15周口店第四纪地质与环境变迁研究进展与展望.pdf

文章编号 100626616 2002 0420347207 收稿日期 2002209213 基金项目国家自然科学基金项目编号 40172062 作者简介程捷19632 , 男,教授,从事第四纪地质及古脊椎动物的研究和教学。 周口店第四纪地质与环境变迁 研究进展与展望 程 捷,王海芝,张西娟,余江宽,杜宏刚 中国地质大学,北京 100083 摘 要本文综述了周口店地区80多年来在第四纪地质、古人类、考古及环境研 究方面的成果和重要进展,简要地展望了今后的工作。在过去的80多年中,在周 口店发现了丰富的直立人、早期智人和晚期智人化石以及大量的旧石器;建立了较 为完整的第四纪地层层序;发现了早更新世的古冰楔,并命名为太平山冰缘期;第 1地点记录了中更新世三次明显的气候冷暖波动。今后应注意早更新世新地点寻 找,人类的进化及“北京人”的社会行为研究,环境标志及环境事件的细致研究, 生物2气候事件的对比研究,建立周口店的生物2气候事件地层序列。 关键词周口店;第四纪地质;环境;古人类 中图分类号 P534163 , X141 文献标识码 A 1 历史的回顾 周口店是世界上最著名的古人类化石产地之一,也是研究我国北方第四纪洞穴地层的经 典地区。它以其重要的科学研究价值为世人关注, 1987年被联合国教科文组织列为世界人 类文化遗产名录,也是我国最早进入遗产名录的地点之一。众所周知,周口店不仅发现了分 属直立人、早期智人、晚期智人的“北京人” 、新洞人和山顶洞人化石,以及丰富的人类文 化遗存,而且还保存有良好的第四纪地层剖面,象在龙骨山这样一个小山丘上却发现了不同 时期的古人类化石,这在世界上也是极为罕见的。 周口店的第四纪地质、古人类和古脊椎动物的研究历史在某种程度上展示了我国第四纪 地质、古人类和古脊椎动物研究的发展历程。从1916年叶良辅等到周口店作地质调查时, 涉及少量的第四纪地质内容以来 [1] ,该区的第四纪地质和古人类研究已走过了80多个春秋, 所取得的成就也是有目共睹的,为世人惊叹。在过去的80多年中,周口店的第四纪地质、 古人类、古脊椎动物和古环境研究大体上可以划分为以下几个阶段。 1927年之前,是中外地质学家在周口店进行初步地质调查和古人类化石地点发现阶段, 尤其以北京猿人洞和北京猿人发现为标志。1918年春,时任中华民国农商部矿政顾问的瑞 第 8卷 第4期 2 0 0 2年1 2月 地 质 力 学 学 报 JOURNAL OF GEOMECHANICS Vol18 No14 Dec . 2 0 0 2 典地质学家安特生Johan Gunnar Andersson ,根据所得线索来到周口店的鸡骨山龙骨山南 边的一小山丘进行了两天的古脊椎动物化石考察,但收获甚微。历史性的突破是发生在 1921年夏末秋初,当时安特生和葛兰阶Walter Granger来周口店检查师丹斯基Otto Zdan2 sky 在鸡骨山的发掘工作,在当地村民的引导下,他们来到龙骨山,发现了北京猿人洞 也称第1地点 [2] ,从此就揭开了周口店古人类、考古和第四纪地质研究的序幕。由于发现 了北京猿洞当时并不这样称 , 师丹斯基的发掘工作也从鸡骨山转移到第1地点,在后来 的两年发掘中1922 , 1923 ,尽管哺乳动物化石发现不少,但并未获得人类化石材料实 际上采到了人牙化石,只是当时未辨认出来而已 , 所以到1923年底就结束了发掘工作, 1924年他回到了乌普萨拉大学。直到1926年,师丹斯基在乌普萨拉大学研究采自周口店这 批化石时,终于认出了一枚人类牙齿化石,为了慎重起见,当时他不确定地定为“真人 Homo sp. ” [3 ,4] 。这一发现轰动了世界,引起了世人的关注,从此周口店的古人类、第四 纪地质、旧石器考古研究进入了一个蓬勃发展的时期。 1927年～1937年,这是周口店古人类、哺乳动物及考古研究最为辉煌的时期,不仅发 现了大量的古人类化石、哺乳动物化石和石器,还集聚了一批优秀的中外科学家参加工作, 如李捷、杨钟键、裴文中、贾兰坡、卞美年、安特生、步达生、步林Birger Bohlin、师丹 斯基、魏敦瑞Franz Weidenreich、德日进Pierre Teilhard de Chardin等。