蔡書慧等-GRL：考古磁學研究揭示新石器時代晚期東亞地磁場強度變化
地磁場起源於地球外核，穿過殼幔到達地表並延伸至太空，是認識地球圈層結構和運動狀態的窗口；地磁場也是地球的保護傘，屏蔽太陽風帶電高能粒子和宇宙射線，減少大氣離子逃逸，從而保護地球宜居環境。古地磁學研究表明，地磁場存在從百萬年尺度到千百年尺度不等的長期變化，這些變化是理解和重建過去地球內部動力學過程的重要依據。考古磁學是解析地磁場全新世以來百年尺度高解析度精細變化特徵的有效途徑。全新世地磁場分布表現為很強的區域特徵，深入研究各區域地磁場變化是認識地磁場全球分布的基礎和前提。我國豐富的考古材料為建立東亞區域地磁場變化模型提供了有利條件。
中國科學院地質與地球物理研究所巖石圈演化國家重點實驗室蔡書慧副研究員與合作者對陝西西安一處新石器時代晚期遺址（楊官寨遺址）開展了系統的考古磁學研究。楊官寨遺址北部發現廟底溝時期環壕聚落，考古工作者在環壕西南部進行深入發掘，揭露出5-6 m的堆積剖面，文化層清晰，遺存豐富，並含有碳屑，是理想的考古磁學研究對象（圖1）。本研究採集了該剖面中的陶片、碳屑和定向沉積物，開展詳細的年代學、地磁場古絕對強度和相對強度研究。14C定年結果和考古斷代限定研究對象年齡為~3500-3000 BC。古絕對強度研究共獲得64個高精度古強度結果，變化範圍為~55-90 ZAm2（圖2）。通過定向沉積物獲得的地磁場相對強度變化趨勢與絕對強度變化吻合較好（圖3），證實了強度結果的可靠性，也說明此類考古遺址沉積過程相對複雜的沉積物或可有效記錄地磁場信息。
圖1 （a）研究區位置分布圖，紅色五角星為楊官寨遺址地理位置，黑色圓圈和紫色方塊分別為上世紀和近幾年已發表考古強度數據；（b、c）研究剖面，從上到下大體分4個層位；（d、e）非定向陶片和定向沉積物樣品採集照片
圖2 新增強度結果（紅色五角星）與已發表結果和全球模型預測對比圖。圖中桔色曲線為本文新發表的中國地磁場考古強度變化參考曲線。VADM代表地磁場虛軸向偶極矩，即地磁場強度
圖3 （a）剖面絕對強度；（b、c）沉積物獲得的非磁滯剩磁（ARM）和等溫剩磁（IRM）歸一化的相對強度；（d、e）沉積物記錄的磁偏角和傾角變化。桔色虛線代表絕對強度和相對強度對應關係，a中不同符號代表不同來源的陶片結果，b-e中不同顏色符號代表來自不同層位的沉積物結果
強度結果顯示地磁場在~3300 BC左右可能存在一個『jerk』，對比歐洲和中東同時期結果，並未發現類似變化特徵，指示可能是地磁場非偶極局部變化。結合新強度結果和重新分析後的已發表數據，本研究更新了中國考古強度變化參考曲線（Archint_China2），為地磁場區域對比和考古定年提供最新依據。本研究新獲得強度結果為改善現有數據結構、完善東亞及全球地磁場模型提供新的約束，絕對強度和相對強度研究相結合的方法為今後考古磁學研究提供了新的思路。
研究成果發表於國際權威學術期刊Geophysical Research Letters。（Shuhui Cai, Lisa Tauxe, Weilin Wang, Chenglong Deng, Yongxin Pan, Liping Yang, Huafeng Qin.
High-fidelity archeointensity results for the late Neolithic Period from central China[J]. Geophysical Research Letters, 2020: e2020GL087625. DOI: 10.1029/2020GL087625）
美編：徐海潮
校對：張 崧