Homo sapiens สมัยใหม่ได้มีส่วนร่วมในการเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศจำนวนมาก แต่เป็นการยากที่จะตรวจพบต้นกำเนิดหรือผลที่ตามมาของพฤติกรรมเหล่านี้ในระยะแรกโบราณคดี ธรณีวิทยา ธรณีสัณฐานวิทยา และข้อมูลบรรพชีวินวิทยาจากมาลาวีตอนเหนือบันทึกความสัมพันธ์ที่เปลี่ยนแปลงระหว่างการมีอยู่ของนักหาอาหาร การจัดระเบียบระบบนิเวศ และการก่อตัวของพัดในลุ่มน้ำในยุคไพลสโตซีนตอนปลายหลังจากประมาณศตวรรษที่ 20 ระบบที่หนาแน่นของสิ่งประดิษฐ์หินและพัดลุ่มน้ำได้ก่อตัวขึ้น92,000 ปีที่แล้วในสภาพแวดล้อมแบบ Paleo-Ecoological ไม่มีอะนาล็อกในบันทึก 500,000 ปีที่ผ่านมาข้อมูลทางโบราณคดีและการวิเคราะห์พิกัดหลักแสดงให้เห็นว่าไฟที่มนุษย์สร้างขึ้นในช่วงต้นผ่อนคลายข้อจำกัดตามฤดูกาลในการจุดไฟ ซึ่งส่งผลต่อองค์ประกอบของพืชและการกัดเซาะเมื่อรวมกับการเปลี่ยนแปลงของปริมาณน้ำฝนที่ขับเคลื่อนโดยสภาพอากาศ ในที่สุดก็นำไปสู่การเปลี่ยนแปลงทางนิเวศวิทยาไปสู่ภูมิทัศน์เทียมก่อนการเกษตรในยุคแรกๆ
มนุษย์สมัยใหม่เป็นผู้ส่งเสริมการเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศที่ทรงพลังเป็นเวลาหลายพันปี ที่พวกมันได้เปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมอย่างกว้างขวางและโดยเจตนา ทำให้เกิดการถกเถียงว่าระบบนิเวศแรกที่มนุษย์ปกครองเกิดขึ้นเมื่อใดและอย่างไร (1)หลักฐานทางโบราณคดีและชาติพันธุ์วิทยามากขึ้นเรื่อยๆ แสดงให้เห็นว่ามีปฏิสัมพันธ์แบบเรียกซ้ำระหว่างผู้หาอาหารกับสภาพแวดล้อมของพวกมัน ซึ่งบ่งชี้ว่าพฤติกรรมเหล่านี้เป็นพื้นฐานของวิวัฒนาการของสายพันธุ์ของเรา (2-4)ข้อมูลฟอสซิลและพันธุกรรมระบุว่า Homo sapiens มีอยู่ในแอฟริกาเมื่อประมาณ 315,000 ปีก่อน (ka)ข้อมูลทางโบราณคดีแสดงให้เห็นว่าความซับซ้อนของพฤติกรรมที่เกิดขึ้นทั่วทั้งทวีปได้เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญในช่วงที่ผ่านมาประมาณ 300 ถึง 200 กาช่วงจุดสิ้นสุดของ Pleistocene (Chibanian) (5).นับตั้งแต่เราเกิดเป็นสายพันธุ์ มนุษย์เริ่มพึ่งพานวัตกรรมทางเทคโนโลยี การจัดการตามฤดูกาล และความร่วมมือทางสังคมที่ซับซ้อนเพื่อเจริญเติบโตคุณลักษณะเหล่านี้ช่วยให้เราสามารถใช้ประโยชน์จากสภาพแวดล้อมและทรัพยากรที่ไม่มีคนอาศัยหรือสุดโต่งก่อนหน้านี้ ดังนั้นวันนี้มนุษย์จึงเป็นสัตว์ชนิดเดียวทั่วโลก (6)ไฟมีบทบาทสำคัญในการเปลี่ยนแปลงนี้ (7)
แบบจำลองทางชีววิทยาบ่งชี้ว่าความสามารถในการปรับตัวให้เข้ากับอาหารที่ปรุงแล้วสามารถสืบย้อนไปถึงอย่างน้อย 2 ล้านปีก่อน แต่จนถึงจุดสิ้นสุดของ Pleistocene กลางนั้นหลักฐานทางโบราณคดีแบบเดิมของการควบคุมไฟก็ปรากฏขึ้น (8)แกนกลางมหาสมุทรที่มีบันทึกฝุ่นจากพื้นที่ขนาดใหญ่ของทวีปแอฟริกาแสดงให้เห็นว่าในช่วงหลายล้านปีที่ผ่านมา จุดสูงสุดของธาตุคาร์บอนปรากฏขึ้นหลังจากประมาณ 400 ka ส่วนใหญ่ในช่วงการเปลี่ยนผ่านจากยุคน้ำแข็งเป็นยุคน้ำแข็ง แต่ก็เกิดขึ้นในช่วง โฮโลซีน (9)นี่แสดงให้เห็นว่าก่อนประมาณ 400 ka ไฟไหม้ในอนุภูมิภาคทะเลทรายซาฮารานั้นไม่ธรรมดา และการช่วยเหลือของมนุษย์มีความสำคัญในโฮโลซีน (9)ไฟเป็นเครื่องมือที่ใช้โดยคนเลี้ยงสัตว์ทั่วโฮโลซีนเพื่อเพาะปลูกและบำรุงรักษาทุ่งหญ้า (10)อย่างไรก็ตาม การตรวจจับพื้นหลังและผลกระทบต่อระบบนิเวศน์ของการใช้ไฟโดยนักล่าและรวบรวมทรัพยากรในยุคไพลสโตซีนตอนต้นนั้นซับซ้อนกว่า (11)
ไฟเรียกว่าเครื่องมือทางวิศวกรรมสำหรับการจัดการทรัพยากรทั้งในด้านชาติพันธุ์วิทยาและโบราณคดี รวมถึงการปรับปรุงผลตอบแทนการดำรงชีวิตหรือการปรับเปลี่ยนวัตถุดิบกิจกรรมเหล่านี้มักเกี่ยวข้องกับการวางแผนสาธารณะและต้องการความรู้ทางนิเวศวิทยาเป็นอย่างมาก (2, 12, 13)ไฟไหม้ขนาดภูมิทัศน์ช่วยให้นักล่าและรวบรวมสามารถขับไล่เหยื่อ ควบคุมศัตรูพืช และเพิ่มผลผลิตที่อยู่อาศัย (2)ไฟไหม้ในสถานที่ส่งเสริมการทำอาหาร การให้ความร้อน การป้องกันนักล่า และความสามัคคีในสังคม (14)อย่างไรก็ตาม ขอบเขตที่ไฟของนักล่า-รวบรวมสามารถกำหนดองค์ประกอบของภูมิทัศน์ใหม่ได้ เช่น โครงสร้างของชุมชนระบบนิเวศและภูมิประเทศ นั้นมีความคลุมเครือมาก (15, 16)
หากปราศจากข้อมูลทางโบราณคดีและธรณีสัณฐานวิทยาที่ล้าสมัยและบันทึกด้านสิ่งแวดล้อมอย่างต่อเนื่องจากสถานที่หลายแห่ง การทำความเข้าใจการพัฒนาการเปลี่ยนแปลงทางนิเวศวิทยาที่เกิดจากมนุษย์ก็เป็นปัญหาบันทึกการสะสมทะเลสาบระยะยาวจาก Great Rift Valley ในแอฟริกาใต้ตอนใต้ รวมกับบันทึกทางโบราณคดีโบราณในพื้นที่ ทำให้เป็นสถานที่ในการตรวจสอบผลกระทบทางนิเวศวิทยาที่เกิดจาก Pleistoceneที่นี่ เรารายงานเกี่ยวกับโบราณคดีและธรณีสัณฐานวิทยาของภูมิทัศน์ยุคหินที่กว้างขวางในแอฟริกากลางตอนใต้จากนั้น เราเชื่อมโยงกับข้อมูลสิ่งแวดล้อมยุคก่อนประวัติศาสตร์ซึ่งครอบคลุม >600 ka เพื่อระบุหลักฐานการเชื่อมต่อที่เก่าแก่ที่สุดของพฤติกรรมมนุษย์และการเปลี่ยนแปลงระบบนิเวศในบริบทของไฟที่มนุษย์สร้างขึ้น
เราได้กำหนดอายุเตียง Chitimwe ในเขต Karonga ที่ทางตอนเหนือสุดทางตอนเหนือของมาลาวีทางตอนใต้ของ African Rift Valley ที่ไม่เคยรายงานมาก่อน (ภาพที่ 1) (17)เตียงเหล่านี้ประกอบด้วยพัดลุ่มน้ำดินสีแดงและตะกอนแม่น้ำ ครอบคลุมพื้นที่ประมาณ 83 ตารางกิโลเมตร มีผลิตภัณฑ์จากหินนับล้านชิ้น แต่ไม่มีซากอินทรีย์ที่เก็บรักษาไว้ เช่น กระดูก (ข้อความเสริม) (18)ข้อมูลแสงที่ตื่นตา (OSL) จากบันทึก Earth (รูปที่ 2 และตาราง S1 ถึง S3) ได้แก้ไขอายุของเตียง Chitimwe เป็นปลาย Pleistocene และอายุที่เก่าแก่ที่สุดของการเปิดใช้งานพัดลมลุ่มน้ำและการฝังศพในยุคหินคือ 92 ka ( 18, 19)ชั้นลุ่มน้ำและแม่น้ำ Chitimwe ครอบคลุมทะเลสาบและแม่น้ำของชั้น Pliocene-Pleistocene Chiwondo จากความไม่สอดคล้องในมุมต่ำ (17)ตะกอนเหล่านี้ตั้งอยู่ในร่องรอยเลื่อนริมทะเลสาบการกำหนดค่าบ่งชี้การทำงานร่วมกันระหว่างความผันผวนของระดับทะเลสาบและข้อผิดพลาดที่ใช้งานอยู่ซึ่งขยายไปสู่ ​​Pliocene (17)แม้ว่าการเคลื่อนตัวของเปลือกโลกอาจส่งผลกระทบต่อภูมิประเทศในภูมิภาคและความลาดชันของพีดมอนต์เป็นเวลานาน กิจกรรมความผิดพลาดในพื้นที่นี้อาจชะลอตัวลงตั้งแต่สมัยไพลสโตซีนตอนกลาง (20)หลังจาก ~800 ka และจนกระทั่งหลังจาก 100 ka ไม่นาน อุทกวิทยาของทะเลสาบมาลาวีส่วนใหญ่ขับเคลื่อนโดยสภาพอากาศ (21)ดังนั้น ทั้งสองสิ่งนี้จึงไม่ใช่คำอธิบายเดียวสำหรับการก่อตัวของพัดลุ่มน้ำในยุคไพลสโตซีนตอนปลาย (22)
(A) ที่ตั้งของสถานีแอฟริกันที่สัมพันธ์กับปริมาณน้ำฝนในปัจจุบัน (เครื่องหมายดอกจัน);สีน้ำเงินเปียกและสีแดงแห้งกว่า (73);กล่องทางด้านซ้ายแสดงทะเลสาบมาลาวีและพื้นที่โดยรอบ MAL05-2A และ MAL05-1B ตำแหน่งของแกน /1C (จุดสีม่วง) ซึ่งเน้นพื้นที่ Karonga เป็นโครงร่างสีเขียว และตำแหน่งของเตียง Luchamange ถูกเน้น เป็นกล่องสีขาว(B) ภาคเหนือของแอ่งมาลาวี แสดงสภาพภูมิประเทศแบบเนินเขาที่สัมพันธ์กับแกนกลาง MAL05-2A, ฐานหิน Chitimwe ที่เหลืออยู่ (แพทช์สีน้ำตาล) และสถานที่ขุดค้นของโครงการ Malawi Early Mesolithic Project (MEMSAP) (จุดสีเหลือง) );ชะอำ Chaminade;MGD หมู่บ้าน Mwanganda;พังงา, งารา;SS, Sadara ใต้;VIN ภาพห้องสมุดวรรณกรรมWW, เบลูก้า.