由于有这些优秀 的科学家参与工作,使研究成果达到了前所未有的顶峰时期。实际上,在后来的发掘中也未 超过这个时期。这个时期最为标志性的成果是裴文中在1929年发现第一个完整的头盖 骨 [5 ,6] ,以及贾兰坡在1936年发现三个头盖骨 [2] ,同时还有大量的石器发现 [7] 。在这个时 期,除了对第1地点的发掘和研究外,还在龙骨山及其周边地区进行新化石地点的寻找和发 掘,如山顶洞的发现和发掘,所以这个时期在周口店发现了20多个化石地点,在时代上涵 盖了整个更新世 [8] 。由于发现了大量的古人类化石和石器,所以对“北京人”Sinanthropus pekinensis,现称Hono erectus pekinensis的特点、性质及活动有了一些比较清晰的认识,魏敦 瑞作了详尽的研究 [9] 。同时,还出版了大量的有关哺乳动物、古人类、第四纪地质等方面的 论文和专著 [6] 。 1937年～1949年,由于抗日战争爆发,以及其后的解放战争,周口店的发掘和研究工 作几乎停止,只是做少量的室内研究工作,直到1949年新中国成立,周口店的发掘和研究 工作才得到全面的恢复。从1949年到现今又是一个发展时期,与前一个时期不同的是在第 四纪环境研究方面得到重视,并做了大量的工作。在50年代和60年代,对第1地点继续发 掘,但获得的材料并没有超过二、三十年代。70年代,在中国科学院古脊椎动物和古人类 研究所的主持下,约有20个科研和教学单位参加,开展了以第1地点为中心包括周边地区 的综合研究 [10] ,所涉及的内容有古人类、第四纪地层、哺乳动物、古环境、新构造、地貌、 年代学等,使第1地点的研究又上了一个新台阶。80年代,中国地质大学在周口店进行1∶5 万周口店幅区域地质调查期间,曹伯勋等在太平山及东岭子发现了一些新化石地点,这是继 二、三年代在周口店的又一次重要发现,他们并对这些地点的地层、环境、哺乳动物化石等 进行研究 [11～13] ,弥补了周口店地区第四纪某些时段的记录不足。近些年,与法国地球物理 学家合作,在龙骨山进行洞穴和第四纪沉积物探测,以期发现具有潜在价值的地点和堆积 物。 周口店地区80多年的研究历史,记录了在数代中外科学家的努力下,取得了让世人瞩 目的成果,作为我国的古人类、考古和第四纪研究的经典地区是当之无愧的。 843地 质 力 学 学 报2002 2 进展与现状 周口店地区上个世纪二、三十年代的发掘是空前的,在后来的发掘中从未达到过那样的 规模,所获得的人类、哺乳动物化石及旧石器材料也是前所未有的。这些地点的哺乳动物化 石研究在那个时期就已做得非常深入了,达到了一个相当高的水平,这奠定了周口店地区第 四纪哺乳动物研究的坚实基础,这些成果主要由杨钟健、裴文中、德日进、贾兰坡等完成 的,发表在中国古生物志和中国地质学会志上。后来有些学者对某些属种做了进一 步的研究,尤其在啮齿类方面做得更深入些,将一些属种进行了重新归并 [14～16] 。在四、五 十年代,又记述了一些地点的哺乳动物化石 [17～19] 。周口店地区第四纪研究的另一次重大进 展是由曹伯勋、田明中等做出的,他们在80年代后期发现了四个新地点 [12 ,20] ,这四个地点 含有丰富的哺乳动物化石以及其他环境信息,通过哺乳动物化石及年代学研究,这些地点在 时代上分属于更新世的早、中、晚期 [13 ,21～25] ,这些发现弥补了周口店地区在早更新世和晚 更新世某些时段缺少记录的不足。从目前的研究来看,周口店地区的第四纪哺乳动物群较为 连续,从早更新世的初期第18地点到晚更新世晚期山顶洞都有发现,尤以中更新 世哺乳动物群最丰富 [8 ,13] 。 古人类在30年代由步达生、魏敦瑞等已做过较深入的研究,基本上确立了“北京人” 的分类地位。非常遗憾的是“北京人”和山顶洞人这批非常完好和珍贵的标本在抗日战争期 间1941丢失了,这对后来的深入研究无疑是巨大的障碍,也是我国的一个巨大损失。所 幸的是在当时还做了“北京人”和山顶洞人头盖骨的模型,后来裴文中、贾兰坡、吴汝康、 吴新智等就是根据这些模型,再加上五、六十年代对第1地点发掘又获得的“北京人”的部 分头盖骨化石,对“北京人”的性质、演化、与现代的祖裔关系、生活习性、社会活动、用 火等进行更为深入的研究。研究表明,“北京人”是具有较高智商的直立人,是世界上使用 火最早的直立人,与我们现代黄种人存在祖裔关系。