论文简介：过去 20 万年东非的水文气候变化可能影响了人类的早期传播

CK编译    面对事实，这就是“未来奇迹”的原因。

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发表：2021 年 6 月 14 日

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过去 20 万年东非的水文气候变化可能影响了人类的早期传播

弗兰克Schaebitz，Asfawossen Asrat ,安德鲁·科恩，韦雷福斯特，沃尔特Duesing，孙燕姿Kaboth -巴哈尔。。。。。。

通信地球与环境  2、文章编号：  123（2021） 

第 73章

概要

气候和环境条件的重建有助于当前关于影响早期人类在非洲内外扩散的因素的辩论。在这里，我们分析了来自埃塞俄比亚南部裂谷的构造湖盆 楚巴希尔湖 的 20万 年的多代古气候记录。我们的记录揭示了两种气候变化模式，在时间和区域上都与特定类型的人类行为相关。第一个是 20万 到 6万 年前的长期干旱趋势，受岁差驱动的干湿循环调节。在这里，更有利的潮湿环境条件可能促进了人类向新领土的远距离扩张，而不太有利的干旱期可能导致当地人口的空间收缩和隔离。自 6万 年前观察到的第二种气候变化模式模仿了千禧年到百年规模的丹斯加德-厄施格循环和海因里希事件。我们假设人类可能对这些较短的气候波动做出了反应，并在山地和低地栖息地之间进行了局部扩散。

介绍

智人在非洲内外的流动和扩散的原因仍然是一个有争议的问题1。最近在非洲的几个地区（例如，北非2、南部非洲3、4和东非5、6）发现了大约 31万5 千至 7万5千  年龄之间的人类化石和相关石器，引发了对假设的多区域的热烈讨论。非洲智人的起源和发展7. 这个假设包括暂时可用的合适的、相互关联的栖息地，为我们的物种提供足够的资源来取得成功并建立重要的种群。因此，了解人类的起源、避难所和散布依赖于对气候和环境条件在时间和空间上的准确重建。

今天，东非的气候受热带雨带 (TRB) 每年在太阳天顶后的迁移控制，滞后 3-4 周。这种强烈的日照导致中尺度对流系统 (MSC) 的建立，受西非 (WAM) 和南亚 (印度) (SAM) 季风可能影响的调节，导致降雨的单峰到三峰分布。在年际时间尺度上，与沃克环流 (WC) 和印度洋海面温度 (SST) 异常以及印度洋偶极子 (IOD) 相关的纬向大气流量调节了东部雨季的强度非洲8 , 9 (补充图 S1）。这些控制受到轨道和千禧年到百年的尺度波动的影响，导致区域降水和栖息地变化的过去显着波动，迫使生物群适应、迁移或面临局部灭绝10 , 11 , 12 , 13 , 14 .

最近，地球科学家、气候专家和古人类学家在古人类遗址和古湖泊钻探项目 (HSPDP) 内联手，通过在东非裂谷15 号重要古人类化石和人工制品遗址附近钻探古湖泊序列来研究人类起源与气候变化的关系。，16。此外，该地区的其他研究调查了湖泊沉积物的露头，以重建过去的气候变化以及对人类进化、扩张和技术创新的可能影响13 , 17. 这些研究发现，东部非洲气候和环境在第四纪期间经历了反复深刻的干湿转换，包括伴随区域植被变化的广泛湖泊系统的形成和消失。这些变换往往与轨道方式控制日照的变化和与高纬度丹斯加德-Oeschger周期（d / O）和海因里希事件（HES）相关联的千年到百年波动13，18，19，20。除了气候变化之外，湖泊还因非气候驱动因素而波动，这使得从这些沉积物中重建气候波动变得复杂化13。

使用环境变化档案来测试智人进化和扩张的既定假设，由于人类对外部自然因素21的潜在复杂和非确定性反应而变得复杂，这些反应可能因社会因素（即与邻近群体的关系）而异。) 和个人选择22。此外，技术的进步可能促进人类的应对和适应气候应力的能力23，24。避难假说表明，智人在更恶劣的生活条件下幸存下来，因为小种群能够迁移到更合适的环境中，随之而来的是遗传漂变和自然选择的后果25 . 在东部非洲，人类可能具有沿裂谷边缘占领山避难所26，27，28。