อายุศูนย์ OSL (เส้นสีแดง) และช่วงข้อผิดพลาด 1-σ (สีเทา 25%) อายุ OSL ทั้งหมดที่เกี่ยวข้องกับการเกิดสิ่งประดิษฐ์ในแหล่งกำเนิดใน Karongaอายุที่สัมพันธ์กับข้อมูล 125 ka ที่ผ่านมาแสดง (A) ค่าประมาณความหนาแน่นของเคอร์เนลของอายุ OSL ทั้งหมดจากตะกอนพัดลมลุ่มน้ำ ซึ่งบ่งชี้การสะสมของพัดลมตะกอน/ลุ่มน้ำ (สีฟ้า) และการสร้างระดับน้ำในทะเลสาบขึ้นใหม่ตามค่าคุณลักษณะเฉพาะของการวิเคราะห์องค์ประกอบหลัก (PCA) ฟอสซิลและแร่ธาตุแท้ (21) (สีน้ำเงิน) จากแกน MAL05-1B/1C(B) จากแกน MAL05-1B/1C (สีดำ ค่าใกล้เคียงกับ 7000 โดยมีเครื่องหมายดอกจัน) และแกน MAL05-2A (สีเทา) จำนวนคาร์บอนโมเลกุลขนาดใหญ่ต่อกรัมทำให้เป็นมาตรฐานโดยอัตราการตกตะกอน(C) ดัชนีความสมบูรณ์ของสายพันธุ์ Margalef (Dmg) จากเกสรดอกไม้ฟอสซิลแกน MAL05-1B/1C(D) เปอร์เซ็นต์ของละอองเกสรฟอสซิลจาก Compositae ป่าไม้ miombo และ Olea europaea และ (E) เปอร์เซ็นต์ของละอองเกสรฟอสซิลจาก Poaceae และ Podocarpusข้อมูลเกสรทั้งหมดมาจากแกน MAL05-1B/1Cตัวเลขที่ด้านบนสุดอ้างอิงถึงตัวอย่าง OSL แต่ละรายการที่มีรายละเอียดในตาราง S1 ถึง S3ความพร้อมใช้งานของข้อมูลและความละเอียดต่างกันเนื่องจากช่วงเวลาสุ่มตัวอย่างและความพร้อมใช้งานของวัสดุในแกนกลางที่แตกต่างกันรูปที่ S9 แสดงบันทึกแมโครคาร์บอนสองรายการที่ถูกแปลงเป็นคะแนน z
(ชิติมเว) เสถียรภาพของภูมิประเทศหลังการก่อตัวของพัดนั้นแสดงให้เห็นโดยการก่อตัวของดินสีแดงและคาร์บอเนตที่ก่อตัวเป็นดิน ซึ่งปกคลุมตะกอนรูปพัดของพื้นที่ศึกษาทั้งหมด (ข้อความเสริมและตารางที่ S4)การก่อตัวของพัดลุ่มน้ำสมัยไพลสโตซีนตอนปลายในลุ่มน้ำทะเลสาบมาลาวีไม่ได้จำกัดอยู่เพียงบริเวณคารองกาเท่านั้นประมาณ 320 กิโลเมตรทางตะวันออกเฉียงใต้ของโมซัมบิก รายละเอียดความลึกของนิวไคลด์คอสโมจีนิกบนบกที่ 26Al และ 10Be จำกัดการก่อตัวของเตียง Luchamange ของดินสีแดงลุ่มน้ำที่ 119 ถึง 27 ka (23)การจำกัดอายุที่กว้างขวางนี้สอดคล้องกับลำดับเหตุการณ์ OSL ของเราสำหรับส่วนตะวันตกของลุ่มน้ำทะเลสาบมาลาวี และบ่งชี้ถึงการขยายตัวของพัดลุ่มน้ำในภูมิภาคในยุคไพลสโตซีนตอนปลายสิ่งนี้ได้รับการสนับสนุนโดยข้อมูลจากบันทึกหลักของทะเลสาบ ซึ่งบ่งชี้ว่าอัตราการตกตะกอนที่สูงขึ้นนั้นมาพร้อมกับประมาณ 240 ka ซึ่งมีมูลค่าสูงเป็นพิเศษที่แคลิฟอร์เนีย130 และ 85 ka (ข้อความเสริม) (21)
หลักฐานแรกสุดของการตั้งถิ่นฐานของมนุษย์ในพื้นที่นี้เกี่ยวข้องกับตะกอน Chitimwe ที่ระบุที่ ~92 ± 7 kaผลลัพธ์นี้อ้างอิงจากตะกอนที่ขุดได้ 605 ลูกบาศก์เมตร จากการขุดค้นทางโบราณคดีที่มีการควบคุมพื้นที่ 14 ย่อยเซนติเมตร และตะกอน 147 ลูกบาศก์เมตร จากหลุมทดสอบทางโบราณคดี 46 บ่อ ควบคุมในแนวตั้งถึง 20 ซม. และควบคุมในแนวนอนสูงสุด 2 เมตร (ข้อความเสริมและรูปที่ S1 ถึง S3) นอกจากนี้ เรายังสำรวจระยะทาง 147.5 กิโลเมตร จัดหลุมทดสอบทางธรณีวิทยา 40 แห่ง และวิเคราะห์โบราณวัตถุทางวัฒนธรรมมากกว่า 38,000 ชิ้นจาก 60 แห่ง (ตารางที่ S5 และ S6) (18)การสำรวจและการขุดค้นอย่างกว้างขวางเหล่านี้บ่งชี้ว่าแม้ว่ามนุษย์ในสมัยโบราณรวมถึงมนุษย์สมัยใหม่ในยุคแรกอาจเคยอาศัยอยู่ในพื้นที่เมื่อประมาณ 92 กา ปีที่แล้ว การสะสมของตะกอนที่เกี่ยวข้องกับการเพิ่มขึ้นและการรักษาเสถียรภาพของทะเลสาบมาลาวีไม่ได้รักษาหลักฐานทางโบราณคดีไว้จนกระทั่งถึงรูปแบบเตียงชิติมเว
ข้อมูลทางโบราณคดีสนับสนุนการอนุมานว่าในช่วงปลายควอเทอร์นารี การขยายตัวรูปพัดและกิจกรรมของมนุษย์ในมาลาวีตอนเหนือมีอยู่เป็นจำนวนมาก และโบราณวัตถุทางวัฒนธรรมเป็นของส่วนอื่นๆ ของแอฟริกาที่เกี่ยวข้องกับมนุษย์สมัยใหม่ในยุคแรกสิ่งประดิษฐ์ส่วนใหญ่ทำจากก้อนกรวดแม่น้ำควอทซ์หรือควอตซ์ โดยมีรัศมี เลวัลลอยส์ แท่นและแกนรีดิวซ์แบบสุ่ม (รูปที่ S4)สิ่งประดิษฐ์ในการวินิจฉัยทางสัณฐานวิทยาส่วนใหญ่มาจากเทคนิคประเภท Levallois เฉพาะยุค Mesolithic (MSA) ซึ่งมีอย่างน้อย 315 ka ในแอฟริกา (24)เตียง Chitimwe บนสุดอยู่จนถึงต้น Holocene ที่มีการกระจายเหตุการณ์ยุคหินตอนปลายอย่างกระจัดกระจาย และพบว่ามีความเกี่ยวข้องกับกลุ่มนักล่า-รวบรวม Pleistocene และ Holocene ตอนปลายทั่วแอฟริกาในทางตรงกันข้าม ประเพณีเครื่องมือหิน (เช่นเครื่องมือตัดขนาดใหญ่) ที่มักเกี่ยวข้องกับสมัยไพลสโตซีนตอนต้นตอนต้นนั้นหาได้ยากเมื่อสิ่งเหล่านี้เกิดขึ้น พวกมันถูกพบในตะกอนที่ประกอบด้วย MSA ในช่วงปลายไพลสโตซีนตอนปลาย ไม่ใช่ในระยะแรกของการสะสม (ตารางที่ S4) (18)แม้ว่าไซต์จะมีอยู่ที่ ~92 ka แต่ช่วงเวลาที่เป็นตัวแทนมากที่สุดของกิจกรรมของมนุษย์และการสะสมของพัดลมในลุ่มน้ำเกิดขึ้นหลังจาก ~70 ka ซึ่งกำหนดไว้อย่างดีโดยกลุ่มอายุ OSL (รูปที่ 2)เรายืนยันรูปแบบนี้ด้วยอายุ OSL ที่เผยแพร่ 25 รายการและ OSL ที่ยังไม่ได้เผยแพร่ก่อนหน้านี้ 50 รายการ (รูปที่ 2 และตาราง S1 ถึง S3)สิ่งเหล่านี้บ่งชี้ว่าจากการกำหนดอายุทั้งหมด 75 ครั้ง 70 ครั้งถูกกู้คืนจากตะกอนหลังจากประมาณ 70 kaรูปที่ 2 แสดงอายุ 40 ปีที่เกี่ยวข้องกับสิ่งประดิษฐ์ MSA ในแหล่งกำเนิด ซึ่งสัมพันธ์กับตัวบ่งชี้สภาพแวดล้อมหลักที่เผยแพร่จากศูนย์กลางของแอ่งกลาง MAL05-1B/1C (25) และ MAL05-2A ที่ศูนย์กลางแอ่งเหนือของทะเลสาบที่ไม่ได้เผยแพร่ก่อนหน้านี้ถ่าน (ติดกับพัดลมที่สร้างอายุ OSL)
การใช้ข้อมูลใหม่จากการขุดค้นทางโบราณคดีของไฟโตลิธและจุลสัณฐานวิทยาของดิน ตลอดจนข้อมูลสาธารณะเกี่ยวกับละอองเกสรฟอสซิล ถ่านขนาดใหญ่ ฟอสซิลในน้ำ และแร่ธาตุแท้จากแกนกลางของโครงการขุดเจาะทะเลสาบมาลาวี เราได้สร้างความสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับ MSA กับทะเลสาบมาลาวีขึ้นใหม่ครอบครองสภาพภูมิอากาศและสภาพแวดล้อมในช่วงเวลาเดียวกัน (21)สารสองตัวหลังเป็นพื้นฐานหลักในการสร้างความลึกของทะเลสาบสัมพัทธ์ขึ้นใหม่โดยมีอายุมากกว่า 1200 ka (21) และจับคู่กับตัวอย่างละอองเกสรและมาโครคาร์บอนที่รวบรวมจากตำแหน่งเดียวกันในแกนกลางของ ~636 ka (25) ในอดีต .แกนที่ยาวที่สุด (MAL05-1B และ MAL05-1C; 381 และ 90 ม. ตามลำดับ) ถูกเก็บรวบรวมประมาณ 100 กิโลเมตรทางตะวันออกเฉียงใต้ของพื้นที่โครงการทางโบราณคดีแกนสั้น (MAL05-2A; 41 ม.) ถูกเก็บรวบรวมไว้ประมาณ 25 กิโลเมตรทางตะวันออกของแม่น้ำรูคูลูเหนือ (รูปที่ 1)แกนกลาง MAL05-2A สะท้อนถึงสภาพสิ่งแวดล้อมและสิ่งแวดล้อมของโลกในพื้นที่ Kalunga ในขณะที่แกน MAL05-1B/1C ไม่ได้รับการป้อนโดยตรงจากแม่น้ำจาก Kalunga ดังนั้นจึงสามารถสะท้อนสภาพภูมิภาคได้ดีขึ้น
