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1、中原新石器文化与古气候的关系 ? 陆 ? 巍 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 吴宝鲁 (中国社会科学院考古研究所? 北京? 100710) ? ? ? ? ? ( 北京市农林科学院? 北京? 100081) 提? 要? ? 讨论了中原新石器时代文化遗址14C 年代序列的代表性; 分析了新石器古文化与古气候的演变; 根据陕 西扶风案板遗址(傍龙寺) 的孢粉资料, 结合冰川前进、 冰缘现象等因素, 重建了代表中原地区的 12 3 ka B. P. 的 古年均气温和古年降水量曲线; 又根据古文化与古气候关系的数学模型, 进行了数学模拟。认为, 在降水量超过 500 mm(主要因素) 时,
2、 年均气温超过 13 ? 是关中地区史前古文化繁盛的必要条件。 关键词? ? 中原地区? 新石器文化? 古气候 分类号? ? 中图法? P532 ? ? 文明史以前的古人类还只是地球生态系统的一 个组成部分, 其生存和发展, 基本上依赖生态系统提 供的生物源。生物源的扩展和退缩受制于气候的变 化。即使人类到了新石器时代( 文明史的前夕) 有了 农业, 这种依赖也没有多大变化。受气候控制的农 业, 提供部分食物和其它生活资料。相当大一部分 生活资料直接取之于自然界; 狩猎和采集仍是重要 的经济活动。第四纪晚期, 5 万年以来中国古人类 三次迁移, 伴随南北文化的融合, 其起因是气候变 化 1 。
3、总之文明史以前的人类受生态学规律的控 制。 本文以中原( 河南、 晋南和关中地区) 新石器文 化遗址数的变化来证明上述论点, 证明古文化的盛 衰、 变迁和中断都是由气候和环境的变化所决定的。 最后, 给出文化与气候关系的数学模式和模拟结果。 1 ? 中原新石器时代文化遗址的 14C 年代序列的代表性 ? ? 中原是我国几十年重点考古发掘地区。新石器 时期已发现有 14 C 年代的遗址 126 处 2 。中原新石 器遗址( 包括无 14 C 测年的遗址) 分布的密度( 不计 年代) 为 1 遗址? 830 km 2, 作为样本, 这种实际资料 能否代表母体。很显然, 在某地某年随机发现新石 器文
4、化遗址的概率是很小的( 例如中原为万分之 二) 。因而史前古遗址遵守泊松( Poisson) 分布: P( n) = ? n n! e - ? ( 1) 图 1 是中原 14 C 年代序列的分布, 实圈点为实测值, n 为遗址数?200 a。 ( 1) 式泊松分布曲线是按 ?= 2. 93( 即: 2. 93 个有 14 C 测年的遗址数? 200 a) 计算 的。 图 1? 中原遗址泊松分布 曲线和实际资料的拟合 Fig. 1? The fitting between the number of site in middle of China and Poisson distribution
5、 ? ? 由于 ? 2 = 17. 6, 通过 p 0. 10 的统计检验, 确 认中原之 14 C年代序列可以代表其母体, 即现有测 第 19卷第 1期 1 9 9 9 年 2 月? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 地? 理? 科? 学 SCIENTIA GEOGRAPHICA SINICA ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? Vol. 19? No. 1 Feb. , 1 9 9 9 ?感谢么枕生、 丘宝剑教授、 Prof. Dr. H. Flohn, Prof. Dr. W. Weischet, Prof. Dr. M. Domr?s 曾提出宝贵意见; 感谢王
6、金霞女士帮助打 印成稿。 第一作者简介: 陆巍, 男, 1962年南京大学气象学系毕业, 教授, 从事气候变化与人类历史研究。 收稿日期: 1997- 07- 02; 改回日期: 1997- 12- 15 年资料可代表新石器时期遗址数的变化。其它诸如 黄河上游和下游, 以及长江流域 14 C 年代序列均可 代表其母体( p 均大于 0. 05) 。 2 ? 新石器时期古文化和古气候的演变 由于古文化和古气候的变迁息息相关, 在分期 上相当一致。中原新石器文化分三期: 前仰韶文化 期( 8. 3 6. 9 ka B. P. ) , 仰韶文化期( 6. 9 5. 0 ka B. P. ) , 龙山
