《Quaternary Science Reviews》：Complex exposure-burial history and Pleistocene sediment recycling in the dead sea rift with implications for the age of the Acheulean site of ‘Ubeidiya
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早期人类扩散与约旦河谷死海裂谷地质年龄研究，结合宇宙射线测年、U-Pb贝壳测年及古地磁学，揭示‘Ubeidiya组古土壤年龄为1.19-2.14万年，中位数显示更可能超过1.9万年。该成果为理解Pliocene-Pleistocene时期人类迁徙提供关键地质证据。
A. Matmon|A. Kuzmenko|R. Shaar|P. Nuriel|A. Hidy|M. Guillong|R. Blevis|N. Wieler|S. Vainer|Y. Asscher|M. Belmaker|O. Barzilai
耶路撒冷希伯来大学地球科学研究所，以色列耶路撒冷，91904
摘要
我们研究了约旦河谷‘Ubeidiya地层沉积物的早更新世埋藏年龄，该地区属于死海裂谷的一部分。通过古地磁分析和Melanopsis贝壳的U-Pb测年，确定其最小年龄约为1.1百万年。根据26Al与10Be的比例以及10Be的浓度计算出的简单宇宙成因埋藏年龄（即一个很长的暴露期后跟随一个埋藏期）为约3百万年，这与地质和古地磁证据以及‘Ubeidiya考古遗址的合理年龄相矛盾，因为该遗址含有人类遗骸。通过结合宇宙成因核素在反复埋藏-暴露周期中的积累数值模拟、古地磁分析（显示反向极性）以及Melanopsis贝壳的U-Pb测年得出的最小埋藏年龄（1.1百万年），我们提出了‘Ubeidiya地层最可能的绝对年龄范围为1.19-1.77百万年和1.93-2.14百万年。然而，宇宙成因同位素埋藏年龄的分布呈偏态，中位年龄为2.05百万年，这表明更古老的年龄（很可能超过1.9百万年）的可能性更大。从模型中得出的暴露-埋藏历史表明，这些沉积物曾在4.5至3.2百万年前沉积并埋藏于裂谷中，随后被暴露、侵蚀、搬运，并重新沉积在‘Ubeidiya古湖岸线附近。
引言
由于大多数绝对测年方法（包括放射性碳(14C)、U系列、光释光(OSL)和热释光(TL)以及电子自旋共振(ESR)测年方法）的适用范围有限，尤其是当缺乏适合Ar/Ar测年的材料时，对0.5-5百万年范围内的更新世大陆沉积物进行绝对测年非常困难。这一障碍给地貌学、新构造学、新近纪地质学和人类进化研究带来了挑战。地层关系和古生物学数据通常提供的信息有限，在许多情况下，磁性地层学是唯一能够为许多更新世大陆沉积序列提供年龄约束的测年工具（Opdyke和Channell，1996）。然而，除非序列能够与一个或多个绝对年龄数据点相对应，否则磁性地层序列的解释往往是不确定且不唯一的。
在过去的几十年里，许多研究利用原位产生的宇宙成因核素来测定沉积物的埋藏年龄（0.5-5百万年）（Granger，2006，2014）。这种方法依赖于宇宙成因核素（如10Be和26Al）在地球表面暴露时在石英颗粒中的原位生成，以及随后在埋藏过程中由于屏蔽作用而导致的差异性衰变。原则上，26Al/10Be的比例低于地表生成率比值时，表明沉积物经历了完全或部分埋藏（例如，Bierman等人，1999；Matmon等人，2003）。大量关于地表和埋藏沉积物的地貌学研究表明了该技术的广泛适用性。含有河流沉积物的洞穴非常适合进行埋藏年龄测定。尽管反复的埋藏事件仍可能带来问题，但洞穴环境中屏蔽深度的变化通常不会成为问题，并且近期暴露的情况较少（Granger等人，1997，2001；Haeuselmann等人，2007；Stock等人，2004）。与史前遗址相关的洞穴沉积物中的石英颗粒的埋藏年龄测定已成为一种强大的年代学工具（Partridge等人，2003；Carbonell等人，2008；Chazan等人，2008；Gibbon等人，2009；Shen等人，2009；Matmon等人，2012；Shaar等人，2021；Granger等人，2015；2023）。