อัตราการตกสะสมที่บันทึกไว้ในแกนสว่านคอมโพสิต MAL05-1B/1C เริ่มต้นจาก 240 ka และเพิ่มจากค่าเฉลี่ยระยะยาวที่ 0.24 เป็น 0.88 ม./ก. (รูปที่ S5)การเพิ่มขึ้นครั้งแรกเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงในแสงแดดที่ปรับการโคจร ซึ่งจะทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงแอมพลิจูดสูงในระดับทะเลสาบในช่วงเวลานี้ (25)อย่างไรก็ตาม เมื่อความเยื้องศูนย์กลางของวงโคจรลดลงหลังจาก 85 ka และสภาพอากาศคงที่ อัตราการทรุดตัวยังคงสูง (0.68 m/ka)ซึ่งใกล้เคียงกับบันทึก OSL ภาคพื้นดิน ซึ่งแสดงให้เห็นหลักฐานอย่างกว้างขวางของการขยายตัวของพัดลมลุ่มน้ำหลังจากประมาณ 92 ka และสอดคล้องกับข้อมูลความอ่อนไหวที่แสดงความสัมพันธ์เชิงบวกระหว่างการกัดเซาะและไฟหลังจาก 85 ka (ข้อความเสริมและตาราง S7)ในมุมมองของช่วงข้อผิดพลาดของการควบคุม geochronological ที่มีอยู่ เป็นไปไม่ได้ที่จะตัดสินว่าความสัมพันธ์ชุดนี้มีวิวัฒนาการอย่างช้าๆ จากความคืบหน้าของกระบวนการแบบเรียกซ้ำหรือปะทุอย่างรวดเร็วเมื่อถึงจุดวิกฤตตามแบบจำลองทางธรณีฟิสิกส์ของวิวัฒนาการลุ่มน้ำ ตั้งแต่สมัยไพลสโตซีนตอนกลาง (20) การขยายรอยแยกและการทรุดตัวที่เกี่ยวข้องได้ช้าลง ดังนั้นจึงไม่ใช่เหตุผลหลักสำหรับกระบวนการสร้างพัดลมขนาดใหญ่ที่เรากำหนดหลังจาก 92 ka เป็นหลัก
ตั้งแต่สมัยไพลสโตซีนตอนกลาง สภาพภูมิอากาศเป็นปัจจัยหลักในการควบคุมระดับน้ำในทะเลสาบ (26)โดยเฉพาะการยกตัวของแอ่งทางเหนือปิดทางออกที่มีอยู่800 ka เพื่อทำให้ทะเลสาบลึกจนถึงระดับธรณีประตูของทางออกที่ทันสมัย ​​(21)ทางออกนี้ตั้งอยู่ทางตอนใต้สุดของทะเลสาบ กำหนดขีดจำกัดระดับน้ำในทะเลสาบในช่วงเวลาที่เปียก (รวมถึงวันนี้) แต่อนุญาตให้ปิดแอ่งเมื่อระดับน้ำในทะเลสาบลดลงในช่วงที่แห้งแล้ง (27)การสร้างระดับทะเลสาบขึ้นใหม่แสดงให้เห็นวัฏจักรแห้งและเปียกสลับกันในช่วง 636 ka ที่ผ่านมาตามหลักฐานจากละอองเกสรฟอสซิล ช่วงเวลาแห้งแล้งที่รุนแรง (ลดลงมากกว่า 95% ของน้ำทั้งหมด) ที่เกี่ยวข้องกับแสงแดดในฤดูร้อนที่ต่ำทำให้เกิดการขยายตัวของพืชกึ่งทะเลทราย โดยมีต้นไม้จำกัดอยู่ในแหล่งน้ำถาวร (27)ระดับต่ำสุด (ทะเลสาบ) เหล่านี้สัมพันธ์กับสเปกตรัมของละอองเรณู โดยแสดงสัดส่วนที่สูงของหญ้า (80% หรือมากกว่า) และซีโรไฟต์ (Amaranthaceae) โดยสูญเสียแท็กซ่าของต้นไม้และความสมบูรณ์ของสายพันธุ์โดยรวมต่ำ (25)ในทางตรงกันข้าม เมื่อทะเลสาบเข้าใกล้ระดับสมัยใหม่ พืชพรรณที่เกี่ยวข้องกับป่าภูเขาในแอฟริกามักจะขยายไปถึงฝั่งทะเลสาบ [ประมาณ 500 เมตรเหนือระดับน้ำทะเล (masl)]ทุกวันนี้ ป่าภูเขาในแอฟริกาปรากฏเป็นหย่อมเล็กๆ แยกกัน เหนือระดับ 1500 masl (25, 28) เท่านั้น
ระยะภัยแล้งรุนแรงครั้งล่าสุดเกิดขึ้นจาก 104 ถึง 86 kaหลังจากนั้นแม้ว่าระดับทะเลสาบจะกลับสู่สภาพที่สูง แต่ป่า miombo แบบเปิดที่มีสมุนไพรและส่วนผสมสมุนไพรจำนวนมากก็กลายเป็นเรื่องธรรมดา (27, 28)แท็กซ่าป่าภูเขาของแอฟริกาที่สำคัญที่สุดคือต้นสน Podocarpus ซึ่งไม่เคยฟื้นคืนสู่สภาพที่ใกล้เคียงกับระดับทะเลสาบที่สูงก่อนหน้านี้หลังจาก 85 ka (10.7 ± 7.6% หลังจาก 85 ka ในขณะที่ระดับทะเลสาบที่คล้ายกันก่อน 85 ka คือ 29.8 ± 11.8% ).ดัชนี Margalef (Dmg) ยังแสดงให้เห็นว่าความอุดมสมบูรณ์ของสายพันธุ์ในอดีต 85 ka นั้นต่ำกว่าระดับทะเลสาบสูงที่ยั่งยืนก่อนหน้านี้ 43% (2.3 ± 0.20 และ 4.6 ± 1.21 ตามลำดับ) เช่นระหว่าง 420 ถึง 345 ka (เพิ่มเติม ข้อความและตัวเลข S5 และ S6) (25)ตัวอย่างละอองเกสรจากเวลาประมาณ88 ถึง 78 ka ยังมีเกสร Compositae ในปริมาณสูง ซึ่งสามารถบ่งชี้ว่าพืชพันธุ์ถูกรบกวนและอยู่ในช่วงข้อผิดพลาดของวันที่เก่าที่สุดเมื่อมนุษย์เข้ายึดครองพื้นที่
เราใช้วิธีการผิดปกติของสภาพอากาศ (29) เพื่อวิเคราะห์ข้อมูล Paleoecological และ Paleoclimate ของแกนที่เจาะก่อนและหลัง 85 ka และตรวจสอบความสัมพันธ์ทางนิเวศวิทยาระหว่างพืชพันธุ์ ความอุดมสมบูรณ์ของสายพันธุ์ และปริมาณน้ำฝน และสมมติฐานของการแยกส่วนคำทำนายสภาพอากาศบริสุทธิ์ที่อนุมานโหมดพื้นฐานของไดรฟ์ ~550 kaระบบนิเวศที่เปลี่ยนแปลงไปนี้ได้รับผลกระทบจากสภาพการตกตะกอนและไฟที่ปกคลุมทะเลสาบ ซึ่งสะท้อนให้เห็นการขาดสายพันธุ์และการผสมผสานพืชพันธุ์ใหม่หลังช่วงแล้งครั้งสุดท้าย มีเพียงบางส่วนของป่าเท่านั้นที่ฟื้นคืน รวมถึงองค์ประกอบที่ทนไฟของป่าภูเขาในแอฟริกา เช่น น้ำมันมะกอก และส่วนประกอบที่ทนไฟของป่าเขตร้อน เช่น เซลติส (ข้อความเสริมและรูปที่ S5) ( 25).เพื่อทดสอบสมมติฐานนี้ เราจำลองระดับน้ำในทะเลสาบที่ได้มาจาก ostracode และสารทดแทนแร่แท้เป็นตัวแปรอิสระ (21) และตัวแปรตาม เช่น ถ่านกัมมันต์และละอองเกสรที่อาจได้รับผลกระทบจากความถี่ไฟที่เพิ่มขึ้น (25)
เพื่อตรวจสอบความเหมือนหรือความแตกต่างระหว่างชุดค่าผสมเหล่านี้ในเวลาที่ต่างกัน เราใช้ละอองเกสรจาก Podocarpus (ต้นไม้ที่เขียวชอุ่มตลอดปี) หญ้า (หญ้า) และมะกอก (องค์ประกอบที่ทนไฟของป่าภูเขาแอฟริกา) สำหรับการวิเคราะห์พิกัดหลัก ( PCoA) และ miombo (องค์ประกอบหลักของป่าไม้ในปัจจุบัน)โดยการวางแผน PCoA บนพื้นผิวที่มีการสอดแทรกซึ่งแสดงถึงระดับทะเลสาบเมื่อแต่ละชุดถูกสร้างขึ้น เราได้ตรวจสอบว่าการรวมกันของละอองเกสรมีการเปลี่ยนแปลงอย่างไรตามการตกตะกอนและความสัมพันธ์นี้เปลี่ยนแปลงไปอย่างไรหลังจาก 85 ka (รูปที่ 3 และรูปที่ S7)ก่อน 85 ka ตัวอย่างที่เป็น gramineous จะรวมตัวในสภาวะแห้ง ในขณะที่ตัวอย่างที่มี podocarpus เป็นพื้นฐานรวมกันในสภาวะเปียกในทางตรงกันข้าม ตัวอย่างหลังจาก 85 ka จะถูกรวมกลุ่มกับตัวอย่างส่วนใหญ่ก่อน 85 ka และมีค่าเฉลี่ยที่แตกต่างกัน ซึ่งบ่งชี้ว่าองค์ประกอบของตัวอย่างนั้นผิดปกติสำหรับสภาวะการตกตะกอนที่คล้ายคลึงกันตำแหน่งของพวกเขาใน PCoA สะท้อนถึงอิทธิพลของ Olea และ miombo ซึ่งทั้งสองอย่างนี้ได้รับการสนับสนุนภายใต้สภาวะที่มีแนวโน้มที่จะเกิดไฟไหม้ในตัวอย่างหลังจาก 85 ka ต้นสน Podocarpus นั้นอุดมสมบูรณ์ในตัวอย่างต่อเนื่องกันสามตัวอย่างเท่านั้น ซึ่งเกิดขึ้นหลังจากช่วงเวลาระหว่าง 78 ถึง 79 ka เริ่มต้นขึ้นนี่แสดงให้เห็นว่าหลังจากปริมาณน้ำฝนเพิ่มขึ้นในขั้นต้น ป่าดูเหมือนว่าจะฟื้นตัวได้ไม่นานก่อนที่จะพังทลายลงในที่สุด
แต่ละจุดแสดงตัวอย่างละอองเกสรเดี่ยว ณ เวลาที่กำหนด โดยใช้ข้อความเสริมและแบบจำลองอายุในรูปที่ 1 S8เวกเตอร์แสดงถึงทิศทางและการไล่ระดับสีของการเปลี่ยนแปลง และเวกเตอร์ที่ยาวกว่าแสดงถึงแนวโน้มที่แข็งแกร่งกว่าพื้นผิวด้านล่างแสดงถึงระดับน้ำในทะเลสาบในฐานะตัวแทนของการตกตะกอนสีน้ำเงินเข้มจะสูงกว่าค่าเฉลี่ยของค่าคุณสมบัติ PCoA มีไว้สำหรับข้อมูลหลัง 85 ka (เพชรสีแดง) และข้อมูลทั้งหมดจากระดับทะเลสาบที่คล้ายกันก่อน 85 ka (เพชรสีเหลือง)โดยใช้ข้อมูลของทั้ง 636 ka "ระดับทะเลสาบจำลอง" อยู่ระหว่าง -0.130-σ และ -0.198-σ ใกล้กับค่าลักษณะเฉพาะของ PCA ระดับทะเลสาบ
