在晚更新世期间,全球海平面经历了剧烈波动,在最后一次冰盛期(LGM,约26-19千年前)下降了约120-130米,导致印度-太平洋地区的广阔大陆架暴露出来(Lambeck等人,2014年)。东海(ECS)大陆架是世界上最大的边缘海架之一,面积约为50万平方公里,在这些冰期低海平面时期发生了深刻的变化。该大陆架平均深度为349米,在海洋同位素阶段(MIS)4和2期间经历了显著的(尽管不是完全的)暴露,形成了一个广阔的低洼陆地景观(Li等人,2014年;Wang等人,2024年)。地球物理和沉积学研究表明,这一暴露区域是由河流谷地、三角洲、湖泊和沿海湿地组成的复杂镶嵌体,这些地貌被长江和黄河的古河道切割而成(Liu等人,2007年;Xu等人,2010年;Wang等人,2024年)。尽管我们对它的物理地理有所了解,但一个基本问题仍然存在争议:这种新出现的地形是由什么样的生态系统主导的——是一片广阔的草原、一片茂密的森林,还是一个异质的生物群落?
解决这一争论对于该地区的古生态重建至关重要。目前围绕ECS的植被特征是:在湿润的低地地区是亚热带常绿阔叶林(例如栎属、山毛榉属),而在高地地区是温带落叶-针叶混交林(Li等人,2006年;Cao等人,2022年)。来自中国和日本的陆地花粉记录显示,在较冷、较干燥的冰期,这些森林收缩,而草本植物(例如禾本科、蒿属)扩张(Xu等人,2010年;Chen等人,2020年)。因此,有人假设暴露的ECS大陆架也主要由类似的开放草本植被主导。然而,直接证实这一点的证据一直难以获得。
我们目前对暴露ECS大陆架古植被的理解几乎完全依赖于间接的海洋沉积记录,特别是来自冲绳海槽的记录(Xu等人,2010年;Zheng等人,2011年,2013年)。这些远距离记录通常显示,在MIS 4到MIS 2期间,草本植物花粉(如禾本科、蒿属和莎草科)的比例增加,这被解释为相邻大陆架上草原扩张的证据(Zheng等人,2011年,2013年)。然而,这些冲绳海槽的记录存在显著局限性,无法清晰地反映大陆架的植被状况。其中包含的花粉组合受到风和洋流长距离传输的影响,整合了来自广阔且地质复杂的大陆区域的沉积物,以及潜在的埋藏学偏差(Luo等人,2014年;Bandara等人,2023年)。因此,这些信号可能并不能准确代表南部暴露大陆架地区的局部植被,而是一个混合的区域特征。此外,时间上的不确定性、海洋储层效应的限制(Yoneda等人,2007年)以及总体较低的分辨率等因素,使得这些记录无法捕捉到大陆架景观的细尺度植被镶嵌体和快速的环境变化。
这种缺乏直接证据的情况与研究更为充分的渤海、黄海和南海(SCS)的大陆架形成了鲜明对比。来自这些地区的多项孢粉学和沉积学研究一致表明,在冰期期间,暴露的大陆架支持着冷干的草原、蒿属-藜科草原或开阔的稀树草原生态系统,以及零星分布的松属和耐旱灌木(Sun等人,2000年;Wang等人,2009年;Li等人,2014年,2014年,2020年;Dai等人,2015年;Yu等人,2017年)。这些重建描绘了一个连续的、相对开放的陆地走廊,由渤海、黄海、SCS和ECS的暴露大陆架在最后一次冰河时期形成,将中国大陆与朝鲜半岛、台湾和琉球群岛连接起来(图1)(Li等人,2014年;Zheng等人,2011年)。然而,这一走廊中关键的ECS段的生态特征仍然知之甚少,是一个重要的知识空白。与较浅的渤海和黄海相比,ECS大陆架的更大深度和更复杂的水动力环境引发了这样一个关键问题:它是否支持了类似的生态系统,或者有根本的不同。这一空白阻碍了我们对整个东亚暴露沿海平原的栖息地连通性、资源可用性和景观适宜性的全面理解。
正是在这种古生态学背景下,早期人类迁徙的问题变得极为重要。智人进入东亚是人类史前史上的一个关键人口事件。分子和古生物学数据表明,在大约12万至4万年前发生了多次迁徙波(Bae等人,2017年;Sun等人,2021年)。最近的发现,如在老挝的Tam Pà Ling和中国的Fuyan洞穴中的发现,指向了一条通过巽他陆桥和SCS大陆架的早期南部路线(Freidline等人,2023年;Ao等人,2024年)。随后在MIS 3期间,人们向北扩展进入中国,那是一个气候更温暖、更湿润的时期,可能支持混合森林生态系统和多样的动物群(Wang等人,2008年)。长期以来,人们一直假设在冰期低海平面期间暴露的广阔大陆架是可行的迁徙走廊,提供了比内陆路线更低的地形障碍的可通行地形(Erlandson,2001年;Rabett,2018年)。人类沿这些走廊的成功迁徙取决于关键的环境因素,包括适宜的栖息地(例如支持猎物和可食用植物的草原和林地)、资源的可预测性(例如来自河流系统的淡水、石料原料)以及具有最小生态梯度的可航行地形(Boivin等人,2013年;Beyer等人,2021年)。虽然渤海、黄海和SCS大陆架似乎满足了这些条件(Li等人,2014年;Li等人,2014年;Dai等人,2015年),但ECS大陆架作为人类走廊的可行性在没有直接古生态数据的情况下仍然只是猜测。
为了解决这一关键的数据空白,本研究提供了来自ECS外大陆架(水深97米)的TBF-1岩芯的高分辨率、年代明确的孢粉学和沉积学数据集。TBF-1岩芯位于外大陆架的战略位置,在低海平面时期是陆地,这比冲绳海槽等远距离档案具有关键优势。虽然海槽记录反映了受长距离传输影响的混合区域信号,但TBF-1岩芯直接捕捉到了暴露大陆架本身的更直接和局部的植被信号。这为直接在源头解决古植被的争论提供了前所未有的机会。该岩芯提供了从MIS 4到MIS 1(大约过去的71,000年)的连续沉积记录,仅在LGM期间有短暂中断(Wang等人,2024年)。通过将岩相分析与来自冰期期间暴露大陆架位置的详细花粉记录相结合,本研究旨在:(1)直接重建MIS 4到MIS 1期间ECS大陆架的植被动态和沉积环境;(2)验证MIS 4到MIS 2期间草原和开阔林地生态系统的扩张是否创造了有利于早期人类进入东亚的适宜生态系统。