为了更好地了解过去的气候变化与智人的行为和迁徙反应之间的关系，我们基于在  楚巴希尔湖(CHB) 中收集的沉积物钻芯重建了东非气候变化的最后 ~200 ka埃塞俄比亚南部的湖盆（图 1）。我们的地球化学和沉积学数据集提供了埃塞俄比亚南部的第一个连续气候记录，涵盖了东非智人存在的整个时期。来自 Omo Kibish 6和Herto 5关键古人类遗址的化石证据表明人类在过去的大约 200,000 年里占领了埃塞俄比亚的部分地区。我们的研究结果有助于当前关于环境条件对我们物种在非洲内外的流动性和扩张的影响的讨论1 , 29 , 30。

图 1：位置图。

一个地图格陵兰岛和NGRIP冰芯的位置; b显示重要化石和考古遗址的非洲东北部、近东和东南欧地图；c非洲东北部地图，显示了 楚巴希尔湖钻探地点以及重要化石和考古遗址的位置。有关详细信息、数据和参考，请参见正文。

结果

来自 楚巴希尔湖 的 292.87 m 长复合沉积岩芯涵盖了埃塞俄比亚南部裂谷最近 617 ka 的环境变化。根据我们的年龄模型，最高的 99.3 mcd（米复合深度）包含最后的 ~200 ka 31 , 32。在这项研究中，我们结合了环境变化的沉积学和地球化学指标，包括粒度变异性、基于 X 射线荧光 (XRF) 扫描的元素比（K/Zr、Al/Si、Ca/Ti），以及内源方解石的总有机碳（TOC）和氧同位素组成（δ 18 O）（补充图 S2和S3））。我们的结果表明，大量粗粒沉积物（在补充图S2 中标记为灰色条的> 50% 砂的核心部分 ）大多与较低的 K/Zr、较高的 Al/Si 和 Ca/Ti 比率、较高的 TOC 一致， δ 18 O 值较低，反之亦然。

楚巴希尔湖 气候干燥，蒸发增加，湖水碱度和盐度增加，湖水位降低，可以从该地点其他岩心中的蒙脱石的低温伊利石化作用推断出来33。在伊利石化过程中，也称为逆风化过程，这是通过增加孔隙水中的碱度和盐度而引发的，铝到 镁的置换导致过多的八面体层电荷，这反过来增强了蒙脱石中的 钾 固定34。因此，我们将高 钾值解释为在干燥和低湖水位期间形成，类似于现代条件。

水文平衡模型显示，在最后一个潮湿阶段，即所谓的非洲湿润期 (AHP)，大约为 15-5 ka，K 值显着降低，降水增加了 20-30% 可能提高了楚巴希尔湖与目前季节性干燥的海滩35 . 记录中较干燥的阶段也通常以粉砂大小的沉积物增加、化学风化减少（Al/Si 比率低）、较低的 TOC 值反映的有机物积累减少和较高的 δ 18 O 为特征（补充图 S3） .

剖面中钙钛比值的变化可以通过在对比水文条件下占主导地位的过程来解释。例如，Ti 可能通过潮湿期的河流输入或干燥期的风积输入而增加。此外，在干燥阶段沉积物中自生碳酸盐的形成增加可能会提高 Ca/Ti 比率，而在干燥阶段具有钙质外壳的生物体减少的碳酸盐产量可能会降低它们。

表示深湖条件的粘土大小的颗粒通常只是沉积物的一小部分（平均约为所有粒度样品的 3%）。然而，在 61-100 mcd 岩芯区间（对应于~ 200-125 ka；补充图S2和S3）中，砂层通常与富含粘土的床层（最多 39% 粘土）交替出现。淤泥大小的颗粒在整个记录（平均39％）要丰富得多，但占主导地位（60％-80％），在最上面的31 MCD（去年〜 60万年）。我们将这些中粗粉砂解释为在更干旱的时期主要代表风沙运输。

中等粒度的砂层是低于45 MCD（比旧最常见〜 80 KA），指示更潮湿的条件下，当河流是活性和输送较粗的物料。此外，我们认为，当降水/蒸发比 >1 时，在更潮湿的时期沉积了非常细的粉砂和湖相粘土，并且深水体长时间覆盖沉积沉积物。个别非常粗的沙层被解释为 Chew Bahir 盆地西岸和周围范围广泛的冲积扇的再活化产物，这表明在普遍干燥的气候下发生了极端降雨事件，集水区的植被覆盖减少36。