เพื่อศึกษาความสัมพันธ์ระหว่างละอองเกสร ระดับน้ำในทะเลสาบ และถ่านกัมมันต์ เราใช้การวิเคราะห์ความแปรปรวนหลายตัวแปรแบบไม่อิงพารามิเตอร์ (NP-MANOVA) เพื่อเปรียบเทียบ "สภาพแวดล้อม" โดยรวม (แสดงโดยเมทริกซ์ข้อมูลของละอองเกสร ระดับน้ำในทะเลสาบ และถ่าน) มาก่อน และหลังการเปลี่ยนผ่าน 85 kaเราพบว่ารูปแบบและความแปรปรวนร่วมที่พบในเมทริกซ์ข้อมูลนี้มีความแตกต่างที่มีนัยสำคัญทางสถิติก่อนและหลัง 85 ka (ตารางที่ 1)
ข้อมูลสิ่งแวดล้อมบรรพชีวินบนบกของเราจากไฟโตลิธและดินบริเวณริมทะเลสาบเวสต์เลคนั้นสอดคล้องกับการตีความตามพร็อกซีของทะเลสาบสิ่งเหล่านี้บ่งชี้ว่าแม้ระดับน้ำในทะเลสาบจะสูง แต่ภูมิทัศน์ก็ถูกเปลี่ยนเป็นภูมิทัศน์ที่ครอบงำด้วยผืนป่าเปิดโล่งและทุ่งหญ้าที่เป็นป่า เช่นเดียวกับในปัจจุบัน (25)ตำแหน่งทั้งหมดที่วิเคราะห์หาไฟโตลิธที่ขอบด้านตะวันตกของแอ่งอยู่หลัง ~45 ka และแสดงต้นไม้ปกคลุมจำนวนมากซึ่งสะท้อนถึงสภาพเปียกอย่างไรก็ตาม พวกเขาเชื่อว่าวัสดุคลุมดินส่วนใหญ่อยู่ในรูปของป่าเปิดที่รกไปด้วยไผ่และหญ้าตื่นตระหนกจากข้อมูลของไฟโตลิธ ต้นปาล์มที่ไม่ทนไฟ (Arecaceae) มีอยู่เฉพาะบริเวณชายฝั่งของทะเลสาบเท่านั้น และหาได้ยากหรือไม่มีในแหล่งโบราณคดีในแผ่นดิน (ตารางที่ S8) (30)
โดยทั่วไป สภาพที่เปียกแต่เปิดในสมัยไพลสโตซีนตอนปลายยังสามารถอนุมานได้จากซากดึกดำบรรพ์บนบก (19)ดินลากูนและคาร์บอเนตของดินบึงจากแหล่งโบราณคดีของหมู่บ้านมวันอันดาสามารถสืบย้อนไปถึง 40 ถึง 28 cal ka BP (สอบเทียบ Qian'anni ก่อนหน้านี้) (ตารางที่ S4)ชั้นดินคาร์บอเนตในเบด Chitimwe มักจะเป็นชั้นหินปูนเป็นก้อนกลม (Bkm) และชั้นอาร์จิลเลเซียสและคาร์บอเนต (Btk) ซึ่งระบุตำแหน่งของความคงตัวทางธรณีสัณฐานสัมพัทธ์และการตั้งถิ่นฐานช้าจากพัดลมลุ่มน้ำที่ยื่นออกไปไกล ประมาณ 29 cal ka BP (เสริม) ข้อความ).ดินศิลาแลงที่กัดเซาะและแข็งตัว (หินลิเธียม) ที่เกิดขึ้นบนเศษซากของพัดโบราณบ่งบอกถึงสภาพภูมิประเทศแบบเปิด (31) และปริมาณน้ำฝนตามฤดูกาลที่รุนแรง (32) ซึ่งบ่งบอกถึงผลกระทบอย่างต่อเนื่องของสภาพเหล่านี้ต่อภูมิทัศน์
การสนับสนุนบทบาทของไฟในการเปลี่ยนแปลงนี้มาจากการบันทึกแมโครที่จับคู่กันของแกนสว่าน และการไหลเข้าของถ่านจากแอ่งกลาง (MAL05-1B/1C) โดยทั่วไปเพิ่มขึ้นจากประมาณ175 ใบมียอดเขาจำนวนมากอยู่ระหว่างประมาณหลังจาก 135 และ 175 ka และ 85 และ 100 ka ระดับทะเลสาบฟื้นตัว แต่ป่าไม้และความอุดมสมบูรณ์ของพันธุ์ไม่ฟื้นตัว (ข้อความเสริม รูปที่ 2 และรูปที่ S5)ความสัมพันธ์ระหว่างการไหลเข้าของถ่านและความไวต่อแม่เหล็กของตะกอนในทะเลสาบยังสามารถแสดงรูปแบบของประวัติการเกิดไฟไหม้ในระยะยาว (33)ใช้ข้อมูลจากลียงและคณะ(34) ทะเลสาบมาลาวียังคงกัดเซาะภูมิประเทศที่ถูกเผาไหม้หลังจาก 85 ka ซึ่งแสดงถึงความสัมพันธ์เชิงบวก (Rs ของ Spearman = 0.2542 และ P = 0.0002; ตาราง S7) ในขณะที่ตะกอนที่มีอายุมากกว่าแสดงความสัมพันธ์ที่ตรงกันข้าม (Rs = -0.2509 และ P < 0.0001)ในแอ่งทางตอนเหนือ แกน MAL05-2A ที่สั้นกว่ามีจุดยึดการออกเดทที่ลึกที่สุด และปอยโทบะที่อายุน้อยที่สุดคือ ~ 74 ถึง 75 ka (35)แม้ว่าจะขาดมุมมองระยะยาว แต่ก็ได้รับข้อมูลโดยตรงจากลุ่มน้ำที่มีแหล่งข้อมูลทางโบราณคดีบันทึกถ่านของลุ่มน้ำทางตอนเหนือแสดงให้เห็นว่าตั้งแต่เครื่องหมาย Toba crypto-tephra การนำเข้าถ่าน terrigenous ได้เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องในช่วงเวลาที่หลักฐานทางโบราณคดีพบได้บ่อยที่สุด (รูปที่ 2B)
หลักฐานการเกิดเพลิงไหม้ที่มนุษย์สร้างขึ้นอาจสะท้อนถึงการใช้โดยเจตนาในระดับภูมิประเทศ จำนวนประชากรที่แพร่หลายทำให้เกิดการจุดไฟในสถานที่มากขึ้นหรือมากขึ้น การเปลี่ยนแปลงของการใช้เชื้อเพลิงโดยการเก็บเกี่ยวป่าชั้นใต้ดิน หรือการรวมกันของกิจกรรมเหล่านี้นักล่าสัตว์และรวบรวมนักล่าสมัยใหม่ใช้ไฟเพื่อเปลี่ยนรางวัลการหาอาหาร (2)กิจกรรมของพวกเขาเพิ่มความอุดมสมบูรณ์ของเหยื่อ รักษาภูมิทัศน์โมเสค และเพิ่มความหลากหลายทางความร้อนและความแตกต่างของระยะการสืบเนื่อง (13)ไฟยังมีความสำคัญสำหรับกิจกรรมในสถานที่ เช่น การให้ความร้อน การทำอาหาร การป้องกันตัว และการเข้าสังคม (14)ความแตกต่างเพียงเล็กน้อยในการใช้งานไฟนอกเหนือจากฟ้าผ่าตามธรรมชาติก็สามารถเปลี่ยนรูปแบบการสืบทอดป่า ความพร้อมของเชื้อเพลิง และฤดูกาลของการยิงการลดลงของต้นไม้ปกคลุมและต้นไม้ใต้หลังคามีแนวโน้มมากที่สุดที่จะเพิ่มการกัดเซาะ และการสูญเสียความหลากหลายของชนิดพันธุ์ในบริเวณนี้มีความเกี่ยวข้องอย่างใกล้ชิดกับการสูญเสียชุมชนป่าภูเขาในแอฟริกา (25)
ในบันทึกทางโบราณคดีก่อน MSA เริ่มต้น การควบคุมไฟของมนุษย์ได้รับการพิสูจน์อย่างดี (15) แต่จนถึงขณะนี้ การใช้มันเป็นเครื่องมือในการจัดการภูมิทัศน์ได้รับการบันทึกไว้ในบริบทยุคหินใหม่เพียงไม่กี่บริบทเท่านั้นสิ่งเหล่านี้รวมถึงเกี่ยวกับในออสเตรเลีย40 ka (36), ไฮแลนด์ นิวกินี45 ka (37) สนธิสัญญาสันติภาพ50 ka Niah Cave (38) ในที่ราบลุ่มเกาะบอร์เนียวในทวีปอเมริกา เมื่อมนุษย์เข้าสู่ระบบนิเวศเหล่านี้เป็นครั้งแรก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในช่วง 20 ka (16) ที่ผ่านมา การจุดไฟเทียมถือเป็นปัจจัยหลักในการปรับโครงสร้างชุมชนพืชและสัตว์ข้อสรุปเหล่านี้ต้องอยู่บนพื้นฐานของหลักฐานที่เกี่ยวข้อง แต่ในกรณีของการทับซ้อนกันโดยตรงของข้อมูลทางโบราณคดี ธรณีวิทยา ธรณีสัณฐานวิทยา และบรรพชีวินวิทยา อาร์กิวเมนต์เชิงสาเหตุได้รับการเสริมความแข็งแกร่งแม้ว่าข้อมูลหลักทางทะเลของน่านน้ำชายฝั่งของแอฟริกาเคยให้หลักฐานการเปลี่ยนแปลงของไฟในอดีตประมาณ 400 ka (9) แต่ในที่นี้เราได้แสดงหลักฐานเกี่ยวกับอิทธิพลของมนุษย์จากชุดข้อมูลทางโบราณคดี สิ่งแวดล้อมบรรพชีวิน และธรณีสัณฐานวิทยาที่เกี่ยวข้อง
