће језгро МАЛ05-2А има најдубљу тачку датирања, а најмлађи тоба туф је ~74 до 75 ка (35).Иако му недостаје дугорочна перспектива, он добија улазне податке директно из басена где су археолошки подаци извори.Записи о дрвеном угљу у северном басену показују да се од ознаке Тоба крипто-тефра унос теригеног дрвеног угља стално повећавао током периода када су археолошки докази најчешћи (слика 2Б).
Докази о пожарима које је изазвао човек могу да одражавају намерно коришћење у пејзажним размерама, широко распрострањену популацију која изазива већа или већа паљења на лицу места, промену доступности горива сечом шумских шума или комбинацију ових активности.Савремени ловци-сакупљачи користе ватру да активно мењају награде за тражење хране (2).Њихове активности повећавају обиље плена, одржавају мозаични пејзаж и повећавају термални диверзитет и хетерогеност фаза сукцесије (13).Ватра је такође важна за активности на лицу места као што су грејање, кување, одбрана и дружење (14).Чак и мале разлике у распоређивању пожара ван природних удара грома могу променити обрасце сукцесије шума, доступност горива и сезоналност паљења.Смањење дрвећа покривача и дрвећа подлоге ће највероватније повећати ерозију, а губитак разноврсности врста у овој области је уско повезан са губитком афричких планинских шумских заједница (25).
У археолошким записима пре почетка МСА, људска контрола ватре је добро утврђена (15), али до сада је њена употреба као алата за управљање пејзажом забележена само у неколико палеолитских контекста.То укључује око у Аустралији.40 ка (36), Хигхланд Нова Гвинеја.45 ка (37) мировни уговор.50 ка пећина Ниах (38) у низији Борнео.У Америци, када су људи први пут ушли у ове екосистеме, посебно у последњих 20 ка (16), вештачко паљење се сматрало главним фактором у реконфигурацији биљних и животињских заједница.Ови закључци морају бити засновани на релевантним доказима, али у случају директног преклапања археолошких, геолошких, геоморфолошких и палеоеколошких података, аргумент узрочности је ојачан.Иако су подаци о морском језгру у обалним водама Африке раније пружили доказе о променама пожара у прошлости око 400 ка (9), овде пружамо доказе о људском утицају из релевантних скупова археолошких, палеоеколошких и геоморфолошких података.
Идентификација пожара изазваних човеком у палеоеколошким евиденцијама захтева доказе о активностима пожара и временским или просторним променама вегетације, доказујући да ове промене нису предвиђене само климатским параметрима, као и временским/просторним преклапањем између промена у условима пожара и промена у људском стању. записи (29) Овде су се први докази о широко распрострањеној окупацији МСА и формирању алувијалних лепеза у басену језера Малави десили отприлике на почетку велике реорганизације регионалне вегетације.85 карата.Обиље дрвеног угља у језгру МАЛ05-1Б/1Ц одражава регионални тренд производње и таложења дрвеног угља, на приближно 150 ка у поређењу са остатком записа од 636 ка (слике С5, С9 и С10).Ова транзиција показује важан допринос ватре обликовању састава екосистема, што се не може објаснити само климом.У ситуацијама природног пожара, до паљења грома обично долази на крају сушне сезоне (39).Међутим, ако је гориво довољно суво, пожари изазвани људским фактором могу се запалити у било ком тренутку.На скали сцене, људи могу континуирано мењати ватру сакупљајући огревно дрво испод шуме.Крајњи резултат било које врсте пожара које је изазвао човек је да има потенцијал да изазове већу потрошњу дрвенасте вегетације, која траје током целе године и на свим размерама.