基于我们的多代理数据中的类似趋势，即 K/Zr 和 Al/Si 比率的记录，以及 δ 18 O 值，我们确定了五个不同的气候阶段（补充图 S3）。200-125 ka 之间的第一个潮湿阶段（第一阶段）紧随其后的是第二阶段，其特征是明显趋于干燥，但 125 至 60 ka 的气候变化更大。此后，在 K/Zr 比率和 δ 18 O 值中可以观察到 60-14 ka 之间的干相（阶段 III），随后是跨越早期的湿相（阶段 IV；14-5 ka）。到中全新世，与成熟的 AHP (~15–5 ka) 36 , 37 , 38 一致. 在全新世晚期（~5-0 ka）的第五阶段，Chew Bahir 的气候持续干燥。

在 I 和 II 阶段（200-125 ka 和 125-60 ka），我们观察到在约 20 ka 的时间尺度上干湿事件之间的周期性交替叠加在长期干燥趋势上。在 60-14 ka（第三阶段）期间，这种频率相对较低的气候变率被千禧年到百年的重复性突然转变回更潮湿的气候条件所取代。因此，我们可以区分 CHB 具有低频和高频气候变率的两种不同的气候变化模式，这在 K/Zr 比率以及其他替代指标（例如 Al/Si 和 Ca/Ti 比率）中尤其明显. 这些观察结果在小波时间序列分析中得到重申（补充图 S4)，这表明轨道进动在 200-125 ka 之间的强烈影响，并在大约 80 ka 后减弱，与该区域的建模结果一致18。

讨论

我们观察到五个气候阶段，包括过去 200 ka 期间 楚巴希尔湖 的两种气候变化模式（补充图 S3）。为了解释这种可变性，我们首先将我们的结果与轨道偏心率和进动进行了比较（图 2）。这些轨道参数的变化以前被认为是东非气候变化率的主要驱动因素21 , 39 。. 第一阶段（200-125 ka）与高离心率和强烈的岁差主导的日照变化相吻合，可能会在此时间间隔内驱动良好表达的干湿事件之间约 20 ka 的节奏交替。在这种情况下，岁差最小值/最大值，与夏季日照高/低相关，导致非洲雨带更多/更少的偏北位置，这可能会将水分引导至 CHB。因此，增加的离心率放大了岁差对季风变化的影响，并导致强烈表达的湿或干事件。

图 2：Chew Bahir 盆地（CHB）最近 200 ka 的日志（K/Zr）记录与其他环境记录的比较。

楚巴希尔湖的去趋势对数日志（K / Zr）的记录; b矩形 = 梅克拉 洞穴石笋生长阶段46；c基于烯酮的 SST 和d来自亚丁湾41核心 RC09-166 的基于叶蜡型的植被记录；e印度洋海面温度 (SST) 70；f来自塔纳湖45 的去趋势日志（Ca/Ti）记录；g ODP 967 44的干湿指数；h矩形 = 腐泥层51；i 5°N 下的日照和j偏心率变化71. 根据72 ，灰色和白色条对应于海洋氧同位素阶段 (MIS) 。

相比之下，在第二阶段（125-60 ka），干旱度的逐渐增加伴随着进动幅度的降低，同时偏心率降低（图 2；补充图 S4）。岁差章动（个人喜欢用岁差震幅）的减小导致向 CHB 输送的水分总体减少，从而导致长期干燥趋势。在第三阶段（60-14 ka），偏心率达到过去 200 ka 的最低值，岁差震幅显着减弱，从而降低了夏季日照。因此，整体的低日照水平导致非洲雨带收缩，从而导致 CHB 流域以南的降水集中。

在第四阶段（1万4千-5 千年），偏心率再次增加，这与稍微潮湿的条件有关，然后在第五阶段（5 千年至今）随着气候干燥而减少。楚巴希尔湖 的水文气候与轨道偏心率之间的密切匹配清楚地表明，轨道尺度的日照变化是过去 20万年 期间埃塞俄比亚南部气候的主要驱动因素。我们还发现有迹象表明，低日照（低偏心率）和季风影响减少的时期也可能受到不同的气候驱动机制的影响，正如在第三阶段观察到的高频气候变率所表明的那样。