การระบุการเกิดไฟที่มนุษย์สร้างขึ้นในบันทึกสิ่งแวดล้อมยุคบรรพกาลจำเป็นต้องมีหลักฐานของกิจกรรมไฟและการเปลี่ยนแปลงทางเวลาหรือเชิงพื้นที่ของพืชพรรณ ซึ่งพิสูจน์ว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ไม่ได้คาดการณ์โดยพารามิเตอร์สภาพอากาศเพียงอย่างเดียว และช่วงเวลา/เชิงพื้นที่ทับซ้อนกันระหว่างการเปลี่ยนแปลงในสภาพไฟและการเปลี่ยนแปลงของมนุษย์ บันทึก (29) ที่นี่ หลักฐานแรกของการยึดครอง MSA ที่แพร่หลายและการก่อตัวของพัดลมลุ่มน้ำในลุ่มน้ำทะเลสาบมาลาวีเกิดขึ้นในช่วงเริ่มต้นของการปรับโครงสร้างครั้งใหญ่ของพืชพรรณในภูมิภาค85 ใบ.ความอุดมสมบูรณ์ของถ่านในแกน MAL05-1B/1C สะท้อนถึงแนวโน้มการผลิตและการสะสมถ่านในระดับภูมิภาค ที่ประมาณ 150 ka เมื่อเทียบกับส่วนที่เหลือของสถิติ 636 ka (รูปที่ S5, S9 และ S10)การเปลี่ยนแปลงนี้แสดงให้เห็นถึงการมีส่วนร่วมที่สำคัญของไฟในการกำหนดองค์ประกอบของระบบนิเวศ ซึ่งไม่สามารถอธิบายได้ด้วยสภาพอากาศเพียงอย่างเดียวในสถานการณ์ที่เกิดเพลิงไหม้ตามธรรมชาติ การจุดไฟด้วยฟ้าผ่ามักเกิดขึ้นเมื่อสิ้นสุดฤดูแล้ง (39)อย่างไรก็ตาม หากเชื้อเพลิงแห้งเพียงพอ ไฟที่มนุษย์สร้างขึ้นอาจติดไฟได้ทุกเมื่อในระดับของฉาก มนุษย์สามารถเปลี่ยนไฟได้อย่างต่อเนื่องโดยการรวบรวมฟืนจากใต้ป่าผลที่ตามมาของไฟที่มนุษย์สร้างขึ้นทุกชนิดคือมีศักยภาพที่จะทำให้เกิดการบริโภคไม้ที่เป็นไม้มากขึ้น อยู่ได้ตลอดทั้งปีและในทุกระดับ
ในแอฟริกาใต้ เร็วเท่าที่ 164 ka (12) ไฟถูกใช้เพื่อรักษาความร้อนของหินที่ใช้ทำเครื่องมือเร็วเท่าที่ 170 กะ (40) ไฟถูกใช้เป็นเครื่องมือในการปรุงหัวแป้ง ซึ่งใช้ไฟได้อย่างเต็มที่ในสมัยโบราณทรัพยากรมั่งคั่ง - ทิวทัศน์คว่ำ (41)ไฟไหม้ภูมิทัศน์ช่วยลดการปกคลุมของต้นไม้และเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับการรักษาสภาพแวดล้อมทุ่งหญ้าและป่าไม้ซึ่งเป็นองค์ประกอบที่กำหนดของระบบนิเวศที่มนุษย์เป็นสื่อกลาง (13)หากจุดประสงค์ในการเปลี่ยนพฤติกรรมของพืชหรือเหยื่อคือการเพิ่มการเผาไหม้ที่มนุษย์สร้างขึ้น พฤติกรรมนี้แสดงถึงความซับซ้อนที่เพิ่มขึ้นในการควบคุมและการใช้ไฟโดยมนุษย์สมัยใหม่ในยุคแรกๆ เมื่อเทียบกับมนุษย์ยุคแรก และแสดงให้เห็นว่าความสัมพันธ์ของเรากับไฟได้ผ่าน การเปลี่ยนแปลงในการพึ่งพาซึ่งกันและกัน (7)การวิเคราะห์ของเราให้วิธีเพิ่มเติมในการทำความเข้าใจการเปลี่ยนแปลงในการใช้ไฟของมนุษย์ในยุค Pleistocene ปลาย และผลกระทบของการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้ต่อภูมิทัศน์และสิ่งแวดล้อม
การขยายตัวของพัดลมลุ่มน้ำตอนปลายควอเทอร์นารีในพื้นที่ Karonga อาจเกิดจากการเปลี่ยนแปลงของวงจรการเผาไหม้ตามฤดูกาลภายใต้สภาวะที่มีฝนตกมากกว่าปกติ ส่งผลให้มีการกัดเซาะเชิงเขาเพิ่มขึ้นกลไกของเหตุการณ์นี้อาจเป็นการตอบสนองในระดับลุ่มน้ำที่เกิดจากไฟป่า การกัดเซาะส่วนบนของลุ่มน้ำที่เพิ่มขึ้นและต่อเนื่อง และการขยายตัวของพัดลมลุ่มน้ำในสภาพแวดล้อมแบบพีดมอนต์ใกล้กับทะเลสาบมาลาวีปฏิกิริยาเหล่านี้อาจรวมถึงการเปลี่ยนแปลงคุณสมบัติของดินเพื่อลดการซึมผ่าน ลดความขรุขระของพื้นผิว และเพิ่มการไหลบ่าเนื่องจากการรวมกันของสภาพฝนที่สูงและการปกคลุมของต้นไม้ลดลง (42)ความพร้อมของตะกอนในขั้นต้นจะดีขึ้นโดยการลอกวัสดุที่ปิดทับออก และเมื่อเวลาผ่านไป ความแข็งแรงของดินอาจลดลงเนื่องจากความร้อนและความแข็งแรงของรากที่ลดลงการผลัดผิวของดินชั้นบนจะเพิ่มฟลักซ์ของตะกอน ซึ่งรองรับโดยการสะสมรูปพัดที่ปลายน้ำ และเร่งการก่อตัวของดินสีแดงบนรูปพัด
ปัจจัยหลายอย่างสามารถควบคุมการตอบสนองของภูมิประเทศต่อการเปลี่ยนแปลงสภาพไฟ ซึ่งส่วนใหญ่ดำเนินการภายในระยะเวลาอันสั้น (42-44)สัญญาณที่เราเชื่อมโยงที่นี่ชัดเจนในระดับเวลาสหัสวรรษแบบจำลองการวิเคราะห์และวิวัฒนาการภูมิทัศน์แสดงให้เห็นว่าด้วยการรบกวนของพืชที่เกิดจากไฟป่าซ้ำแล้วซ้ำอีก อัตราการเกิดการระเบิดได้เปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญในช่วงเวลาหนึ่งสหัสวรรษ (45, 46)การขาดบันทึกซากดึกดำบรรพ์ในระดับภูมิภาคที่ตรงกับการเปลี่ยนแปลงที่สังเกตได้ในบันทึกถ่านและพืชพันธุ์ขัดขวางการสร้างใหม่ของผลกระทบของพฤติกรรมมนุษย์และการเปลี่ยนแปลงสิ่งแวดล้อมในองค์ประกอบของชุมชนสัตว์กินพืชอย่างไรก็ตาม สัตว์กินพืชขนาดใหญ่ที่อาศัยอยู่ในพื้นที่เปิดโล่งมากขึ้นมีบทบาทในการบำรุงรักษาและป้องกันการบุกรุกของไม้ยืนต้น (47)ไม่ควรคาดหวังว่าหลักฐานการเปลี่ยนแปลงในองค์ประกอบต่างๆ ของสิ่งแวดล้อมจะเกิดขึ้นพร้อม ๆ กัน แต่ควรมองว่าเป็นผลสะสมที่อาจเกิดขึ้นในระยะเวลาอันยาวนาน (11)การใช้วิธีความผิดปกติของสภาพอากาศ (29) เราถือว่ากิจกรรมของมนุษย์เป็นปัจจัยขับเคลื่อนสำคัญในการกำหนดภูมิทัศน์ของมาลาวีตอนเหนือในช่วงยุคไพลสโตซีนตอนปลายอย่างไรก็ตาม ผลกระทบเหล่านี้อาจมาจากการปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับสิ่งแวดล้อมก่อนหน้านี้ที่ไม่ชัดเจนยอดของถ่านที่ปรากฏในบันทึกสิ่งแวดล้อมยุคก่อนประวัติศาสตร์ทางโบราณคดีอาจรวมถึงองค์ประกอบทางมานุษยวิทยาที่ไม่ก่อให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในระบบนิเวศเช่นเดียวกับที่บันทึกไว้ในภายหลัง และไม่เกี่ยวข้องกับการสะสมที่เพียงพอที่จะระบุได้อย่างมั่นใจถึงอาชีพของมนุษย์
แกนตะกอนสั้น เช่น ตะกอนจากลุ่มน้ำทะเลสาบมาโซโกะที่อยู่ติดกันในประเทศแทนซาเนีย หรือแกนตะกอนที่สั้นกว่าในทะเลสาบมาลาวี แสดงให้เห็นว่าปริมาณละอองเกสรที่สัมพันธ์กันของหญ้าและแท็กซ่าป่าไม้ได้เปลี่ยนแปลงไป ซึ่งเป็นผลมาจาก 45 ปีที่ผ่านมาการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศตามธรรมชาติของกา (48-50)อย่างไรก็ตาม การสังเกตบันทึกเรณูของทะเลสาบมาลาวี >600 กา ร่วมกับภูมิประเทศทางโบราณคดีเก่าแก่ที่อยู่ติดกันในระยะยาวนั้น เป็นไปได้เท่านั้นที่จะเข้าใจสภาพอากาศ พืชพรรณ ถ่าน และกิจกรรมของมนุษย์แม้ว่ามนุษย์มีแนวโน้มที่จะปรากฏตัวในตอนเหนือของลุ่มน้ำทะเลสาบมาลาวีก่อน 85 ka แต่ประมาณ 85 ka โดยเฉพาะอย่างยิ่งหลังจาก 70 ka บ่งชี้ว่าพื้นที่ดังกล่าวเป็นที่น่าสนใจสำหรับที่อยู่อาศัยของมนุษย์หลังจากสิ้นสุดฤดูแล้งครั้งใหญ่ครั้งสุดท้ายในเวลานี้ การใช้ไฟครั้งใหม่หรืออย่างเข้มข้น/บ่อยครั้งโดยมนุษย์เห็นได้ชัดว่ารวมกับการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศตามธรรมชาติเพื่อสร้างความสัมพันธ์ทางนิเวศวิทยา> 550-ka และในที่สุดก็สร้างภูมิทัศน์ประดิษฐ์ก่อนการเกษตรในยุคแรก (รูปที่ 4)ลักษณะตะกอนของภูมิทัศน์คงสภาพพื้นที่ MSA ไว้ ซึ่งแตกต่างจากช่วงเวลาก่อนหน้านี้ ซึ่งเป็นหน้าที่ของความสัมพันธ์แบบเรียกซ้ำระหว่างสภาพแวดล้อม (การกระจายทรัพยากร) พฤติกรรมมนุษย์ (รูปแบบกิจกรรม) และการกระตุ้นพัดลม (การสะสม/การฝังในไซต์)
(ก) เกี่ยวกับ.400 ka: ไม่สามารถตรวจพบมนุษย์ได้สภาพความชื้นคล้ายกับปัจจุบันและระดับทะเลสาบอยู่ในระดับสูงผ้าคลุมต้นไม้ชนิดไม่ทนไฟที่หลากหลาย(B) ประมาณ 100 ka: ไม่มีบันทึกทางโบราณคดี แต่การมีอยู่ของมนุษย์อาจถูกตรวจพบได้จากการไหลเข้าของถ่านสภาพแห้งแล้งมากเกิดขึ้นในแหล่งต้นน้ำที่แห้งแล้งโดยทั่วไปแล้วพื้นหินจะโผล่ออกมาและตะกอนที่พื้นผิวมีจำกัด(C) ประมาณ 85 ถึง 60 ka: ระดับน้ำในทะเลสาบเพิ่มขึ้นตามปริมาณน้ำฝนที่เพิ่มขึ้นการดำรงอยู่ของมนุษย์สามารถค้นพบได้ผ่านโบราณคดีหลังจาก 92 ka และหลังจาก 70 ka การเผาไหม้ของที่ราบสูงและการขยายตัวของแฟนลุ่มน้ำจะตามมาระบบพืชพันธุ์ทนไฟที่มีความหลากหลายน้อยกว่าได้เกิดขึ้นแล้ว(D) ประมาณ 40 ถึง 20 ka: การป้อนถ่านสิ่งแวดล้อมในลุ่มน้ำภาคเหนือเพิ่มขึ้นการก่อตัวของพัดลุ่มน้ำยังคงดำเนินต่อไป แต่เริ่มอ่อนลงเมื่อสิ้นสุดช่วงเวลานี้เมื่อเทียบกับสถิติก่อนหน้านี้ที่ 636 ka ระดับทะเลสาบยังคงสูงและคงที่