У Јужној Африци је већ 164 ка (12) ватра коришћена за топлотну обраду камена за израду алата.Већ око 170 ка (40) ватра је коришћена као оруђе за кување скробних кртола, при чему је ватра у давна времена коришћена у потпуности.Просперитетни ресурси-склон пејзаж (41).Пејзажни пожари смањују покривач дрвећа и представљају важно средство за одржавање окружења травњака и шумских површина, које су дефинишући елементи екосистема посредованих људима (13).Ако је сврха промене вегетације или понашања плена да се повећа спаљивање које је направио човек, онда ово понашање представља повећање сложености контроле и примене ватре од стране раних модерних људи у поређењу са раним људима, и показује да је наш однос са ватром прошао кроз промена међузависности (7).Наша анализа пружа додатни начин да се разумеју промене у употреби ватре од стране људи у касном плеистоцену и утицај ових промена на њихов пејзаж и животну средину.
Експанзија касноквартарних алувијалних лепеза у области Каронга може бити последица промена у циклусу сезонског сагоревања у условима већих падавина од просечних, што доводи до повећане ерозије падине.Механизам ове појаве може бити одговор на нивоу вододелнице изазван поремећајем изазваним пожаром, појачаном и трајном ерозијом горњег дела слива и ширењем алувијалних лепеза у околини предгорја у близини језера Малави.Ове реакције могу укључити промену својстава земљишта да би се смањила пропусност, смањила храпавост површине и повећало отицање због комбинације услова високих падавина и смањеног дрвеног покривача (42).Доступност седимената се у почетку побољшава љуштењем покривног материјала, а временом се може смањити чврстоћа тла услед загревања и смањене чврстоће корена.Ексфолијација горњег слоја тла повећава ток седимента, који се прилагођава лепезастој акумулацији низводно и убрзава формирање црвене земље на лепезастој акумулацији.
Многи фактори могу да контролишу реакцију пејзажа на промене услова пожара, од којих већина делује у кратком временском периоду (42-44).Сигнал који овде повезујемо је очигледан на миленијумској временској скали.Анализа и модели еволуције пејзажа показују да се са поремећајем вегетације изазваним поновљеним пожарима, стопа денудације значајно променила на миленијумској временској скали (45, 46).Недостатак регионалних фосилних записа који се поклапају са уоченим променама у евиденцији дрвеног угља и вегетације отежава реконструкцију ефеката људског понашања и промена животне средине на састав заједница биљоједа.Међутим, велики биљоједи који насељавају отвореније пределе играју улогу у њиховом одржавању и спречавању инвазије дрвенасте вегетације (47).Не треба очекивати да се докази о променама у различитим компонентама животне средине дешавају истовремено, већ их треба посматрати као низ кумулативних ефеката који се могу јавити током дужег временског периода (11).Користећи методу климатских аномалија (29), сматрамо да је људска активност кључни покретачки фактор у обликовању пејзажа северног Малавија током касног плеистоцена.Међутим, ови ефекти могу бити засновани на ранијем, мање очигледном наслеђу интеракција између човека и животне средине.Врх дрвеног угља који се појавио у палеоеколошким записима пре најранијег археолошког датума може укључивати антропогену компоненту која не изазива исте промене еколошког система као што је забележено касније, и не укључује наслаге које су довољне да поуздано указују на људску окупацију.
Кратка језгра седимента, као што су она из суседног басена језера Масоко у Танзанији, или краћа језгра седимента у језеру Малави, показују да се релативна количина полена у травнатим и шумским таксонима променила, што се приписује последњих 45 година.Природне климатске промене ка (48-50).Међутим, само дуготрајније посматрање полена језера Малави >600 ка, заједно са вековним археолошким пејзажом поред њега, могуће је разумети климу, вегетацију, дрвени угаљ и људске активности.Иако је вероватно да ће се људи појавити у северном делу басена језера Малави пре 85 ка, око 85 ка, посебно после 70 ка, указује на то да је ово подручје привлачно за људско становање након што се завршио последњи велики период суше.У овом тренутку, нова или интензивнија/чешћа употреба ватре од стране људи је очигледно комбинована са природним климатским променама да би се реконструисао еколошки однос> 550-ка, и коначно формирао рани пред-пољопривредни вештачки пејзаж (Слика 4).За разлику од ранијих периода, седиментна природа пејзажа чува локацију МСА, што је функција рекурзивног односа између животне средине (дистрибуција ресурса), људског понашања (обрасци активности) и активације вентилатора (таложење/сахрањивање локације).
