火的发现和利用改变了古人类的生存方式和生产方式。火不但提供光亮和温暖,并可用于烧烤食物、制作石器、烧制陶器等,极大地提高了古人类的生存能力和生产效率,推动了技术和社会的进步,是人类演化进程中最重要的里程碑。因此,旧石器遗址用火遗迹是早期古人类行为学研究的重要手段之一。中国科学院古脊椎动物与古人类研究所郑妍等与多个单位在云南硝洞和平文化遗址开展合作研究,采用环境磁学和矿物学等方法,准确有效地获得沉积物中古人类用火历史并估算古人类用火温度,相关成果近期发表在《考古科学杂志》(Journal of Archaeological Science)。

和平文化是东南亚地区从旧石器时代向新石器时代过渡的重要阶段，以狩猎和采集为特色。位于云南省西南边缘的硝洞曾发掘出大量的动植物化石和石器，是东南亚最古老，且位于最北端的和平文化遗址（图1）。最新年代结果表明，古人类在硝洞中生存居住的时间跨度约从65 ka至15 ka。沉积层序中发现多层与天然沉积物明显不同的灰黑色沉积物，并含大量碳屑，可能指示了古火遗迹。研究人员采用环境磁学方法结合矿物学和元素分析，全面识别沉积物中的火遗迹并获得硝洞遗址的古人类用火历史。

图1 东南亚和平文化分布及云南硝洞位置和洞穴示意图

研究结果表明天然沉积物中含铁硅酸盐等顺磁性矿物含量多，磁性颗粒细。被火影响的灰黑色沉积物中磁铁矿含量增多，磁性颗粒更粗（图2）。这是由于顺磁性含铁硅酸盐矿物在温度的升高过程中，转化为亚铁磁性球形磁铁矿（图3），从而导致沉积物的磁性增强。研究人员根据阶段性的磁化率随温度变化曲线和剩磁矫顽力谱估算古火温度（图4）：1.8至2.5米之间的70 cm沉积物的磁增强是长期持续燃烧的结果，沉积物所记录的火温度约400°C；3.65米、4.45米和4.55米左右的磁增强厚度约2-5 cm，指示了三个相对短期的燃烧，古火温度约为350°C。另外两层灰黑色沉积物矿物组分没有变化，推测沉积物颜色可能与火无关，至少非原位燃烧所致。磁性方法可以准确有效地获得考古沉积物中的古人类控制用火历史并估算古火温度，为古人类行为学研究提供重要的证据。

图2 硝洞遗址的磁学结果，其中I-4，II-i, iv和v四段灰黑色沉积物（黑色星号）显示磁性增强，指示云南地区旧石器时期古人类用火遗迹，而II-ii和iii两段灰黑色沉积物（空心星号）无磁异常，可能与火无关

图3 自然沉积物（1-3）中含铁矿物呈棱角状，以含铁硅酸盐为主；烧过沉积物（4-7）中矿物表面呈球粒状，是含铁硅酸盐受热后，其外表氧化形成球形磁铁矿

图4 磁化率随温度变化曲线和加热测试后的样品剩磁矫顽力分布图谱。加热曲线和冷却曲线几乎重合（a2），并且加热测试后的样品的剩磁矫顽力谱（b2）与加热测试前（1和2）几乎一致的最高温度点，即沉积物中记录的古人类用火温度（蓝色星号），分别为400°C和350°C。

本项研究得到国家自然科学基金项目（41974079, 41991323, 42488201, 42361144879），云南基础研究项目（202301BF070001-005），国家重点基础研究计划项目（2022YFF0801502）和昆士兰-中国科学院联合科学基金（QCAS036, 045GJHZ2023001MI）联合支持。

原文链接： https://doi.org/10.1016/j.jas.2024.106086