在更广泛的区域背景下，将 楚巴希尔湖记录与来自亚丁湾核心 RC09-166 的基于叶蜡的植被和基于烯酮的 SST 记录进行比较表明，在高离心率期间（第一阶段；海洋同位素阶段 = MIS 7a 到 MIS 5e) 西印度洋经历了显着的变暖，在阶段 II 和阶段 III 期间随着偏心率的降低而降低（图 2）。由于印度洋是当今非洲东部重要的水分来源40，可以说第一阶段的温暖 SST 可能导致海洋对流增加。当非洲雨带在夏至（岁差最小值）到达 CHB 时，这种增加的海洋对流可能会推动带湿气的气团向 楚巴希尔湖传输。这些发现强调了在我们的核心所涵盖的整个时间内，东非的水文气候与印度洋海温之间的密切联系。

相比之下，CHB K/Zr 比率与来自亚丁湾41的叶蜡代表所指示的干旱之间的比较在阶段 I 期间显示出显着差异（MIS 6：图 2）。事实上，在此间隔期间  楚巴希尔湖的整体持续潮湿条件似乎与亚丁湾附近地区的持续干旱相反。由于邻近的印度洋相对温暖，应该为增加降雨量提供足够的水分，因此该地区的干旱程度似乎很奇怪41. 一个可能的解释是，在此期间，基于对流的降水在海湾以南和更远的内陆更为有效。以这种方式，楚巴希尔湖和亚丁湾之间水分状况的差异与大规模大气环流模式的变化有关41。可能的是，δD叶蜡，将其用作用于干旱度代用指标的基础上，记录水分来源的变化而不是降水量湿气源，42，43。由于与冰期-间冰期相对应的热带雨带的收缩和扩大，可能在第一阶段（MIS 6）期间亚丁湾的水分来源发生了变化43。

非洲大陆的区域气候记录支持 楚巴希尔湖的湿度记录。例如，来自东地中海 ODP 站点 967 的海洋核心的干湿指数，这是陆地尘埃通量和尼罗河河流流入的记录44，与 CHB 记录平行。这是预料之中的，因为尼罗河上游和 Chew Bahir 流域在空间上非常接近17，因此应该记录类似的气候信号。两个代理记录和腐泥层之间的匹配强调了这种紧密耦合（图 2），并表明 CHB 阶段 I 期间湿度的增加也反映在尼罗河流域，因此进入地中海领域。

塔纳湖靠近埃塞俄比亚北部青尼罗河的源头，至少在第一阶段后期，水分供应增加，与 楚巴希尔湖气候结果一致45。第二阶段（MIS 5e-5c）重复的湿相也与从位于 楚巴希尔湖盆地东北部高地的 Mechara 洞穴的石笋记录推断的湿相一致46（图1和图 2））。作者还认为，在石笋生长期间，夏季日照较强，导致非洲热带雨带向北移动。在日照水平降低时，楚巴希尔湖 第三阶段的严重干旱也记录在地中海地区和塔纳湖，从 60 到 55 ka，从 50 到 42 ka 以及 35 ka 45 之后。

阶段III期间，高频的气候变化类似于已知为d / O周期和的HE（图北半球气候振荡 2和补充图 S5）19，20，47。如果 CHB 的非洲大陆站点确实与这些振荡同相响应，则表明在低离心率和因此岁差幅度减小的时候，高纬度过程对 楚巴希尔湖 的气候影响越来越大。在 HE 期间，来自北半球冰盖的融水排放量增加导致通过全球海洋输送带向北传输的热量减少48. 因此，南半球热带和亚热带以及赤道大西洋的热量和温水积聚，导致全球季风雨带强烈收缩或南移49。这可能导致 楚巴希尔湖季风降水减少，从而解释了观察到的与 HE 重合的千年尺度干旱期。与 AHP 相对应的第四阶段后期增加的湿度与第一阶段的湿度变化相似，与增加的偏心率和进动幅度一致。后者导致非洲热带雨带向北移动，从而增加了 楚巴希尔湖 的湿度。在塔纳湖45和 Mechara 石笋46处再次记录到推断的水分增加。和地中海领域44。

从 楚巴希尔湖记录推断出的显着降水变化将对至少在过去 200 ka 中对存在于东非的智人的生活条件产生决定性影响。H. sapiens栖息地的那些深刻转变需要在行为或文化发展方面进行调整。在此处呈现的 楚巴希尔湖 记录的最古老部分中观察到的潮湿条件（图 3）与迄今为止在东非约 195 ka、Omo Kibish（约 430 米 asl）、90 公里处发现的最早的智人化石一致楚巴希尔湖 盆地以西6．在这个有记录以来最潮湿的时期 (~200–125 ka)，与今天相比，降水量至少增加了 20–30% 35、沿东非裂谷系统 (EARS) 发展起来的广阔湖泊和相连的水文网络。这可能促进了早期现代人类的长途移动，在埃塞俄比亚南部的低地和邻近地区几乎到处都可以收集食物并找到足够的水。

