精选
一篇续写了三十年的论文
----从“新石器以来的北温带草原文化与气候变化”到“东亚季风与人类活动存在500年周期同步变化”
前几天，我们团队的一篇论文“Synchronous 500-year oscillations of monsoon climate and human activity in Northeast Asia”，在Nature Communications 发表了，让我想起了30年前的一件往事…
１９８９年初冬的一天，在青岛市中山路的一家新华书店，我无意间看一本翻译成中文的书，书名叫《世界历史的变革》[1]，书中介绍的古人类迁徙的时间、空间框架，一下子吸引了我，隐隐约约的感觉，这个时空框架与我正在写的两万年来气候变化的论文有些关系，两万年气候变化的论文是为迎接《国际第四纪大会》在北京召开赶写的[2]，按时完成之后，我开始细读《世界历史的变革》，发现书中关于欧亚大陆上温带草原古人类阶段性向南迁移的时间，绝大部分与气候变冷时间相呼应，这让我兴奋不已…，我想应该有人写过这方面的文章，我就在青岛市仅有的几个图书馆和研究所资料室查找、检索，很遗憾，没有（或者没有找到），反而找到一篇李四光先生早年发表的、有关人类战争频率变化的文章，让我惊奇的是，历史上战争频繁发生的时期，竟然也和气候变冷的时间相对应…，不会是巧合吧，我思考着是否可以写篇气候变化与文化演化的文章，至少古气候的资料刚刚整理过，只是对我来说人类历史的知识太少，需要恶补…，兴趣之下，是不知道劳累的…，文章很快写好了，起名“新石器以来的北温带草原文化与气候变化”。
我在硫酸纸上把每一张图精心画好，把论文抄写工整，寄到北京中国科学院地质研究所的《第四纪研究》编辑部，很久没有消息，直到９０年春天我到北京开会，会上遇到我们学界的一位老先生，他匆匆把我拉到一个离会场不远的地方，悄悄的、又非常严肃地、一字一字地给我说：“你投第四纪研究的论文，是我审的，…，你怎么能写这样的文章，这是我们党、我们国家早已经批判过的环境决定论，你这是要犯政治错误的，这是要坐牢的，…，你这么年轻，你知道吗…”，先生的声音越来越大，“我知道了，您这是为我好，都是为我好…”，天很冷，我脸上的汗滴在慢慢向下滚。文章是发不了，我要赶快把稿件要回来，千万不要犯错误。
《第四纪研究》的编辑，是宋云华老师，对人非常热情，让我意外的是，她说“这个文章还没有最后拒稿，刘东生先生想找其它专家再审，刘先生应该是想发这篇文章的，你看他还让我把你论文中的这段话，抄写给他...”，宋云华老师找出抄写的我论文中一段话：“如果新石器以来气温的升降幅度按２-４°Ｃ计算（冷、暖分别比现代低或高１-２°Ｃ），气温等值线在纬度上的迁移幅度应达３-６度（按纬度相隔１度，气温变化0.63 °Ｃ计算）。如果这种气候变化导致的水热条件的变化在200-300年期间能够完成草原植被的演替及草原的迁移，那么草原带的迁移幅度至少300-500ｋｍ…”，“当气候寒冷期，气候带、草原带南移，从东亚到西亚的草原文化也随之向南扩展，由于全球气候变化的同时性，从东亚、中亚到西亚的草原文化的向南扩展也呈现同时性，人类历史发展的重要分界线 对应着特定的气候环境”。是的，这些是我这篇论文的主要观点。