Anthropocene แสดงถึงการสะสมของพฤติกรรมการสร้างเฉพาะกลุ่มที่พัฒนาขึ้นมาเป็นเวลาหลายพันปี และขนาดของมันก็เป็นเอกลักษณ์เฉพาะของ Homo sapiens สมัยใหม่ (1, 51)ในบริบทสมัยใหม่ ด้วยการแนะนำของการเกษตร ภูมิประเทศที่มนุษย์สร้างขึ้นยังคงมีอยู่และทวีความรุนแรงมากขึ้น แต่เป็นการขยายรูปแบบที่เกิดขึ้นระหว่างสมัยไพลสโตซีน มากกว่าที่จะขาดการเชื่อมต่อ (52)ข้อมูลจากทางเหนือของมาลาวีแสดงให้เห็นว่าช่วงการเปลี่ยนแปลงทางนิเวศวิทยาสามารถยืดเยื้อ ซับซ้อน และซ้ำซากขนาดของการเปลี่ยนแปลงนี้สะท้อนถึงความรู้ทางนิเวศวิทยาที่ซับซ้อนของมนุษย์สมัยใหม่ในยุคแรก ๆ และแสดงให้เห็นถึงการเปลี่ยนแปลงของพวกเขาไปสู่สายพันธุ์ที่โดดเด่นทั่วโลกของเราในปัจจุบัน
ตามโปรโตคอลที่อธิบายโดย Thompson et al. การตรวจสอบในสถานที่และการบันทึกสิ่งประดิษฐ์และลักษณะก้อนหินปูถนนในพื้นที่สำรวจ(53).การวางตำแหน่งของหลุมทดสอบและการขุดค้นของไซต์หลัก รวมถึงจุลสัณฐานวิทยาและการสุ่มตัวอย่างไฟโตลิธ เป็นไปตามโปรโตคอลที่อธิบายโดย Thompson et al(18) และไรท์และคณะ(19).แผนที่ระบบข้อมูลทางภูมิศาสตร์ (GIS) ของเราตามแผนที่สำรวจทางธรณีวิทยาของมาลาวีในภูมิภาคนี้แสดงความสัมพันธ์ที่ชัดเจนระหว่าง Chitimwe Beds กับแหล่งโบราณคดี (รูปที่ S1)ช่วงเวลาระหว่างหลุมทดสอบทางธรณีวิทยาและโบราณคดีในพื้นที่ Karonga คือการเก็บตัวอย่างที่กว้างที่สุด (ภาพที่ S2)ธรณีสัณฐานวิทยา อายุทางธรณีวิทยา และการสำรวจทางโบราณคดีของ Karonga ใช้วิธีการสำรวจภาคสนามหลัก 4 วิธี ได้แก่ การสำรวจคนเดินถนน หลุมทดสอบทางโบราณคดี หลุมทดสอบทางธรณีวิทยา และการขุดไซต์โดยละเอียดเทคนิคเหล่านี้ช่วยให้สุ่มตัวอย่างการเปิดรับแสงหลักของเตียง Chitimwe ในภาคเหนือ ภาคกลาง และทางใต้ของ Karonga (รูปที่ S3)
การตรวจสอบในสถานที่และการบันทึกสิ่งประดิษฐ์และคุณลักษณะของก้อนหินปูถนนในพื้นที่สำรวจคนเดินเท้าเป็นไปตามโปรโตคอลที่อธิบายโดย Thompson et al(53).แนวทางนี้มีเป้าหมายหลักสองประการประการแรกคือการระบุสถานที่ที่โบราณวัตถุทางวัฒนธรรมถูกกัดเซาะ และจากนั้นจึงวางหลุมทดสอบทางโบราณคดีขึ้นเนินในสถานที่เหล่านี้เพื่อฟื้นฟูพระธาตุทางวัฒนธรรมในแหล่งกำเนิดจากสภาพแวดล้อมที่ฝังไว้เป้าหมายที่สองคือการบันทึกการแจกจ่ายสิ่งประดิษฐ์ คุณลักษณะ และความสัมพันธ์กับแหล่งที่มาของวัสดุหินที่อยู่ใกล้เคียงอย่างเป็นทางการ (53)ในงานนี้ ทีมสามคนเดินเป็นระยะทาง 2 ถึง 3 เมตร รวมเป็น 147.5 กิโลเมตรเป็นเส้นตรง ลัดเลาะไปตามเตียง Chitimwe ที่วาดไว้ (ตาราง S6) ส่วนใหญ่
งานแรกมุ่งเน้นไปที่ Chitimwe Beds เพื่อเพิ่มตัวอย่างสิ่งประดิษฐ์ที่สังเกตได้มากที่สุด และประการที่สองเน้นที่ส่วนเชิงเส้นยาวจากฝั่งทะเลสาบไปยังที่ราบสูงที่ตัดผ่านหน่วยตะกอนต่างๆสิ่งนี้เป็นการยืนยันข้อสังเกตสำคัญว่าสิ่งประดิษฐ์ที่ตั้งอยู่ระหว่างที่ราบสูงทางตะวันตกและริมทะเลสาบมีความเกี่ยวข้องเฉพาะกับเตียง Chitimwe หรือตะกอน Pleistocene และ Holocene ล่าสุดสิ่งประดิษฐ์ที่พบในแหล่งอื่น ๆ อยู่นอกสถานที่ ซึ่งย้ายมาจากที่อื่นในภูมิประเทศ ดังที่เห็นได้จากความอุดมสมบูรณ์ ขนาด และระดับของสภาพอากาศ
หลุมทดสอบทางโบราณคดีอยู่ในสถานที่และการขุดค้นของไซต์หลัก รวมทั้งจุลสัณฐานวิทยาและการสุ่มตัวอย่างไฟโตลิธ เป็นไปตามโปรโตคอลที่อธิบายโดยทอมป์สันและคณะ(18, 54) และไรท์และคณะ(19, 55).จุดประสงค์หลักคือการทำความเข้าใจการกระจายของสิ่งประดิษฐ์และตะกอนรูปพัดใต้ดินในภูมิประเทศที่ใหญ่ขึ้นสิ่งประดิษฐ์มักจะถูกฝังลึกในทุกสถานที่ใน Chitimwe Beds ยกเว้นที่ขอบซึ่งการกัดเซาะได้เริ่มที่จะขจัดส่วนบนของตะกอนในระหว่างการสอบสวนอย่างไม่เป็นทางการ คนสองคนเดินผ่าน Chitimwe Beds ซึ่งแสดงเป็นแผนที่ในแผนที่ทางธรณีวิทยาของรัฐบาลมาลาวีเมื่อคนเหล่านี้พบไหล่ของตะกอน Chitimwe Bed พวกเขาก็เริ่มเดินไปตามขอบซึ่งพวกเขาสามารถสังเกตสิ่งประดิษฐ์ที่กัดเซาะจากตะกอนด้วยการเอียงการขุดขึ้นเล็กน้อย (3 ถึง 8 ม.) จากสิ่งประดิษฐ์ที่กำลังกัดเซาะอย่างแข็งขัน การขุดสามารถเปิดเผยตำแหน่งในแหล่งกำเนิดที่สัมพันธ์กับตะกอนที่กักเก็บพวกมันไว้ โดยไม่จำเป็นต้องทำการขุดอย่างกว้างขวางในแนวขวางหลุมทดสอบถูกจัดวางให้อยู่ห่างจากหลุมถัดไปที่ใกล้ที่สุด 200 ถึง 300 เมตร ดังนั้นจึงจับการเปลี่ยนแปลงของตะกอนเบด Chitimwe และสิ่งประดิษฐ์ที่อยู่ภายในในบางกรณี หลุมทดสอบเผยให้เห็นไซต์ที่ต่อมากลายเป็นไซต์ขุดเต็มรูปแบบ
หลุมทดสอบทั้งหมดเริ่มต้นด้วยสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 1 × 2 ม. หันหน้าไปทางเหนือ-ใต้ และขุดในหน่วยขนาด 20 ซม. ตามอำเภอใจ เว้นแต่สี พื้นผิว หรือเนื้อหาของตะกอนจะเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญบันทึกลักษณะตะกอนและคุณสมบัติของดินของตะกอนที่ขุดได้ทั้งหมด ซึ่งไหลผ่านตะแกรงแห้งขนาด 5 มม. อย่างสม่ำเสมอหากความลึกของการสะสมยังคงเกิน 0.8 ถึง 1 ม. ให้หยุดขุดในพื้นที่ใดพื้นที่หนึ่งจากสองตารางเมตรแล้วขุดต่อในอีกพื้นที่หนึ่ง ทำให้เกิด "ขั้นตอน" เพื่อให้คุณสามารถเข้าสู่ชั้นที่ลึกกว่าได้อย่างปลอดภัยจากนั้นขุดต่อไปจนกว่าจะถึงชั้นหิน ตะกอนที่ปราศจากเชื้อทางโบราณคดีอย่างน้อย 40 ซม. อยู่ต่ำกว่าความเข้มข้นของสิ่งประดิษฐ์ มิฉะนั้นการขุดจะไม่ปลอดภัย (ลึก) เกินกว่าจะดำเนินการต่อไปในบางกรณี ความลึกของการสะสมจะต้องขยายหลุมทดสอบเป็นสามตารางเมตร และเข้าไปในร่องลึกในสองขั้นตอน
หลุมทดสอบทางธรณีวิทยาได้แสดงให้เห็นก่อนหน้านี้ว่าเตียง Chitimwe มักปรากฏบนแผนที่ทางธรณีวิทยาเนื่องจากมีสีแดงที่โดดเด่นเมื่อรวมกระแสน้ำและตะกอนแม่น้ำและตะกอนพัดลุ่มน้ำ พวกมันจะไม่ปรากฏเป็นสีแดงเสมอไป (19)ธรณีวิทยา หลุมทดสอบถูกขุดขึ้นมาเป็นหลุมธรรมดาที่ออกแบบมาเพื่อขจัดตะกอนบนที่ผสมกันเพื่อให้เห็นชั้นใต้ดินของตะกอนนี่เป็นสิ่งจำเป็นเนื่องจากเตียง Chitimwe ถูกกัดเซาะเป็นเนินเขาแบบพาราโบลาและมีตะกอนที่ยุบตัวอยู่บนทางลาดซึ่งมักจะไม่ก่อให้เกิดชิ้นส่วนหรือรอยตัดตามธรรมชาติที่ชัดเจนดังนั้น การขุดค้นเหล่านี้จึงเกิดขึ้นที่ด้านบนของเตียง Chitimwe สันนิษฐานว่าอาจมีการติดต่อใต้ดินระหว่างเตียง Chitimwe และเตียง Pliocene Chiwondo ด้านล่าง หรือเกิดขึ้นที่ตะกอนระเบียงแม่น้ำจำเป็นต้องลงวันที่ (55)