(А) О.400 ка: Људска бића се не могу открити.Влажни услови су слични данашњим, а ниво језера је висок.Разноврсна дрвена облога која није отпорна на ватру.(Б) Око 100 ка: Не постоји археолошки запис, али се присуство људи може открити кроз доток дрвеног угља.У сувим сливовима се јављају екстремно суви услови.Подлога је углавном изложена, а површински седименти су ограничени.(Ц) Око 85 до 60 ка: Ниво воде у језеру расте са повећањем падавина.Постојање људи може се открити кроз археологију након 92 ка, а после 70 ка следи паљење висоравни и ширење алувијалних лепеза.Појавио се мање разнолик вегетациони систем отпоран на ватру.(Д) Око 40 до 20 ка: Унос дрвеног угља у животну средину у северном басену је повећан.Формирање алувијалних лепеза је настављено, али је почело да слаби на крају овог периода.У поређењу са претходним рекордом од 636 ка, ниво језера остаје висок и стабилан.
Антропоцен представља акумулацију понашања за изградњу нише развијених хиљадама година, а његова скала је јединствена за модерног Хомо сапиенса (1, 51).У савременом контексту, са увођењем пољопривреде, пејзажи које је створио човек наставља да постоје и интензивирају се, али су они пре продужеци образаца успостављених током плеистоцена, а не неповезаности (52).Подаци из северног Малавија показују да еколошки прелазни период може бити продужен, компликован и понављајући.Ова скала трансформације одражава комплексно еколошко знање раних модерних људи и илуструје њихову трансформацију у нашу глобалну доминантну врсту данас.
Према протоколу који су описали Тхомпсон ет ал., истраживање на лицу места и снимање артефаката и карактеристика калдрме на подручју истраживања.(53).Постављање испитне јаме и ископавање главне локације, укључујући микроморфологију и узорковање фитолита, следили су протокол који су описали Тхомпсон ет ал.(18) и Вригхт ет ал.(19).Мапа нашег географског информационог система (ГИС) заснована на мапи геолошког истраживања региона Малавија показује јасну корелацију између лежишта Цхитимве и археолошких налазишта (слика С1).Интервал између геолошких и археолошких испитних јама у области Каронга треба да обухвати најшири репрезентативни узорак (слика С2).Каронгина геоморфологија, геолошка старост и археолошка истраживања укључују четири главне методе теренског истраживања: пешачка истраживања, археолошке испитне јаме, геолошке испитне јаме и детаљна ископавања локације.Заједно, ове технике омогућавају узорковање главне изложености корита Цхитимве на северу, централном и јужном делу Каронге (слика С3).
Истрага на лицу места и снимање артефаката и обележја калдрме на подручју за мерење пешака следили су протокол који су описали Тхомпсон ет ал.(53).Овај приступ има два главна циља.Први је да се идентификују места где су културне реликвије еродиране, а затим да се на тим местима поставе археолошке пробне јаме узбрдо да би се културне реликвије обновиле на лицу места из закопаног окружења.Други циљ је формално евидентирање дистрибуције артефаката, њихових карактеристика и њиховог односа са извором оближњих камених материјала (53).У овом раду, тим од три особе је ходао на удаљености од 2 до 3 метра за укупно 147,5 линеарних километара, прешавши већину нацртаних кревета Цхитимве (Табела С6).
Рад се прво фокусирао на лежишта Читимве како би се максимизирали уочени узорци артефаката, а друго се фокусирао на дугачке линеарне делове од обале језера до висоравни који пресецају различите седиментне јединице.Ово потврђује кључно запажање да су артефакти који се налазе између западних висоравни и обале језера повезани само са коритом Читимвеа или новијим седиментима касног плеистоцена и холоцена.Артефакти пронађени у другим наслагама су ван локације, премештени са других места у пејзажу, што се може видети из њиховог обиља, величине и степена истрошености.