回到青岛，我对发表这篇论文又充满了期待，不久，信息传来，稿件先后被送到几位著名的考古学家手里，还是没有通过，刘先生也没有办法了。我心里虽然很难过，但刘先生对这篇文章的态度，还是让我感到一丝温暖和希望。有时候，真是天无绝人之路，一天，我收到上海博物馆谭德睿先生寄来的信，问能否通过植硅体帮助他们分析古代剑范、钱范中是否添加了植物，是什么种类的植物？随后派了两位同志到青岛国家海洋局一所我的实验室，一起做分析，两位同志对我们的工作很有兴趣，闲谈中说起了我这篇被拒稿的文章，他们建议，可以试试上海博物馆新办的刊物《文物保护与考古科学》，１９９１年底，这篇论文终于发表在《文物保护与考古科学》上［３］。
有些遗憾的是，当时初办的《文物保护与考古科学》发行量有限，可能许多人查不到我这篇文章，至今，在百度和许多检索文库都没有。多少年以后，越来越多的研究者发表完全类似观点的论文[4,5]，引用的早期文献，也很少有我这篇文章，多是引用许靖华先生１９９８年发表在中国科学上的文章“太阳、气候、饥饿与民族大迁移”[6]。这些年，我经常向考古、历史专业的老师请教，在《第四纪研究》、《中国科学》上组织了多期环境考古专集，通过环境考古专业委员会组织交流讨论，环境考古领域一直在向健康方向发展。我也越来越认识到，原来在《文物保护与考古科学》上这篇文章，无论气候证据还是考古证据，在年代精度、事件的准确性、统计检验、以及机制解释上，都需要完善深入。
１０多年前，我们研究室的储国强研究员，在国内首先掌握了高精度钻取玛珥湖年纹层岩芯和进行年纹层记年的新技术，为我们高分辨率分析花粉组合、获取精确定年的气候变化记录提供了机会，我和我的学生共同努力，与国内外同行一起，向前深入推进这方面的研究。３０年后把新的“东亚季风与人类活动存在500年周期同步变化”新成果发表在国际重要学术期刊上[7]。
1, 谢世辉，蒋立峰, 世界历史的变革: 向欧洲中心论挑战, 北京：人民出版社,1989.
2, 吕厚远，等, 中国 20 ka BP 来世纪气候波动周期与天体运行关系初探. 见: 梁名胜, 张吉林主编. 中国海陆第四纪对比研究. 北京: 科学出版社, 1991.
3，吕厚远,新石器以来的北温带草原文化与气候变迁.文物保护与考古科学,1991,3(2):41-50.
4，陈强, 气候冲击、王朝周期与游牧民族的征服. 经济学(季刊), 2015, 14(1):373-394.
5, 章典, 詹志勇, 林初升等, 气候变化与中国的战争、社会动乱和朝代变迁. 科学通报, 2004, 49(23).
6, 许靖华,太阳、气候、饥饿与民族大迁移,中国科学,D辑,1998,28(4),366-384.
7, Xu D K*, Lü H Y*, Chu G Q, Liu L, Shen C M, Li F J, Wang C, Wu N Q. Synchronous 500-year oscillations of monsoon climate and human activity in Northeast Asia. Nature Communications, 2019, 10: 4105.