然而，在更常见的陆上沉积构造中，如暴露的冲积扇和废弃的河阶地（Anderson等人，1996；Granger和Smith，2000；Matmon等人，2005；Repka等人，1997；Wolkowinsky和Granger，2004）、被冰川泥砾覆盖的古土壤（Balco等人，2005a，2005b，2005c）以及湖泊沉积物（Kong等人，2009），沉积物的埋藏和初次暴露历史及其来源并不总是明确，这增加了测年的复杂性。准确测定沉积物埋藏年龄在很大程度上取决于对沉积物埋藏前历史的理解、沉积物来源的识别以及对沉积物循环利用的认识。在这项研究中，基于10Be和26Al的模型年龄与约旦河谷死海裂谷‘Ubeidiya地层序列的地层学、古地磁和古生物学证据相结合进行解释。虽然‘Ubeidiya地层沉积物的测年有助于更好地理解裂谷中的沉积动力学，但该地层的具体年龄也提供了关于早更新世早期Homo物种从非洲扩散的关键信息，因为该地层包含早期人类存在的证据（石器、骨骼遗骸和骨骼上的人为痕迹）。
‘Ubeidiya地层位于加利利海以南约3公里处（图1），总厚度达154米，呈现出从三角洲到湖岸的沉积序列，反映了交替出现的碎屑主导和湖泊主导的相（Bar-Yosef和Tchernov，1972；Picard和Baida，1966），代表了附近湖泊的多次退缩和入侵（Feibel，2004；Mallol，2006）。在早期的研究工作中挖掘的一系列地质沟槽（I–V、K和KA）（Picard和Baida，1966；Bar-Yosef和Tchernov，1972；Bar-Yosef和Goren-Inbar，1993；见补充材料）暴露了这些沉积单元，并揭示了与死海裂谷构造活动相关的沉积后变形，尤其是以褶皱结构的形式（见补充材料）。
Ia沟槽中挖掘的一个地层被标记为I-26单元（即Ia沟槽的第26个地层；见补充材料）。它位于‘Ubeidiya地层顶部的83米下方（Bar-Yosef，1975），向东倾斜30-40度（Picard和Baida，1966，图2）。该单元的颗粒向东逐渐变细，这与距离‘Ubeidiya古湖岸线的距离相关。该单元包含圆润至棱角的卵石和碎屑以及粘土沉积物。该单元还以其丰富的动物群（Tchernov和Guérin，1986；Haas，1966；Belmaker，2006）和石器组合（Bar-Yosef和Goren-Inbar，1993；Hertzlinger等人，2021；Muller等人，2023）以及少量人类遗骸（Belmaker等人，2002）而闻名。
早期对‘Ubeidiya地层的测年结果范围从晚更新世（2.5-3百万年）到1百万年不等（Blanckenhorn，1914；Picard和Baida，1966；Stekelis等人，1960；Tchernov，1979，1987；Tchernov和Guérin，1986；Repenning和Fejfar，1982；Jaeger，1983；Opdyke等人，1983）。这些努力包括Opdyke等人（1983）和Verosub和Tchernov（1991）发表的两项古地磁研究，他们报告了‘Ubeidiya序列的反向极性，将考古遗址置于Brunhes-Matuyama转换之前（0.773百万年；Channell等人，2020）。然而，这些样本的地层位置没有具体说明，而且这些出版物中使用的具体方法也很少。
其他尝试使用放射性方法对‘Ubeidiya地层进行测年的结果并不准确可靠。对二十一个腹足类和双壳类样本的U/Th测年得出了不确定的结果（Bender和Kaufman，1971），年龄范围从0.31百万年到0.13百万年不等。对I-26单元沙质部分中光学暴露的埋藏石英沉积物进行的三次ESR测年得到的平均年龄约为1.25±0.2百万年（Rink等人，2007）。这些年龄相对于区域地层学来说被认为太年轻。