Постављена археолошка пробна јама и ископавање главне локације, укључујући микроморфологију и узорковање фитолита, следили су протокол који су описали Тхомпсон ет ал.(18, 54) и Вригхт ет ал.(19, 55).Главна сврха је разумевање подземне дистрибуције артефаката и лепезастих седимената у ширем пејзажу.Артефакти су обично закопани дубоко на свим местима у лежиштима Читимве, осим на ивицама, где је ерозија почела да уклања врх седимента.Током неформалне истраге, две особе су прошле поред Читимве кревета, који су били приказани као карактеристике карте на геолошкој карти владе Малавија.Када су ови људи наишли на рамена седимента Читимве корита, почели су да ходају дуж ивице, где су могли да посматрају артефакте еродиране из седимента.Нагињањем ископина благо навише (3 до 8 м) од артефаката који се активно еродирају, ископавање може открити њихов положај на лицу места у односу на седимент који их садржи, без потребе за опсежним бочним ископавањем.Испитне јаме су постављене тако да су 200 до 300 метара удаљене од следеће најближе јаме, чиме се хватају промене у седименту лежишта Читимве и артефакти које садржи.У неким случајевима, пробна јама је открила место које је касније постало место ископавања у пуном обиму.
Све испитне јаме почињу са квадратом од 1 × 2 м, окренуте у правцу север-југ, и ископавају се у произвољним јединицама од 20 цм, осим ако се боја, текстура или садржај седимента значајно не промени.Забележите седиментологију и својства земљишта свих ископаних седимената, који равномерно пролазе кроз суво сито од 5 мм.Ако дубина таложења настави да прелази 0,8 до 1 м, престаните да копате у једном од два квадратна метра и наставите да копате у другом, формирајући тако „степен“ тако да можете безбедно да уђете у дубље слојеве.Затим наставите са ископавањем све док се не постигне темељна стена, најмање 40 цм археолошки стерилних седимената не буде испод концентрације артефаката, или ископавање не постане превише несигурно (дубоко) да би се наставило.У неким случајевима, дубина таложења треба да прошири испитну јаму на трећи квадратни метар и да уђе у ров у два корака.
Геолошке пробне јаме су раније показале да се лежишта Цхитимве често појављују на геолошким картама због њихове карактеристичне црвене боје.Када обухватају екстензивне потоке и речне седименте, и алувијалне лепезасте седименте, не изгледају увек црвено (19).Геологија Испитна јама је ископана као једноставна јама дизајнирана да уклони мешане горње седименте како би се открили подземни слојеви седимената.Ово је неопходно јер је корито Читимвеа еродирано у параболичну падину, а на падини се налазе урушени седименти који обично не чине јасне природне делове или усеке.Дакле, ова ископавања су се одвијала или на врху корита Читимвеа, вероватно је постојао подземни контакт између корита Читимвеа и плиоценског корита Чивондо испод, или су се одвијала тамо где је требало датовати седименте речне терасе (55).
Археолошка ископавања у пуном обиму врше се на местима која обећавају велики број склопова камених алатки на лицу места, обично заснованих на испитним јамама или местима где се велики број културних реликвија може видети како еродира са падине.Главни ископани културни реликти пронађени су из седиментних јединица одвојено ископаних на квадрату од 1 × 1 м.Ако је густина артефаката велика, јединица за копање је излив од 10 или 5 цм.Сви камени производи, фосилне кости и окер исцртани су током сваког већег ископавања и нема ограничења у величини.Величина екрана је 5 мм.Ако се културни реликти открију током процеса ископавања, биће им додељен јединствени број открића цртежа бар кода, а бројеви открића у истој серији биће додељени филтрираним открићима.Културне реликвије се обележавају трајним мастилом, стављају у кесе са етикетама примерака и пакују заједно са другим културним реликвијама из исте позадине.Након анализе, све културне реликвије се чувају у Културном и музејском центру Каронга.