以下：关于“新石器以来的北温带草原文化与气候变迁”的论文附件
中国科学院地质与地球物理研究所关于Nature Communications论文的介绍http://www.igg.cas.cn/xwzx/yjcg/201909/t20190912_5382954.html
全新世东亚季风与人类活动存在５００年周期同步变化
导读：中国科学院地质与地球物理研究所吕厚远团队与国内外同行合作，通过对中国东北地区约一万年来玛珥湖年纹层花粉记录和考古遗址碳十四年龄概率密度的分析，发现花粉记录的季风气候变化、和碳十四概率密度揭示的人类活动，都存在约５００年周期变化，季风气候驱动的周期性的暖湿／冷干与人类活动的强／弱、以及与史前文化的盛／衰，几乎是同步变化的。在东北地区史前六个文化繁盛期中，除了红山文化对应了千年尺度的中全新世适宜期外，其它都明确地对应着５００年周期的暖湿期。研究认为，叠加在全新世气候变化背景上的５００年周期，深刻影响了东北亚地区史前文化的演替和发展，气候变化的５００年周期与太阳活动引发的厄尔尼诺－南方涛动的频率变化关系密切。这些发现不仅揭示了史前人类活动、文化演替与周期性自然气候变化之间存在明确关系，而且表明，在东亚季风区，温暖的自然气候更有利于史前人类文化、文明的繁盛发展。相关论文已于２０１９年９月１１日在《自然·通讯》（Ｎａｔｕｒｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）上在线发表。
今天，气候变化对人类社会的政治、经济、文化等产生的深刻影响，已是不争的事实。然而，在历史和史前时期，气候变化能否、或如何影响人类社会文化、文明发展，近百年来，一直是自然科学和社会科学不同领域争论的话题。
气候变化的最基本的特征是它的周期性和事件的不确定性。长期以来，人们认识全新世（约１万年以来）气候变化与人类社会发展的关系，主要集中在三个方面：（１）灾变性气候事件：如 洪水、干旱、地震、火山、冰筏事件等，对人类活动产生的重大影响；（２）周期性气候变化：如 １０年－百年际时间尺度的周期性气候振荡，可能与游牧迁徙、人口变动、战争频率、王朝更替等人类社会发展进程有关；（３）社会弹性（ｓｏｃｉａｌ ｒｅｓｉｌｉｅｎｃｅ）：考古文化对气候事件或周期胁迫的敏感程度。其中，由于周期性变化的过程、规律、机制在预报、预警方面的优势和需求，是近年来学界研究的焦点之一。 迄今，对于周期性气候变化与社会变迁的许多研究成果，多来自有文献记载的历史时期，其时间和过程较准确可靠。但对于从全新世早期（农业开始的１万年前后）到晚期，在这段漫长的人类发展过程中，由于缺少精确定年的、高分辨率气候记录，和缺少精确定年的人类活动和文化变迁的定量指标，一直是影响研究长期气候变化与人类活动关系的瓶颈。
图１ 小龙湾玛珥湖和１４Ｃ定年的考古遗址位置图
中国科学院地质与地球物理研究所吕厚远科研团队与云南师范大学、山东大学和美国斯坦福大学合作，提供了全新世以来我国东北地区气候和人类活动两组完全独立的代用指标记录（图１）：一组是，基于东北龙岗火山区小龙湾玛珥湖年纹层沉积准确定年的优势，高分辨率分析、鉴定了９２６０年以来（到公元２００５年止）周边植物花粉种类的变化（图２），揭示出适应强夏季风温暖湿润气候的栎属等花粉含量以及花粉组合第一主成分呈现周期性变化，暖湿相位的峰值年龄，先后出现在 ～８９７０、～８４７０、～７９７０、～７４２０、～６８３０、～６３５０、～５９４０、～５４５０、～４９８０、～４３９０、～３９００、～３４００、～２８１０ ｃａｌ ｙｒ Ｂ．Ｐ（ｃａｌ ｙｒ Ｂ．Ｐ为距公元１９５０年前的年龄），花粉含量谱分析呈现出显著的５００年周期（图３ａ１， ａ２），每个周期的波动幅度并不一样，发生在中全新世后期的３个周期（峰值 ～６３５０、～５９４０、～５４５０ ｃａｌ ｙｒ Ｂ．Ｐ）的波动幅度非常弱（图４）。另外，花粉组合揭示出１万年来的气候暖湿变化，经历了从低－高－低的总体变化趋势，最暖湿的中全新世出现在约～７０００ － ～５０００ ｃａｌ ｙｒ Ｂ．Ｐ．，５００年气候周期，叠加在全新世气候总体变化趋势上（图２栎属等）。