7、文化期( 5. 0 4. 0 ka B. P. ) 。以冰进为 代表的寒冷气候成为各期文化的分界线, 大致如下 所述。 ( 1) 8. 3 ka B. P. 的冰进气候( 以昆仑山古里雅 冰进为代表) 之后, 进入大暖期气候段, 年均气温距 今差( 古年均气温与现代年均气温之差) 2? , 关中地 区的老官台文化、 河南裴李岗文化、 河北南部的磁山 文化, 成为该期文化的代表。它们是中原古文明的 前身, 有了农业和纺织业, 有了磨制的石器和手制的 陶器, 有了原始文字。这期大暖气候和繁荣文化一 直持续到 6. 9 ka B. P. 。 ( 2) 前仰韶期在 7. 4 ka B. P. 有过中断
8、, 这也是 一次冰进( 贡嘎山海螺沟冰进, 李吉均等, 1983) 气候 所造成的。其中前期老官台文化中断东移( 由关中 平原西端移到其中东部) 。 (3) 大约在 6. 9 ka B. P. 前后出现一次寒冷气 候。这次气候的变化使得中原地区年均气温下降了 2 3? ( 比大暖盛期) , 终止了前仰韶文化。中原古 人类大迁移, 特别是关中古人向东和向东南迁移, 使 得原裴李岗文化区的西部北部尽为关中部民所占 有。迁移造成异质文化的交流, 进而创造了新文化, 即仰韶文化。 ( 4) 仰韶文化期存在了 2000 a 左右( 7 5 ka B. P. ) 。这时大暖期气候达到极盛, 暖湿气候造成森
9、 林或森林草原景观。仰韶文化在生产工具方面、 在 制陶业方面都有长足进步。特别是出现了灿烂的彩 陶文化, 同时也出现了陶符( 在陶器上刻有类文字的 符号) 和原始文字。仰韶文化期分前后两个阶段。 ( 5) 大约 5. 7 ka B. P. 发生天山乌鲁木齐河源冰 进。这次寒冷气候中断仰韶前期半坡村文化, 开始 了庙底沟、 西王村文化 ? 仰韶后期文化。文化重 心再次东移。但整个仰韶期文化是相当繁荣的, 所 发现的遗址数达到峰值( 3. 4 个遗址? 1 000 km 2) ( 6) 大约发生在 5. 0 ka B. P. 前后的一次寒冷气 候( 以内蒙古南部萨拉乌苏河滴哨沟湾冰缘事件为 代表)
10、 , 终止了仰韶文化期。中原新石器文化进入最 后阶段 ? 龙山文化期。 ( 7) 龙山文化期( 5. 0 4. 0 ka B. P. ) 的气候是 大暖期的最后一个暖湿气候段, 年均气温距今差为 2 3 ? , 龙山文化期连续存在了 1 000 多年, 其最 主要成就是陶器已轮制, 焙烧火候高, 器壁薄( 特别 是所谓蛋壳黑陶) , 末期出铜器。原始文字亦有发 展, 已有象意文字 3 。此外, 农业生产工具有较大的 进步。这一切, 为古人进入文明史阶段打下稳定的 基础。在 4 ka B. P. 前后, 乌鲁木齐河源冰川又一次 冰进, 结束了大暖期气候, 也结束了新石器文化, 中 国历史进入文明
11、史阶段。 综上所述, 人们可以发现, 古气候的变化是古文 化兴衰的主要原因。 3 ? 中原新石器时期古气候的复原 中原的古气候, 可用扶风案板遗址之傍龙寺孢 粉剖面资料来重建 4 。重建原理用下式表示: T = ? n i= 1 TiPi( 2) 式中 ? Ti为第 i 个物种( 树种) 最有竞争力的年 均气温( 或年降水量) , Pi为该物种在某地剖面中某 时段出现的频率( 或占总孢粉量的百分比) 。重建的 傍龙寺古温和降水时间曲线用图 2 表示。 图 2? 陕西扶风案板遗址 ( 傍龙寺)12 3 ka B. P. 前古气候 Fig. 2? Paleoclimate of middle pa
12、rt of China in 12 ka B. P. - 3 ka B. P. above: the precipitation; under: the temperature ? ? 傍龙寺孢粉剖面分辨率不高, 在古温重建中参 考了发生在中国的古寒冷事件: 在傍龙寺剖面记录 了 5. 7 ka B. P. 一次冰进事件, 当时古年均气温距今 差为 0. 7 ? 。因此, 可将大暖期历次冰进及冰缘事 件在距今差定为 0. 5 0. 8 ? 。这些寒冷事件和年 70? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 地? ? 理? ? 科? ? 学? ? ? ? ? ?