Сва ископавања се врше према природним слојевима.Они су подељени на пљувачке, а дебљина пљувачке зависи од густине артефакта (на пример, ако је густина артефакта мала, дебљина пљувачке ће бити велика).Позадински подаци (на пример, својства седимента, односи у позадини и запажања интерференције и густине артефаката) се бележе у Аццесс бази података.Сви координатни подаци (на пример, налази нацртани у сегментима, елевација контекста, квадратни углови и узорци) су засновани на универзалним трансверзалним Меркаторовим (УТМ) координатама (ВГС 1984, Зона 36С).На главној локацији, све тачке се снимају помоћу Никон Ниво Ц серије 5″ тоталне станице, која је изграђена на локалној мрежи што је ближе могуће северно од УТМ-а.Локација северозападног угла сваког места ископа и локација сваког места ископа Количина седимента је дата у табели С5.
Одељак седиментолошких и земљишних карактеристика свих ископаних јединица снимљен је коришћењем Програма за пољопривредне делове Сједињених Држава (56).Седиментне јединице се одређују на основу величине зрна, угаоности и карактеристика слоја.Обратите пажњу на абнормалне инклузије и поремећаје повезане са јединицом седимента.Развој земљишта је одређен акумулацијом сесквиоксида или карбоната у подземном земљишту.Подземно трошење (на пример, редокс, формирање резидуалних манганских нодула) се такође често бележи.
Тачка сакупљања узорака ОСЛ ​​се одређује на основу процене који фацијес може дати најпоузданију процену старости закопавања седимената.На месту узорковања ископани су ровови да би се открио аутентични седиментни слој.Прикупите све узорке који се користе за ОСЛ ​​датирање уметањем непрозирне челичне цеви (око 4 цм у пречнику и око 25 цм у дужини) у профил седимента.
ОСЛ датирање мери величину групе заробљених електрона у кристалима (као што су кварц или фелдспат) услед излагања јонизујућем зрачењу.Највећи део овог зрачења потиче од распада радиоактивних изотопа у околини, а мала количина додатних компоненти у тропским географским ширинама се појављује у облику космичког зрачења.Ухваћени електрони се ослобађају када је кристал изложен светлости, што се дешава током транспорта (догађај нулирања) или у лабораторији, где се осветљење јавља на сензору који може да детектује фотоне (на пример, фотоумножачка цев или камера са напуњеним уређај за спајање) Доњи део емитује када се електрон врати у основно стање.Честице кварца величине између 150 и 250 μм се одвајају просејавањем, киселином и одвајањем по густини и користе се као мали аликвоти (<100 честица) постављени на површину алуминијумске плоче или избушени у бунар величине 300 к 300 мм. честице се анализирају на алуминијумској посуди.Закопана доза се обично процењује коришћењем методе регенерације једног аликвота (57).Поред процене дозе зрачења примљене од зрна, ОСЛ датирање такође захтева процену брзине дозе мерењем концентрације радионуклида у седименту сакупљеног узорка коришћењем гама спектроскопије или анализе неутронске активације, и одређивањем референтног узорка космичке дозе Локација и дубина сахрана.Коначно одређивање старости се постиже дељењем дозе закопавања са брзином дозе.Међутим, када дође до промене дозе мерене једним зрном или групом зрна, потребан је статистички модел да би се одредила одговарајућа закопана доза која ће се користити.Закопана доза се овде израчунава коришћењем модела централне ере, у случају датирања појединачних аликвота, или у случају датирања са једном честицом, коришћењем модела коначне мешавине (58).