图２ 小龙湾玛珥湖孢粉分析结果
图３ 栎属花粉和１４Ｃ概率密度时间序列分析结果
另一组是利用考古遗址碳十四测年数据概率密度方法，以高精度年龄框架重建史前人口变化记录的优势，全面系统获取了我国东北和华北北部６２７个考古遗址碳十四测年数据，在排除大误差样品和其他无法反映人类活动的材料数据之后，进一步通过卡方检验进行数据合并，减少遗址间或同一遗址不同时期人为采样的偏差，利用国际通用计算方法和希尔伯特黄变换（Ｈｉｌｂｅｒｔ－Ｈｕａｎｇ Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ），获得从８０００年到２０００年期间反映人类活动强度的碳十四概率密度曲线。结果表明，人类活动强度高峰值，先后出现在～７５７０、～６７７０、～６２４０、～５４４０、～４９３０、～４４２０、～３８２０、～３３００、～２８００ ｃａｌ ｙｒ Ｂ．Ｐ．。谱分析和小波分析结果表明人类活动强度具有～５００年主导周期 （图３ｂ1，ｂ２）。
图４ 栎属和１４Ｃ概率密度５００年周期变化与文化演化阶段对比
对比气候变化和人类活动的结果表明，花粉记录的季风气候变化和碳十四概率密度揭示的人类活动存在约５００年周期的同步变化，部分人类活动周期相位略滞后了几十年。季风气候周期性的暖湿／冷干与人类活动的强／弱，以及与史前文化的盛／衰的过程显著相关。在东北地区史前六个文化繁盛期中（兴隆洼文化，赵宝沟文化，红山文化，小河沿文化，夏家店下层文化，夏家店上层文化），除了红山文化（～６５００ － ～５０００ ｃａｌｙｒ Ｂ．Ｐ．）无法与中全新世后期３次非常弱的５００年周期对应外，其它文化期都显著对应着５００年周期夏季风加强的暖湿期（图４）。
红山文化是中国北方最具代表性的新石器文化之一，被学者称之为“中华文明曙光升起的地方”（图５），目前位于东亚夏季风北部的边缘区，其生态环境对周期性气候变化敏感。但在红山文化期对应的中全新世，是最强盛的千年尺度夏季风暖湿期，夏季风北部的边缘区会进一步向西北迁移，可能抑制了该区５００年气候周期信号的强度，相对弱的５００年周期气候波动很难击垮一个“社会弹性”已经很高的文化体系，包括增强土地利用的集约化农业、居住地和宗教活动的变化、以及精英阶层获得的空前的祭祀权力等。直到５０００年前后，中全新世后期快速的变冷同时叠加了５００年周期冷相位，加速恶化的气候击垮了红山文化社会弹性底线。进一步研究发现５００年周期性气候演化与太阳活动引发的厄尔尼诺－南方涛动的频率有明确的关系。同时也说明，不同时间尺度的气候变化对不同地区（范围）影响的程度和方式，可以是不一样的。
总之，叠加在全新世气候背景上的５００年气候变化周期，深刻影响了东北亚地区史前文化的演替和发展，温暖湿润的自然气候，促进该区植物和动物生产力的提高，有利于史前人类文化、文明的发展、繁盛。
图５ 红山文化的代表性遗址和出土陶、玉器 （ａ，ｂ，ｃ１，ｅ，孙永刚教授提供红山文化遗址和文物照片）
中科院地质与地球物理研究所徐德克副研究员和吕厚远研究员为论文的共同通信作者和共同第一作者，储国强研究员、吴乃琴研究员、李丰江副研究员，云南师范大学的沈才明教授，美国斯坦福大学的刘莉教授，和山东大学王灿博士参加了合作研究。本研究得到中科院战略性先导科技专项（Ａ类和Ｂ类）、国家自然科学基金、国家重点研发计划、９７３计划项目和云南省高端人才项目共同资助。这是该团队利用植硅体、花粉等微体古生物方法，继在著名学术期刊Ｎature（2005）、ＰＮＡＳ（2009，2013，2017）先后发表古人类活动、农业考古、古气候变化等方面的重要成果后，又一次在国际重要期刊发表环境考古方面的成果。
原文链接https://www.nature.com/articles/s41467-019-12138-0
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