13、? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 19 卷 代已标在图 2上。 由图 2 可以得出以下结论: ( 1) 大约在 11. 8 ka B. P. , 中原的气候已进入冰 后暖期, 距今差 ?t ?0. 5 ? , 一直持续到 3 000 a 前。最大距今差 ?t= 3 ? , 平均增温为 2 ? 左右。 ( 2) 关中地区的降水到 8 ka B. P. 以后才比现在 多。而 12 8 ka B. P. 这 4 000 a 里, 关中地区的降 水比现在少 50 mm, 处于草原的边缘, 为疏林草原 景观。从 8 ka B. P. 以后, 降 水一 直增加。到 3 000 a 前
14、, 降水比现代多 150 mm, 平均比现代多 90 mm, 是森林景观。 ( 3) 中原已发现的古文化是从 8 ka B. P. 开始 的。因而可以看出, 森林景观对古先民有决定性的 意义。在中原以外其它遗址也证明了这点, 因为水 ( 因而森林) 从来就是古先民的生命线。森林一旦消 失, 古先民只有迁移。 ( 4) 在降水一直充沛的条件下, 古文化的盛衰就 更多地决定于气温的高低。 4 ? 古文化与古气候关系的数值模拟 按 Leith 的图 5 , 在中原古气温变化的范围内, 植被生产力( kg? ( m 2?a) ) 与年均气温的关系有较严 格的线性关系。因而, 年均气温和农业植被第一生
15、产力( 古人生活资料的来源) 可以互相代替。 P = 0. 082t + 1. 59( 3) ? ? 在猿人和古人时代, 生活资料主要靠大自然的 恩赐, 古人群体的大小( 或人口的数量) 可用下面的 Voltera 方程来描述: dx dt = - k1x + ?1xy dy dt = - k2y + ?2xy方面 ( 4) 式中? x 表示远古人口数量( 本文表示遗址数) ; y 表示生活资料源的数量; k1为人口死亡率; ?1为 古人类采捕食物的能力; k2为生活资料源的自生能 力; ?2为生活资料源的消减速率( 或对人群的支持 能力) 。按( 4) 式可得下述生活资料( 即气温) 与古人
16、 群体大小( 古人类人口数) 之间的数学模型。其中, xy 表示古人必须有足够的生活资料源, 才能使自己 生存和发展。而 xy 表示人类对生物源的攫取必须 适量, 否则引起生物圈的萎缩, 终究危及人类生存。 dx dy = ?1x ( y - a) ?2y( b- x ) ( 5) 式中? a= k1?1, b= k2?2 解上述微分方程可得 blnx - x = ?0( y - alny) + c( 6) 上式中 ? ? ?0和 c 为待定常数;?0= ?1 ?2 ? ? 表 1 中给出不同年代的距今差 ?t ? 、 生活资料 源强度 P?kg? ( m 2?a)?和遗址数? 百年( 有14 C 测年的 遗址数) 。由表 1 可以点成图 3, 并通过试算拟合的 方法, 得到误差最小的下列适定值: b = k2?2= 2. 5 a = k1?1= 1. 65 ?0= ?1?2= 184. 6538 c0= 153. 1254 ( 7) 代入( 6) 式, 则可以计算给定生活资料源强度下应有 的遗址数, 即得