图 3：Chew Bahir 盆地 (CHB) 过去 200 ka 的环境记录。

a粒度分布；b考古/化石遗址的年代范围及相应的遗址海拔（考古/化石遗址位置见图 1；参考文献见正文）；Ç模型化人的迁移的Windows（HMW =绿色长方形）57，遗传证据（TMRCA = 时间最新的共同祖先58和LD =的最后散布智人59，60 ; d从咀嚼Bahir盆K / Zr比记录;海洋氧同位素阶段 (MIS) 根据72。

在 200-190 ka 和 185-170 ka 之间，地中海 ODP 站点 967 的腐泥层 S7 和 S6 表明，在非洲北部和东北部的大部分地区以及阿拉伯半岛的大部分地区有利的生活条件会更加湿润44，50，51。这个时间间隔也与现代人在黎凡特的首次记录出现相吻合，在米斯利亚洞穴，化石年代为 194-177 ka 29。因此，我们建议，条件有利的地区从埃塞俄比亚南部到黎凡特北部不定期地连接起来，为智人从东部非洲开辟了早期的传播路线52早在 MIS 7a 和在 MIS 6 的某些间隔期间（图 3）。 楚巴希尔湖记录和其他古气候记录中的湿相与 NE 44之间的对齐表明，这些有利的生活条件不仅在东非低地而且在尼罗河沿岸多次存在，为早期现代人向北迁移。

根据来自 Mechara 洞穴46的石笋 δ 18 O 记录的解释，在  楚巴希尔湖盆地东北部的高地MIS 5e 和 5c（图2）期间，明显的潮湿条件也很普遍 ，这意味着几乎所有人类的生活条件都有利非洲东北部。现代人类化石已被追回在非洲东北部和地中海东部地区可以追溯到这些时间4，5。此外，埃及东部沙漠 Sodmein 洞穴中的人类居住层53以及沙特阿拉伯 Al Wusta 54、Skhul 和 Quafzeh 的人工制品和人类化石55以及古湖泊沉积物中的人类足迹56也属于 MIS 5。人口建模者也提出了这些时间窗口作为早期现代人类扩张的可能事件57（图3）。

遗传证据表明，来自东部非洲的线粒体单倍群 L3 的最新共同祖先 (TMRCA) 的间隔为 70-60 ka 58，与随后的 60-50 ka 间隔相当吻合，该间隔被认为是从非洲传播的最古老的基于遗传的间隔携带 L3 亚型的H. sapiens 59、60。“最后一次远距离扩散”的 70-50 ka 的遗传时间框架与 CHB 更干旱的阶段相吻合，并且与东部非洲仅短暂明显恢复湿度重叠（60-62 ka，图 3）。这种潮湿的事件可能在 EARS 的低地提供了足够长的合适栖息地间隔，以促进我们物种的传播16。

自~6万年以来明显的高频气候波动，调节了气候日益干燥的主要趋势，可能反复推动智人种群对可用地表水和食物资源的减少做出反应。这些突然和频繁的气候波动可能对人类施加了一定程度的压力，促使新的应对策略和技术创新，这可能反映在从中石器时代 (MSA) 到晚石器时代 (LSA) 工具组合的过渡中22。此外，在此期间，现代智人采用其它策略来在裂谷系统环境的边界条件响应：根据戈达布迪查 61 、莫切纳博拉哥 26 、 62 、芬查哈伯拉 28 和索迪乔 63 的洞穴考古记录所示，群体向裂谷两侧的埃塞俄比亚高原迁移（图 3 ）。

尽管包括 楚巴希尔湖 在内的这些记录中的时间顺序不确定性不允许进行精确比较，但 楚巴希尔湖记录中最干旱事件的时间通常与智人高地占领的时间一致。高海拔地点的沉降持续时间更长，包括其间的短湿阶段。埃塞俄比亚高地缺乏超过 8万年以上的考古和化石记录，这限制了我们测试在 8万到20万年 期间避难所假设的能力。然而，该地区已知最古老的高海拔考古遗址显示了登迪火山64的阿舍利时代占领的证据（图 1））在埃塞俄比亚西北部的高地。这突显出高山地区长期以来一直被人类作为有利的栖息地。