最初，已灭绝的啮齿动物Lagurodon arnakae的发现提供了1.6-0.6百万年的年龄范围（Haas，1966，1968；Tchernov，1987）。大型哺乳动物群表明‘Ubeidiya动物群与大约1.6-1.2百万年的Farneta动物群相似（Tchernov，1987；Belmaker，2006；Calio和Palombo，1997及其中的参考文献）。当前的动物群修订（Belmaker等人，2022）表明L. arankae和L. ternopolitanus (=Jordanomys pusillus)在‘Ubeidiya中的共同存在表明年龄在2-0.9百万年之间。
石器组合的比较显示其与东非Olduvai Upper Bed II遗址最为相似（Stekelis等人，1969；Bar-Yosef和Goren-Inbar，1993）。该遗址之前被测定为约1.5百万年（Gowlett，1979；Cerling和Hay，1986）。目前，‘Ubeidiya的年龄范围最被接受的是1.2-1.6百万年（Tchernov和Guérin，1986；Tchernov，1987；Martínez-Navarro等人，2009；Bar-Yosef和Belmaker，2017；Barash等人，2022）。
方法
本研究采用了三种独立的测年方法来确定‘Ubeidiya地层I-26单元的年龄：磁性地层学、Melanopsis贝壳的U-Pb测年以及硅质碎屑的宇宙成因同位素埋藏测年。磁性地层学的采样是在Ia沟槽新暴露的部分进行的，作为该遗址重新发掘工作的一部分（Barzilai和Belmaker，2022）。Ia沟槽中暴露的沉积物的更新描述和特征如下
结果
阴极发光成像识别出三种具有不同发光行为的相：高发光、中等发光和低发光，主要出现在壳结构和边界内（H、M和L；图4）。发光相有助于确定U-Pb点测年的具体位置。年龄范围在1.3百万年±0.6（2σ）到0.675百万年±0.037（2σ）之间。所有获得的年龄都具有较低的MSWD（≤2.0），表明每个Tera Wasserburg等时线图内属于单一群体（图5；表1）。
‘Ubeidiya地层I-26单元的年龄
在讨论‘Ubeidiya地层的埋藏年龄时，我们分别介绍了每种方法得出的年龄。然后，我们将所有结果结合起来，以提供I-26单元最可能的埋藏年龄。从地层学上看，‘Ubeidiya地层位于‘Erk el Ahmar地层之上，后者被测定为4.5-3.2百万年（Davis等人，2011），并位于Naharayim地层之下，后者包括Yarmuk玄武岩，其年龄分别为0.66百万年（40Ar/39Ar）和0.61-0.79百万年（K/Ar）（Heimann和Braun，2000）（图3）。因此，
结论
本研究为‘Ubeidiya地层和考古单元I-26的更新世沉积物提供了一个稳健的多方法年代学框架，整合了宇宙成因埋藏测年、Melanopsis贝壳的U–Pb测年以及从Ia沟槽和I-26单元获得的高分辨率古地磁数据。最优年龄估计将‘Ubeidiya地层的年龄定为≥1.9百万年，显著早于之前的评估。区域地质证据表明整个
作者贡献
所有作者都对本文的提交做出了重要贡献。具体贡献如下：
Matmon, A. – 主导了测年工作（包括野外工作），准备了用于分析的宇宙成因同位素样本，并撰写了手稿。
Kuzmenko, A. – 编写了MatLab代码。
Shaar, R. – 主导了古地磁分析。
Nuriel, P. – 主导了U-Pb分析。
Hidy, A. – 进行了AMS分析并参与了宇宙成因同位素的解释。
Guillong, M. – 进行了U-Pb样本的分析。
Blevis, R. – 负责图形的制作
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的财务利益或个人关系。
致谢
本文献给‘Ubeidiya遗址的发掘者Ofer Bar-Yosef教授和Eitan Tchernov教授。测年项目是在Omry Barzilai和Miriam Belmaker指导下进行的新的发掘工作中进行的（许可证Z-10/2021）。我们想感谢Abraham Leviant（海法大学）在沉积物的化学和矿物学特征分析以及地层和岩石学解释方面提供的帮助。这项研究得到了NSF基金（提案1851613）对MB的支持