Три независне лабораторије су извршиле ОСЛ анализу за ову студију.Детаљне појединачне методе за сваку лабораторију су приказане у наставку.Генерално, користимо метод регенеративне дозе да применимо ОСЛ датирање на мале аликвоте (десетине зрна) уместо да користимо анализу појединачних зрна.То је зато што је током експеримента регенеративног раста стопа опоравка малог узорка ниска (<2%), а ОСЛ ​​сигнал није засићен на природном нивоу сигнала.Међулабораторијска конзистентност одређивања старости, конзистентност резултата унутар и између испитиваних стратиграфских профила и конзистентност са геоморфолошком интерпретацијом старости карбонатних стена од 14Ц представљају главну основу за ову процену.Свака лабораторија је проценила или применила један споразум о зрну, али је независно утврдила да оно није погодно за употребу у овој студији.Детаљне методе и протоколи анализе које прати свака лабораторија дати су у додатним материјалима и методама.
Камени артефакти пронађени у контролисаним ископавањима (БРУ-И; ЦХА-И, ЦХА-ИИ и ЦХА-ИИИ; МГД-И, МГД-ИИ и МГД-ИИИ; и СС-И) засновани су на метричком систему и квалитету карактеристике.Измерите тежину и максималну величину сваког радног комада (користећи дигиталну вагу за мерење тежине је 0,1 г; коришћење Митутоио дигиталне чељусти за мерење свих димензија је 0,01 мм).Сви културни реликти су такође класификовани према сировинама (кварц, кварцит, кремен, итд.), величини зрна (фино, средње, крупно), уједначености величине зрна, боји, типу кортекса и покривености, временским условима/заобљености ивица и техничком степену (потпуне или фрагментоване) Језгра или љуспице, љуспице/углови, камење чекића, гранате и друго).
Језгро се мери дуж његове максималне дужине;максимална ширина;ширина је 15%, 50% и 85% дужине;максимална дебљина;дебљина је 15%, 50% и 85% дужине.Такође су вршена мерења да би се процениле запреминске особине језгра хемисферичних ткива (радијалних и левалоа).И нетакнута и сломљена језгра се класификују према методи ресетовања (једнострука или вишеплатформска, радијална, Леваллоис, итд.), а љускави ожиљци се рачунају на ≥15 мм и ≥20% дужине језгра.Језгра са 5 или мање ожиљака од 15 мм класификована су као „случајна“.Снима се кортикална покривеност целе површине језгра, а релативна кортикална покривеност сваке стране се бележи на језгру хемисферичног ткива.
Лист се мери дуж његове максималне дужине;максимална ширина;ширина је 15%, 50% и 85% дужине;максимална дебљина;дебљина је 15%, 50% и 85% дужине.Опишите фрагменте према преосталим деловима (проксимални, средњи, дистални, расцеп са десне стране и расцеп са леве стране).Издужење се израчунава дељењем максималне дужине са максималном ширином.Измерите ширину платформе, дебљину и угао спољне платформе нетакнутог пресека и проксималних фрагмената пресека и класификујте платформе према степену припреме.Забележите покривеност кортекса и локацију на свим резовима и фрагментима.Дисталне ивице су класификоване према врсти завршетка (перо, шарка и горња виљушка).На целом пресеку забележите број и смер ожиљка на претходном пресеку.Када наиђете, забележите локацију модификације и инвазивност у складу са протоколом који је успоставио Цларксон (59).Планови реновирања су покренути за већину комбинација ископавања да би се процениле методе рестаурације и интегритет таложења локације.
Камени артефакти пронађени из пробних јама (ЦС-ТП1-21, СС-ТП1-16 и НГА-ТП1-8) описани су према једноставнијој шеми од контролисаног ископавања.За сваки артефакт, забележене су следеће карактеристике: сировина, величина честица, покривеност кортекса, степен величине, оштећење од временских услова/ивица, техничке компоненте и очување фрагмената.Забележене су описне напомене за дијагностичке карактеристике љускица и језгара.