这种地形流动性策略之前已经在最年轻的（15-5 ka）AHP 27期间针对更潮湿的埃塞俄比亚西南部高地的几个干脉冲进行了更详细的讨论。一般来说，这些发现支持智人在更高海拔寻求庇护的想法，作为应对裂谷中资源枯竭和日益不稳定的生活条件的潜在应对策略。因此，生活在高海拔地区可能是对 EARS 千年规模干旱的气候触发反应。然而，在非常干燥的末次盛冰期（~20 ka）期间，埃塞俄比亚的高地似乎仍然基本上无人居住，这可能是由于达到了环境阈值27。

与过去 20-6万年 期间非洲东北部的其他沉积学记录相比，在 CHB 记录的潮湿阶段表明，EARS 低地和邻近地区的智人可以反复获得有利的生活条件，这将为人类提供合适的走廊我们的物种分散到黎凡特和阿拉伯。从 MIS 4 开始，埃塞俄比亚南部裂谷低地的干旱加剧，自 60 ka 以来干旱加剧，这可能促使智人开发、测试和使用新的生存策略，包括占领高山避难所和开发新工具.

方法

在 2014 年 11 月的 楚巴希尔湖深钻活动中，回收了两个沉积岩心：HSPDP-CHB14-2A 和 -2B（图 1；N 4.7612° E 36.7668° 和 N 4.7613° E 36.7670°；500 m asl）分别为 278.58 mbs（= 地表以下米）和 266.38 mbs 15 . 芯收集被分开〜20微米使用多参数方法构建292.87 MCD（=米复合深度）的复合记录31，32。通过砂层取芯过程中的技术困难（补充图 S2；粒度列中的白色条）导致一些铁芯损耗在 ~78-80、58-59 和 55-57 mcd，在较小程度上也在 13、15.5 、33.5、49、87.5 和 90.5 mcd。上部 100 m 的岩心采收率为 ~89.5%。

对整个岩心每~32 cm 收集的总共 743 个离散样品的粒度分布进行了分析，从 0.6 到 99.2 m 深度的 250 个样品代表了最高的 200 ka。在粒度测量之前，除去有机和碳酸盐组分。为此，将样品（细粒级分，<2 毫米）用 H 2 O 2 (30%) 和 15% HCl进行预处理。对于最终的骨料分散体 0.5 N Na 4 P 2 O 7加入(55.7克/升)。每个样品的粒度分布使用 Beckman Coulter LS 13320 激光粒度分析仪测量 3 次，使用 Fraunhofer 光学模型，具有 0.04-2000 μm 的 116 个粒度等级。用软件 GRADISTAT 65计算单变量统计粒度值。

元素变化由明尼苏达大学德卢斯大学大湖天文台 (LLO) 的 Itrax 岩心扫描仪沿  楚巴希尔湖样品复合剖面以 5 毫米分辨率通过 X 射线荧光 (XRF) 岩心扫描确定。按照 HSPDP 协议，使用铬 (Cr) 管，管电压为 30 kV，电流为 30 mA，扫描时间为 10 s 66。通过将元素计数除以相干散射并乘以校正因子以补偿例如铬管的老化，将所有XRF 数据归一化。随后，对所有的数据集都进行厘米级清理，以避免伪像取芯诸如裂缝和空隙32，67。根据年龄模型，XRF 数据的 5 毫米间距对应~10 年31. 高的钾值已被确立为古湖的干旱度指标，通过增加孔隙水碱度控制的干旱指标16，32，33。XRF 钾值使用 Zr 进行标准化，作为碎屑流入湖的指标。为了更好地与其他记录进行比较，我们还使用了 log K/Zr（去趋势）值。

高 Al/Si 比率被解释为流域中长石、云母、角闪石和辉石化学风化强度的指标，在通常较湿润的条件下，降雨分布更均匀。Ca/Ti 被用作水柱中生物方解石生产和沉积物中自生方解石沉淀的代表，将 Ti 归一化，作为碎屑材料流入湖泊的代表68。