石器研究除在二、三十年代记述以外, 裴文中等在80年代对第1地点的石器做了非常细致的综合研究 [26] ,近几年高星对第15、13 地点的石器进行了石器生产技术的研究 [27 ,28] 。 周口店的第四纪地层以洞穴堆积为特色,包括下更新统、中更新统和上更新统。1985 年杨子赓等人对周口店地区的地层进行了总结 [10] ,划分为龙骨山组 Q 1、周口店组 Q 2 和上更新统,后来曹伯勋等又命名了太平山组 Q 1和向阳组 Q 3 [12] 。程捷等人根据哺乳 动物化石、堆积物特征等将周口店的第四纪地层进行了划分,并与黄土剖面及深海沉积物的 氧同位素曲线进行对比 [13 ,29 ,30] 。从现研究成果来看,周口店的第四纪地层层序大体上可划分 为第18地点 Q 1 1、太平山组 Q 2 1、龙骨山组 Q 3 1,第1地点的第14～17层、周口店组 Q 2,第1地点的13～1层、向阳组 Q 3 , 因此地层层序的框架还是清晰的。 随着对第四纪环境研究的重视和深入,不同学者从不同角度对周口店地区的不同地点的 环境进行研究。李炎贤等 [31 ,32] 、郑绍华 [33] 根据哺乳动物化石探讨了第1地点不同层位的环 境和气候特点,揭示了两个较为明显的气候旋回。尤玉柱等 [34] 、徐钦奇等 [35、36] 、刘纯泽 [37] 对第1地点和山顶洞的堆积物及哺乳动物群的研究发现,它们与我国的黄土剖面和深海沉积 物的氧同位素有良好的对应关系,其中第1地点的沉积物周口店组显示了3次气候旋回 3 次冰期-间冰期的旋回。1989年,曹伯勋等在太平山的北坡发现了早更新晚期的古冰 楔,并命名为太平山冰缘期 [12 ,38 ,39] ,程捷等推测当时降温幅度达12℃ 以上 [40 ,41] 。后来,程捷 943第4期程 捷等周口店第四纪地质与环境变迁研究进展与展望 对周口店地区的新、老地点的环境及气候特点进行了探讨 [30 ,42～44] ,并指出在早更新世至少 可以划分出两个冷期第18地点和太平山东洞和两个暖期第12地点和第9地点 [42] , 中更新世存在3次气候旋回 [13] ,晚更新世的东岭子剖面、三福村黄土剖面、山顶洞堆积都 很好地记录了末次间冰期和末次冰期的气候波动特点 [13 ,30] ,命名了向阳暖期 [12] 。 3 问题与展望 在过去的80多年中,周口店地区第四纪地质、古人类和考古学研究所取得的成果是丰 硕的,在中国乃至世界其他地方的古人类地点也是难以比拟的,它的古人类学和考古学研究 在世界上的地位和意义是不可质疑的,尤其是对东亚地区的古人类演化及迁徙具有特别重要 的意义,这也是国内外科学家不断地把该区的研究推向深入的一个重要原因。随着研究手段 的不断改进和学科的交叉与渗透,以及人们认识的不断提高,周口店地区的第四纪地质、古 人类及考古方面的研究正在向纵深发展,同时也发现了一些急需深入研究的问题。 长期以来认为“北京人”是会使用火的,并能保存火种,是最早使用火的直立人。的确 如此,在第1地点的不同层位中发现了大量的灰烬层以及烧过的动物骨骼,应该说这些是人 类用火的良好证据。如果把这些灰烬层以及烧过的动物骨骼都归因于自然的森林大火形成 的,然后它们被水带入洞穴堆积起来,似乎有这种可能性,但象周口店有这样丰富的灰烬层 和烧过的动物骨骼,这种可能性还是小的。以色列考古学家Weiner等对第1地点的灰烬层 研究发现没有灰床,因为灰床是人类烧火的直接证据,因此否认这些灰烬是“北京人”烧 的 [45] ,但吴新智对这一观点提出了相反的意见 [46] 。看来问题比较复杂,需深入研究。另外, 第1地点的人类化石零乱,且不完整,在化石层中还发现了大量的鬣狗粪化石,这些现象又 提出了另一个问题猿人洞是人住还是鬣狗住或是人和鬣狗共住如果是鬣狗住,那人 又住在何处还有一个问题是“北京人”的食性及社会活动,这些都需要从人类和动物化石 以及石器的形态学和埋藏学的研究来解决。 随着分子生物学的兴起,利用DNA来研究现代人的起源越来越受到重视,有些研究结 果使我们改变了过去对现代人起源的看法。有关现代人的起源大体上有两种观点,即直接演 化说和入侵说 [47] 。前者就是我们过去一般认为的各大陆的现代人美洲除外,因为美洲的 早期人类是5～115万年前从亚洲迁移过来的,所以美洲的人类历史很短是从当地的直立 人演化而来,比如黄种人是从“北京人”演化来的。