Комплетни блокови седимента исечени су са откривених делова у ископинама и геолошким рововима.Ово камење је фиксирано на лицу места гипсаним завојима или тоалет папиром и траком за паковање, а затим превезено у Геолошку археолошку лабораторију Универзитета у Тубингену у Немачкој.Тамо се узорак суши на 40°Ц најмање 24 сата.Затим се очвршћавају под вакуумом, применом мешавине непромовисане полиестерске смоле и стирена у односу 7:3.Метил етил кетон пероксид се користи као катализатор, смеша смола-стирен (3 до 5 мл/л).Када се смеша смоле гелира, загрејте узорак на 40°Ц најмање 24 сата да се смеша потпуно очврсне.Тестером за плочице исеците очврсли узорак на комаде величине 6 × 9 цм, залепите их на стакло и самељите до дебљине од 30 μм.Добијени резови су скенирани помоћу равног скенера и анализирани коришћењем равно поларизоване светлости, унакрсно поларизоване светлости, косог упадног светла и плаве флуоресценције голим оком и увећањем (×50 до ×200).Терминологија и опис танких пресека прате смернице које су објавили Стоопс (60) и Цоурти ет ал.(61).Карбонатни чворићи који формирају земљиште сакупљени са дубине од > 80 цм секу се на пола тако да се половина може импрегнирати и изводити у танким резовима (4,5 × 2,6 цм) коришћењем стандардног стерео микроскопа и петрографског микроскопа и катодолуминисценције (ЦЛ) Истраживачки микроскоп .Контрола карбонатних типова је веома опрезна, јер је формирање земљишног карбоната везано за стабилну површину, док је формирање карбоната подземних вода независно од површине или земљишта.
Узорци су избушени са површине усека карбонатних нодула који формирају земљиште и преполовљени за различите анализе.ФС је користио стандардне стерео и петрографске микроскопе Радне групе за геоархеологију и ЦЛ микроскоп Експерименталне минералогијске радне групе да проучава танке кришке, а оба се налазе у Тибингену, Немачка.Подузорци за радиокарбонско датирање избушени су помоћу прецизних бушилица са одређеног подручја старог око 100 година.Друга половина нодула је пречника 3 мм да би се избегла подручја са касном рекристализацијом, богатим минералним инклузијама или великим променама у величини кристала калцита.Исти протокол се не може пратити за узорке МЕМ-5038, МЕМ-5035 и МЕМ-5055 А.Ови узорци се бирају из узорака лабавог седимента и сувише су мали да би се преполовили за танко сечење.Међутим, студије танког пресека су спроведене на одговарајућим микроморфолошким узорцима суседних седимената (укључујући карбонатне нодуле).
Узорке за датирање 14Ц предали смо Центру за примењена истраживања изотопа (ЦАИС) на Универзитету Џорџије, Атина, САД.Узорак карбоната реагује са 100% фосфорном киселином у евакуисаном реакционом суду да би се формирао ЦО2.Нискотемпературно пречишћавање ЦО2 узорака од других производа реакције и каталитичка конверзија у графит.Однос графита 14Ц/13Ц мерен је помоћу масеног спектрометра акцелератора од 0,5 МеВ.Упоредите однос узорка са односом измереним са стандардом оксалне киселине И (НБС СРМ 4990).Као подлога се користи карарски мермер (ИАЕА Ц1), а као секундарни стандард се користи травертин (ИАЕА Ц2).Резултат је изражен као проценат модерног угљеника, а цитирани некалибрирани датум је дат у радиокарбонским годинама (БП године) пре 1950. године, користећи полуживот 14Ц од 5568 година.Грешка се наводи као 1-σ и одражава статистичку и експерименталну грешку.На основу вредности δ13Ц мерене масеном спектрометријом односа изотопа, Ц. Виссинг из Биогеолошке лабораторије у Тубингену, Немачка, пријавио је датум фракционисања изотопа, осим за УГАМС-35944р измерен у ЦАИС.Узорак 6887Б је анализиран у дупликату.Да бисте то урадили, избушите други подузорак из нодула (УГАМС-35944р) из области узорковања назначене на површини сечења.ИНТЦАЛ20 калибрациона крива (Табела С4) (62) примењена на јужној хемисфери коришћена је за корекцију фракционисања атмосфере свих узорака на 14Ц до 2-σ.