使用非分散红外传感器（Dimatec Ltd.）在总共 842 个样品（32 cm 间隔；239 个样品代表最高约 200 ka）中测量总碳 (TC) 浓度，以分析两者的热催化氧化过程总无机碳 (TIC) 和总碳。为了确定总有机碳 (TOC) 的含量，计算了 TC 和 TIC 之间的差异。较高的 TOC 值表明由于潮湿气候条件下产量较高，沉积物中的有机物质较多。使用元素分析仪（vario MICRO cube，Elementar Ltd.）来验证 TC 值。如果重现值相差 > 5%，则重新测量样品。

除大块沉积物样品中的方解石结核和白云石外，使用英国地质调查局的 Thermo Finnigan MAT 253 质谱仪，按照标准真空技术69分析漂白内生方解石的 δ 18 O 组成。数据按照与 VPDB 标准的每千分之一 (‰) 偏差给出。基于标准材料，分析重现性< 0.1‰。较低的 δ 18 O 值表明条件更湿润。152 δ 18 O 样本代表 CHB 记录的最高约 200 ka。

在时间序列分析之前，数据被插入到一个均匀间隔的时间轴，分辨率为 0.012 ka。我们使用 MATLAB 函数cwt从 log(K/Zr) 记录计算连续小波变换 (CWT) 。我们选择Morlet作为母小波，它非常适合再现 Chew Bahir 记录中环境变化的周期性特征。

数据可用性

CHB 的代理数据可在 LacCore 研究所（美国明尼阿波利斯，http ://lrc.geo.umn.edu/laccore/ ；https ://doi.org/10.17605/OSF.IO/M8QU5 ）和在合作研究中心 806 数据库（德国科隆：http : //www.crc806db.uni-koeln.de；https : //doi.org/10.5880/SFB806.66）。

代码可用性

计算小波功率谱的脚本将通过 MH Trauth 的 MRES 博客提供，该博客位于波茨坦大学 ( http://mres.uni-potsdam.de )。

参考

1.Scerri, EML, Chikhi, L. & Thomas, MG 超越人类进化的多区域和简单的非洲以外模型。Nat Ecol Evol 3 , 1370–1372 (2019)。

2.哈布林、JJ 等。来自摩洛哥 Jebel Irhoud 的新化石和智人的泛非起源。自然 546 , 289–292 (2017)。

..............72条

致谢

HSPDP 的支持由美国国家科学基金会 (EAR-1338553) 和国际大陆钻井计划 (ICDP) 提供。Chew Bahir 钻探得到 Deutsche Forschungsgemeinschaft（DFG，德国研究基金会）的支持，通过优先计划 SPP 1006 ICDP（FS：SCHA 472/13 和 /18，MHT：TR 419/8，/10 和 /16）和合作研究中心 (CRC) 806“我们的欧洲之路”，项目编号 57444011。还得到了英国自然环境研究委员会的支持（NERC，NE/K014560/1，IP/1623/0516）。地质年代学研究得到了美国国家科学基金会授予 AD 的 EAR 1322017 的支持。我们感谢埃塞俄比亚联邦政府和地区政府以及哈马尔韦达地方当局提供钻探许可证并促进 Chew Bahir 盆地的钻探活动。埃塞俄比亚矿业部因允许和促进样品出口而受到认可。我们感谢 DOSECC 勘探服务公司的钻井监督，EthioDer pvt。Ltd. Co. 在钻井作业期间提供后勤支持。在整个钻井作业期间，我们要感谢哈马尔人民和图尔米警察局对我们毫无保留的支持。最初的岩心处理和取样是在明尼苏达大学的美国国家湖泊岩心设施 (LacCore) 进行的。我们还要感谢 Hammar 长老酋长 Weino、Mesfin Mekonnen、Jonas Urban、Gerrit Dorenbeck、Bahru Zinaye Asegahegn、Meklit Yadeta、Christian Mast、Steve Cole、Antoni J. Vecchiarelli、Beau Marshall、Ryan O'Grady、Jessica Rodysill，克里斯蒂娜·布雷迪·香农 感谢 Dorothea Klinghardt、Nicole Mantke、Erik Brown、Mona Stockhecke 和 Sinja Kraus，感谢他们在钻井和实验室工作中的支持。感谢 Frederik von Reumont 创建图 1 和 Daniel Gebregiorgis 编辑本文的补充图 S2。SKB 获得了波茨坦大学开放课题博士后项目的额外资金支持。这是人类遗址和古湖泊钻探项目的第 37 号出版物。

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隶属关系

德国科隆大学地理教育研究所

弗兰克·沙比茨和维雷娜·福斯特

博茨瓦纳科技大学采矿与地质工程系，博茨瓦纳帕拉佩

阿斯法沃森阿斯拉特

地球科学学院，亚的斯亚贝巴大学，埃塞俄比亚亚的斯亚贝巴

阿斯法沃森阿斯拉特

英国阿伯里斯特威斯阿伯里斯特威斯大学地理与地球科学系

亨利 F. 兰姆、梅丽莎 S. 查波特和海伦 M. 罗伯茨

爱尔兰都柏林三一学院自然科学学院植物学系

亨利·F·兰姆

......