การขุดค้นทางโบราณคดีเต็มรูปแบบจะดำเนินการในสถานที่ที่รับประกันว่าจะมีการประกอบเครื่องมือหินในแหล่งกำเนิดจำนวนมาก โดยปกติแล้วจะอิงตามหลุมทดสอบหรือสถานที่ที่สามารถเห็นโบราณวัตถุทางวัฒนธรรมจำนวนมากกัดเซาะจากเนินลาดโบราณวัตถุทางวัฒนธรรมที่ขุดค้นหลักได้มาจากหน่วยตะกอนที่ขุดแยกออกมาเป็นสี่เหลี่ยมจัตุรัสขนาด 1 × 1 ม.หากวัตถุมีความหนาแน่นสูง หน่วยขุดจะเป็นรางน้ำ 10 หรือ 5 ซม.ผลิตภัณฑ์จากหิน กระดูกฟอสซิล และสีเหลืองสดทั้งหมดถูกดึงออกมาระหว่างการขุดค้นครั้งใหญ่แต่ละครั้ง และไม่จำกัดขนาดขนาดหน้าจอ 5 มม.หากมีการค้นพบวัตถุทางวัฒนธรรมในระหว่างกระบวนการขุดค้น พวกเขาจะได้รับหมายเลขการค้นพบภาพวาดบาร์โค้ดที่ไม่ซ้ำกัน และหมายเลขการค้นพบในชุดเดียวกันจะถูกกำหนดให้กับสิ่งที่ค้นพบที่ถูกกรองพระธาตุทางวัฒนธรรมถูกทำเครื่องหมายด้วยหมึกถาวร วางในถุงที่มีฉลากของตัวอย่าง และบรรจุรวมกับวัตถุทางวัฒนธรรมอื่นๆ จากพื้นหลังเดียวกันหลังจากวิเคราะห์แล้ว โบราณวัตถุทางวัฒนธรรมทั้งหมดจะถูกเก็บไว้ในศูนย์วัฒนธรรมและพิพิธภัณฑ์ของ Karonga
การขุดทั้งหมดดำเนินการตามชั้นธรรมชาติสิ่งเหล่านี้ถูกแบ่งออกเป็นรอยแยก และความหนาของน้ำลายขึ้นอยู่กับความหนาแน่นของสิ่งประดิษฐ์ (ตัวอย่างเช่น หากความหนาแน่นของสิ่งประดิษฐ์ต่ำ ความหนาของน้ำลายจะสูง)ข้อมูลพื้นหลัง (เช่น คุณสมบัติของตะกอน ความสัมพันธ์ในพื้นหลัง และการสังเกตการรบกวนและความหนาแน่นของสิ่งประดิษฐ์) จะถูกบันทึกไว้ในฐานข้อมูล Accessข้อมูลพิกัดทั้งหมด (เช่น การค้นพบที่วาดในกลุ่ม ระดับความสูงบริบท มุมสี่เหลี่ยม และตัวอย่าง) อิงตามพิกัด Universal Transverse Mercator (UTM) (WGS 1984, โซน 36S)ที่ไซต์หลัก จุดทั้งหมดจะถูกบันทึกโดยใช้สถานีรวมทั้งหมดของ Nikon Nivo C series 5″ ซึ่งสร้างขึ้นบนกริดในพื้นที่ใกล้กับทางเหนือของ UTM มากที่สุดตำแหน่งมุมทิศตะวันตกเฉียงเหนือของพื้นที่ขุดค้นแต่ละแห่งและตำแหน่งของจุดขุดค้นแต่ละแห่ง ปริมาณตะกอนแสดงไว้ในตารางที่ S5
ส่วนของตะกอนวิทยาและลักษณะวิทยาศาสตร์ดินของหน่วยขุดทั้งหมดถูกบันทึกโดยใช้โปรแกรมคลาสชิ้นส่วนการเกษตรของสหรัฐอเมริกา (56)หน่วยตะกอนกำหนดตามขนาดเกรน มุม และลักษณะชั้นดินสังเกตการรวมและการรบกวนที่ผิดปกติที่เกี่ยวข้องกับหน่วยตะกอนการพัฒนาของดินถูกกำหนดโดยการสะสมของเซควิออกไซด์หรือคาร์บอเนตในดินใต้ดินการผุกร่อนใต้ดิน (เช่น รีดอกซ์ การก่อตัวของก้อนแมงกานีสที่ตกค้าง) ก็ถูกบันทึกบ่อยครั้งเช่นกัน
จุดรวบรวมตัวอย่าง OSL ถูกกำหนดบนพื้นฐานของการประมาณว่าอาคารใดสามารถสร้างการประมาณอายุการฝังตัวของตะกอนที่เชื่อถือได้มากที่สุดที่ตำแหน่งสุ่มตัวอย่าง ร่องลึกถูกขุดเพื่อให้เห็นชั้นตะกอนแท้จริงเก็บตัวอย่างทั้งหมดที่ใช้สำหรับการหาคู่ของ OSL โดยการใส่ท่อเหล็กทึบแสง (เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 4 ซม. และยาวประมาณ 25 ซม.) ลงในโปรไฟล์ตะกอน
การออกเดทของ OSL วัดขนาดของกลุ่มอิเล็กตรอนที่ติดอยู่ในผลึก (เช่น ควอตซ์หรือเฟลด์สปาร์) เนื่องจากการสัมผัสกับรังสีไอออไนซ์รังสีนี้ส่วนใหญ่มาจากการสลายตัวของไอโซโทปกัมมันตภาพรังสีในสิ่งแวดล้อม และส่วนประกอบเพิ่มเติมจำนวนเล็กน้อยในละติจูดเขตร้อนปรากฏขึ้นในรูปของรังสีคอสมิกอิเล็กตรอนที่จับได้จะถูกปลดปล่อยออกมาเมื่อคริสตัลสัมผัสกับแสง ซึ่งเกิดขึ้นระหว่างการขนส่ง (เหตุการณ์เป็นศูนย์) หรือในห้องปฏิบัติการ ซึ่งแสงเกิดขึ้นบนเซ็นเซอร์ที่สามารถตรวจจับโฟตอนได้ (เช่น หลอดโฟโตมัลติเพลเยอร์หรือกล้องที่มีประจุไฟฟ้า อุปกรณ์ต่อพ่วง) ส่วนล่างจะปล่อยเมื่ออิเล็กตรอนกลับสู่สถานะพื้นอนุภาคควอทซ์ที่มีขนาดระหว่าง 150 ถึง 250 ไมโครเมตร จะถูกแยกออกจากกันโดยการร่อน การบำบัดด้วยกรด และการแยกความหนาแน่น และใช้เป็นส่วนประกอบย่อยขนาดเล็ก (<100 อนุภาค) ที่ติดตั้งบนพื้นผิวของแผ่นอะลูมิเนียมหรือเจาะเป็นหลุมขนาด 300 x 300 มม. วิเคราะห์อนุภาคบนถาดอะลูมิเนียมปริมาณที่ฝังไว้มักจะถูกประเมินโดยใช้วิธีการสร้างใหม่ส่วนลิโควตเดียว (57)นอกเหนือจากการประเมินปริมาณรังสีที่ได้รับจากธัญพืชแล้ว การหาอายุของ OSL ยังต้องมีการประเมินอัตราปริมาณรังสีโดยการวัดความเข้มข้นของนิวไคลด์กัมมันตรังสีในตะกอนของตัวอย่างที่เก็บรวบรวมโดยใช้แกมมาสเปกโตรสโคปีหรือการวิเคราะห์การกระตุ้นนิวตรอน และการกำหนดตัวอย่างอ้างอิงปริมาณรังสีคอสมิก ตำแหน่งและความลึกของ ที่ฝังศพการกำหนดอายุขั้นสุดท้ายทำได้โดยการหารขนาดยาฝังด้วยอัตราขนาดยาอย่างไรก็ตาม เมื่อมีการเปลี่ยนแปลงของขนาดยาที่วัดโดยเมล็ดพืชเดี่ยวหรือกลุ่มของเมล็ดพืช จำเป็นต้องมีแบบจำลองทางสถิติเพื่อกำหนดขนาดยาฝังที่เหมาะสมที่จะใช้ปริมาณที่ฝังไว้คำนวณที่นี่โดยใช้แบบจำลองยุคกลาง ในกรณีของการหาคู่แบบแบ่งส่วนลงตัวเดียว หรือในกรณีของการออกเดทแบบอนุภาคเดี่ยว โดยใช้แบบจำลองแบบจำกัดปริมาณ (58)
ห้องปฏิบัติการอิสระสามห้องทำการวิเคราะห์ OSL สำหรับการศึกษานี้รายละเอียดวิธีการแต่ละอย่างสำหรับห้องปฏิบัติการแต่ละแห่งแสดงไว้ด้านล่างโดยทั่วไปแล้ว เราใช้วิธีการให้ยาแบบสร้างใหม่เพื่อใช้ OSL เดทกับส่วนลิควอตขนาดเล็ก (หลายสิบเมล็ด) แทนที่จะใช้การวิเคราะห์เมล็ดพืชเดี่ยวเนื่องจากในระหว่างการทดลองการเจริญเติบโตแบบปฏิรูปใหม่ อัตราการฟื้นตัวของตัวอย่างขนาดเล็กจะต่ำ (<2%) และสัญญาณ OSL จะไม่อิ่มตัวที่ระดับสัญญาณธรรมชาติความสอดคล้องระหว่างห้องปฏิบัติการของการกำหนดอายุ ความสอดคล้องของผลลัพธ์ภายในและระหว่างโปรไฟล์ stratigraphic ที่ทดสอบ และความสอดคล้องกับการตีความทางธรณีสัณฐานวิทยาของอายุ 14C ของหินคาร์บอเนตเป็นพื้นฐานหลักสำหรับการประเมินนี้ห้องปฏิบัติการแต่ละแห่งประเมินหรือดำเนินการข้อตกลงเกี่ยวกับเมล็ดพืชฉบับเดียว แต่กำหนดโดยอิสระว่าไม่เหมาะสำหรับใช้ในการศึกษานี้วิธีการโดยละเอียดและโปรโตคอลการวิเคราะห์ตามด้วยห้องปฏิบัติการแต่ละแห่งมีอยู่ในวัสดุและวิธีการเสริม
สิ่งประดิษฐ์จากหินที่กู้คืนจากการขุดค้นแบบควบคุม (BRU-I; CHA-I, CHA-II และ CHA-III; MGD-I, MGD-II และ MGD-III และ SS-I) ขึ้นอยู่กับระบบเมตริกและคุณภาพ ลักษณะเฉพาะ.วัดน้ำหนักและขนาดสูงสุดของชิ้นงานแต่ละชิ้น (โดยใช้เครื่องชั่งดิจิตอลในการวัดน้ำหนักคือ 0.1 กรัม โดยใช้เครื่องวัดเส้นผ่าศูนย์กลางดิจิตอล Mitutoyo ในการวัดขนาดทั้งหมดคือ 0.01 มม.)โบราณวัตถุทางวัฒนธรรมทั้งหมดยังจำแนกตามวัตถุดิบ (ควอตซ์ ควอตซ์ หินเหล็กไฟ ฯลฯ) ขนาดเกรน (ละเอียด ปานกลาง หยาบ) ความสม่ำเสมอของขนาดเกรน สี ชนิดคอร์เทกซ์และความครอบคลุม การปัดเศษของสภาพดินฟ้าอากาศ/ขอบ และเกรดทางเทคนิค (สมบูรณ์หรือแตกเป็นชิ้นๆ) แกนหรือสะเก็ด สะเก็ด/ชิ้นมุม หินค้อน ระเบิดมือ และอื่นๆ)