后者就是基于现代的分子生物学研究提 出来的 [48～52] ,这种学说认为各大陆的现代人是从非洲的一位妇女演化而来的,时间大约发 生在15～20万年前,这时她或她的子女从非洲迁移出来,侵入各大陆,取代了当地的早期 智人,他们发现演化形成了现代人,这种学说也称“夏娃说”,这一学说对现代人的起源提 出严峻的挑战。周口店作为包含有直立人、早期智人和晚期智人的地点,而且化石又非常丰 富,在这方面应起到更大的作用,通过化石的形态学和分子生物以及文化遗迹的研究为解决 这一问题提供更多的途径。 实际上,周口店的第四纪环境记录非常的丰富,但研究的深度还远不够,很多问题有待 解决。通过沉积物和化石研究,所获得的第1地点的气候旋回并不完全一致 [30 ,32 ,34] ,作者曾 经指出在研究洞穴角砾石层的古气候时,应注意角砾石间充填物的特点,它们完全可能代 表两种不同的气候 [30] 。在80年代后期发现的几个地点 [12] ,尤其是太平山东洞,所含古冰楔 的形成机制和时间,地震楔和角度不整合的环境和地质意义,沉积纹层的环境记录,等等, 053地 质 力 学 学 报2002 都需深入的研究,与黄土剖面和深海沉积物的对比需更加精细,建立一个生物2气候事件地 层序列也是非常必要的。在周口店地区,尽管中更新世和晚更新世的记录良好,但早更新世 记录还是比较缺乏的。第18地点和第12地点的沉积物几乎是所剩无几,只有太平山东洞的 西洞保存得较好。第13地点发现了石器,那么这个时期的古人类在周口店又是如何呢因 此在周口店寻找早更新世到中更新世初期的地点以及古人类化石应值得注意。从地貌和地质 条件来看,太平山及东岭子地区是良好的目标区,主要集中在海拔140m～160m的范围,但 在东岭子地区应在200m以上。如果上述问题能得到解决,或部分解决,那么周口店在国际 上的地位和科学价值将进一步提高。 参考文献 [ 1 ] 叶良辅,等.北京西山地质志[Z].地质专报, 1920 ,甲种,第1号. 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For the last 80 years , in Zhoukoudian area many fossils ofHomo erectus pekinensis, earlyHomo sapiens and lateHomo sapienswere found; a lot of old stone artifacts were collected; the Quaternary stratigraph2 ical sequence was set up ; the ice wedges of the Early pleistocene were discovered and the Taipingshan Cold Age was named; the three circles of the warm2cold fluctuations in the Middle Pleistocene were rec2 ognized. The last researches show that it is very important to search for the new Early Pleistocene fossil localities , to study on the evolution and social behavior of“Peking man”, to research on the environ2 mental change for the Quaternary period , and to yield a stratigraphic sequence of the biotic2climatic events in Zhoukoudian area in the future. Key words Zhoukoudian; Quaternary geology; environment ; palaeoanthropology 353第4期程 捷等周口店第四纪地质与环境变迁研究进展与展望