贡献

AA、AC、HL、FS 和 MHT 启动了  楚巴希尔湖钻井项目 (CBDP)，作为 Hominin Sites and Paleolakes Drilling Project (HSPDP) 的一部分，以及由 FS 组织和指导的 CRC 806 A3 项目；现场工作和取芯由 AA & FS 领导，并由 VF、AJ 协助；VFFS 和 MHT 设计了导致这篇手稿的研究；年代学数据由 HMR 和 MSC (OSL)、CBR ( 14 C)、AD ( 40 Ar/ 39Ar)、CSL 和 CV（年代学），以及 HMR 和 CBR 创建了年龄模型；定量XRF分析由VF完成；FAV 参与了一般性讨论并提供了 TC、TIC 和 TOC 数据；JD 与 MJL 合作进行了氧同位素测量；SO & FS 进行了粒度分析；水文和微观古生物学解释由AJ完成；代理解释和讨论由 VF、FS 和 MHT 与 SKB 和 HL 协调；WD 与 MHT 合作进行了小波谱分析；古人类学和考古学讨论和解释由 FS、RV 和 RT 完成；RT 提供进化遗传学方面的专业知识，RV 提供考古背景；数据由 AA（流域地质）、VF（核心地层、ICD和矿物成分）；手稿由FS撰写，所有作者都对数据的讨论和解释做出了贡献，并对手稿提出了意见和建议。

道德声明

利益争夺

作者声明没有竞争利益。

附加信息

同行评审信息 Communications Earth & Environment感谢匿名评审员对这项工作的同行评审所做的贡献。主要处理编辑：Heike Langenberg。

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Schaebitz, F., Asrat, A., Lamb, HF等。过去 200,000 年东非的水文气候变化可能影响了人类的早期传播。社区地球环境 2, 123 (2021)。https://doi.org/10.1038/s43247-021-00195-7

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已收到2020 年 10 月 19 日

公认2021 年 5 月 19 日

已发表2021 年 6 月 14 日

DOIhttps://doi.org/10.1038/s43247-021-00195-7

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科目  湖沼学   古气候    古生物学

注：1   楚巴希尔湖（阿姆哈拉语：ጨው ባሕር č̣ew bāhir，“咸湖”）或伊斯蒂法诺斯湖，也称为斯蒂芬妮、巴索内博尔和楚瓦哈湖，是埃塞俄比亚南部的一个湖泊,位于奥罗米亚与南方国家、民族和民族地区的边界，长 64 公里，宽 24 公里。这个盐湖由北面的威托河汇入.280 米长的 Chew Bahir 沉积物记录，于 2014 年底从埃塞俄比亚南部裂谷的构造约束盆地中恢复，涵盖了过去 550 ka 的环境历史，一个包括过渡到中石器时代的时间段.

2   海因里希事件，至少 6 次大规模冰山排放中的任何一次，这些冰山将粗粒岩石碎片（显然来自北美 冰盖）带到北纬 40° 至 55° N 之间的北大西洋，碎片后来在那里随着冰山融化，沉积在海底。Heinrich事件被认为是与突发关联的气候，最近一段时间在60,000和16800年年前之间出现升温的事件冰河时代的中更新世（大约 260 万到 11,700 年前）。然而，一些古气候学家认为还发生了额外的事件。海因里希事件，以德国海洋地质学家的名字命名哈特穆特·海因里希，被认为与 Dansgaard-Oeschger 事件和气候记录中的周期。

3   Homo sapiens是一种高度智能的灵长类动物，包括所有活着的人类，通常被称为H. sapiens sapiens。有在一次属许多物种智人，但所有种和亚种，除了现代人类现在已经灭绝。1758 年，瑞典科学家卡尔林奈是第一个给人类起名为H. sapiens 的人。根据大英百科全书，“智人”一词源自拉丁语，意思是“智者”

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