แกนวัดตามความยาวสูงสุดความกว้างสูงสุดความกว้างคือ 15%, 50% และ 85% ของความยาวความหนาสูงสุดความหนา 15%, 50% และ 85% ของความยาวการวัดยังดำเนินการเพื่อประเมินสมบัติเชิงปริมาตรของแกนกลางของเนื้อเยื่อครึ่งซีก (เรเดียลและเลวัลลอย)ทั้งแกนที่เสียหายและแตกหักถูกจำแนกตามวิธีการรีเซ็ต (แท่นเดียวหรือหลายแพลตฟอร์ม, แนวรัศมี, เลวัลลอยส์ ฯลฯ) และแผลเป็นขุยจะนับที่ ≥15 มม. และ ≥20% ของความยาวแกนแกนที่มีแผลเป็นขนาด 15 มม. 5 หรือน้อยกว่านั้นจัดอยู่ในประเภท "สุ่ม"ความครอบคลุมของคอร์เทกซ์ของพื้นผิวแกนทั้งหมดจะถูกบันทึก และความครอบคลุมของคอร์เทกซ์ที่เกี่ยวข้องของแต่ละด้านจะถูกบันทึกบนแกนกลางของเนื้อเยื่อครึ่งซีก
แผ่นงานวัดตามความยาวสูงสุดความกว้างสูงสุดความกว้างคือ 15%, 50% และ 85% ของความยาวความหนาสูงสุดความหนา 15%, 50% และ 85% ของความยาวอธิบายเศษส่วนตามส่วนที่เหลือ (ส่วนใกล้เคียง ตรงกลาง ส่วนปลาย แยกทางด้านขวา และแยกทางด้านซ้าย)การยืดตัวคำนวณโดยการหารความยาวสูงสุดด้วยความกว้างสูงสุดวัดความกว้าง ความหนา และมุมแท่นด้านนอกของชิ้นส่วนที่ไม่เสียหายและชิ้นส่วนส่วนใกล้เคียง และจัดประเภทแท่นตามระดับของการเตรียมการบันทึกความครอบคลุมและตำแหน่งของเยื่อหุ้มสมองบนชิ้นส่วนและชิ้นส่วนทั้งหมดขอบส่วนปลายแยกตามประเภทของปลายสาย (ขนนก บานพับ และตะเกียบบน)ในส่วนที่สมบูรณ์ ให้บันทึกจำนวนและทิศทางของแผลเป็นในส่วนก่อนหน้าเมื่อเผชิญหน้า ให้บันทึกตำแหน่งการปรับเปลี่ยนและการบุกรุกตามโปรโตคอลที่กำหนดโดย Clarkson (59)แผนการปรับปรุงเริ่มต้นขึ้นสำหรับชุดการขุดส่วนใหญ่เพื่อประเมินวิธีการฟื้นฟูและความสมบูรณ์ของการสะสมของไซต์
สิ่งประดิษฐ์จากหินที่กู้คืนจากหลุมทดสอบ (CS-TP1-21, SS-TP1-16 และ NGA-TP1-8) ได้รับการอธิบายตามรูปแบบที่ง่ายกว่าการขุดแบบควบคุมสำหรับแต่ละสิ่งประดิษฐ์ คุณลักษณะต่อไปนี้ถูกบันทึก: วัตถุดิบ ขนาดอนุภาค ความครอบคลุมของเปลือกนอก เกรดขนาด ความเสียหายจากสภาพดินฟ้าอากาศ/ขอบ ส่วนประกอบทางเทคนิค และการเก็บรักษาเศษบันทึกคำอธิบายสำหรับคุณสมบัติการวินิจฉัยของสะเก็ดและแกนจะถูกบันทึกไว้
ตะกอนทั้งหมดถูกตัดออกจากส่วนที่เปิดเผยในการขุดค้นและร่องลึกทางธรณีวิทยาหินเหล่านี้ถูกตรึงบนไซต์ด้วยผ้าพันแผลพลาสเตอร์หรือกระดาษชำระและเทปบรรจุภัณฑ์ จากนั้นจึงขนส่งไปยังห้องปฏิบัติการธรณีวิทยาธรณีวิทยาของมหาวิทยาลัยทูบินเกนในเยอรมนีที่นั่น ตัวอย่างถูกทำให้แห้งที่ 40°C เป็นเวลาอย่างน้อย 24 ชั่วโมงจากนั้นนำไปบ่มภายใต้สุญญากาศ โดยใช้ส่วนผสมของโพลีเอสเตอร์เรซินและสไตรีนที่ไม่ได้รับการส่งเสริมในอัตราส่วน 7:3เมทิล เอทิล คีโตน เปอร์ออกไซด์ ใช้เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา ส่วนผสมเรซิน-สไตรีน (3 ถึง 5 มล./ลิตร)เมื่อส่วนผสมเรซินกลายเป็นเจลแล้ว ให้อุ่นตัวอย่างที่อุณหภูมิ 40°C เป็นเวลาอย่างน้อย 24 ชั่วโมงเพื่อให้ส่วนผสมแข็งตัวเต็มที่ใช้เลื่อยกระเบื้องเพื่อตัดตัวอย่างที่ชุบแข็งเป็นชิ้นขนาด 6 × 9 ซม. ติดบนสไลด์แก้วแล้วบดให้มีความหนา 30 ไมโครเมตรชิ้นงานที่ได้จะถูกสแกนโดยใช้เครื่องสแกนแบบแท่น และวิเคราะห์โดยใช้แสงโพลาไรซ์แบบระนาบ แสงแบบโพลาไรซ์ แสงตกกระทบเฉียง และการเรืองแสงสีน้ำเงินด้วยตาเปล่าและกำลังขยาย (×50 ถึง ×200)คำศัพท์และคำอธิบายของบางส่วนเป็นไปตามแนวทางที่เผยแพร่โดย Stoops (60) และ Courty et al(61).ก้อนคาร์บอเนตที่ก่อตัวเป็นดินที่เก็บจากความลึก> 80 ซม. จะถูกผ่าครึ่งเพื่อให้ครึ่งหนึ่งสามารถชุบและทำเป็นชิ้นบาง ๆ (4.5 × 2.6 ซม.) โดยใช้กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอมาตรฐานและกล้องจุลทรรศน์ปิโตรกราฟิกและกล้องจุลทรรศน์วิจัย cathodoluminescence (CL) .การควบคุมประเภทของคาร์บอเนตนั้นระมัดระวังเป็นอย่างยิ่ง เนื่องจากการก่อตัวของคาร์บอเนตที่ก่อตัวในดินนั้นสัมพันธ์กับพื้นผิวที่เสถียร ในขณะที่การก่อตัวของคาร์บอเนตในน้ำใต้ดินนั้นไม่ขึ้นกับพื้นผิวหรือดิน
ตัวอย่างถูกเจาะจากพื้นผิวตัดของก้อนคาร์บอเนตที่ก่อตัวเป็นดินและผ่าครึ่งสำหรับการวิเคราะห์ต่างๆFS ใช้กล้องจุลทรรศน์สเตอริโอและปิโตรกราฟิกมาตรฐานของคณะทำงานธรณีวิทยาและกล้องจุลทรรศน์ CL ของคณะทำงานแร่ทดลองเพื่อศึกษาชิ้นบาง ๆ ซึ่งทั้งคู่ตั้งอยู่ในทูบิงเงน ประเทศเยอรมนีตัวอย่างย่อยการหาคู่เรดิโอคาร์บอนถูกเจาะโดยใช้การฝึกซ้อมที่แม่นยำจากพื้นที่ที่กำหนดซึ่งมีอายุประมาณ 100 ปีอีกครึ่งหนึ่งของก้อนเนื้อมีเส้นผ่านศูนย์กลาง 3 มม. เพื่อหลีกเลี่ยงบริเวณที่มีการตกผลึกซ้ำ การรวมตัวของแร่ธาตุจำนวนมาก หรือการเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ในขนาดของผลึกแคลไซต์ไม่สามารถปฏิบัติตามโปรโตคอลเดียวกันสำหรับตัวอย่าง MEM-5038, MEM-5035 และ MEM-5055 Aตัวอย่างเหล่านี้ได้รับการคัดเลือกจากตัวอย่างตะกอนหลวมและมีขนาดเล็กเกินไปที่จะผ่าครึ่งสำหรับการตัดแบบบางอย่างไรก็ตาม การศึกษาแบบบางส่วนได้ดำเนินการกับตัวอย่างจุลสัณฐานวิทยาที่สอดคล้องกันของตะกอนที่อยู่ติดกัน (รวมถึงก้อนคาร์บอเนต)
เราส่งตัวอย่างการออกเดท 14C ไปยังศูนย์วิจัยไอโซโทปประยุกต์ (CAIS) ที่มหาวิทยาลัยจอร์เจีย เอเธนส์ ประเทศสหรัฐอเมริกาตัวอย่างคาร์บอเนตทำปฏิกิริยากับกรดฟอสฟอริก 100% ในถังปฏิกิริยาที่มีการอพยพเพื่อสร้าง CO2การทำให้ตัวอย่าง CO2 บริสุทธิ์ที่อุณหภูมิต่ำจากผลิตภัณฑ์ปฏิกิริยาอื่นๆ และการแปลงตัวเร่งปฏิกิริยาเป็นกราไฟต์อัตราส่วนของกราไฟท์ 14C/13C ถูกวัดโดยใช้แมสสเปกโตรมิเตอร์แบบเร่งความเร็ว 0.5-MeVเปรียบเทียบอัตราส่วนตัวอย่างกับอัตราส่วนที่วัดด้วยมาตรฐานกรดออกซาลิก I (NBS SRM 4990)หินอ่อนคาร์รารา (IAEA C1) ถูกใช้เป็นพื้นหลัง และใช้ทราเวอร์ทีน (IAEA C2) เป็นมาตรฐานรองผลลัพธ์จะแสดงเป็นเปอร์เซ็นต์ของคาร์บอนสมัยใหม่ และวันที่ที่ไม่ได้สอบเทียบที่ยกมาจะแสดงในปีเรดิโอคาร์บอน (ปี BP) ก่อนปี 1950 โดยใช้ครึ่งชีวิต 14C ที่ 5568 ปีข้อผิดพลาดถูกอ้างถึงเป็น 1-σ และสะท้อนถึงข้อผิดพลาดทางสถิติและการทดลองจากค่า δ13C ที่วัดโดยอัตราส่วนไอโซโทปแมสสเปกโตรเมตรี C. Wissing ของห้องปฏิบัติการ Biogeology ในเมือง Tubingen ประเทศเยอรมนีรายงานวันที่ของการแยกส่วนไอโซโทป ยกเว้น UGAMS-35944r ที่วัดที่ CAISตัวอย่าง 6887B ถูกวิเคราะห์ซ้ำกันเมื่อต้องการทำเช่นนี้ ให้เจาะตัวอย่างย่อยที่สองจากปม (UGAMS-35944r) จากพื้นที่สุ่มตัวอย่างที่ระบุบนพื้นผิวการตัดเส้นโค้งการสอบเทียบ INTCAL20 (ตาราง S4) (62) ที่ใช้ในซีกโลกใต้ใช้เพื่อแก้ไขการแยกส่วนของชั้นบรรยากาศของตัวอย่างทั้งหมดเป็น 14C ถึง 2-σ