《Quaternary Science Reviews》：Combining paleocurrents and sea level in a least-cost pathway model of human dispersal from Sunda to Sahul, 65–45,000 years ago
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摘要分析迁徙路径与海流影响：采用气候模型和最短路径算法，研究65-45 ka期间人类通过Wallacean Archipelago迁徙的可行性，揭示北部路线因洋流与地形优势更易行，但需应对更高航行成本。
作者列表：马丽莎·博雷吉内（Marisa Borreggine）、伊芙琳·M·鲍威尔（Evelyn M. Powell）、傅敏敏（Minmin Fu）、杨晓婷（Xiaoting Yang）、埃勒·威克斯（Elle Weeks）、张伯尔（Boer Zhang）、肯德拉·威尔金森（Kendra Wilkinson）、杰里·X·米特罗维察（Jerry X. Mitrovica）、克里斯蒂安·特里昂（Christian Tryon）、理查德·梅多（Richard Meadow）
哈佛大学地球与行星科学系，美国马萨诸塞州剑桥市牛津街20号，邮编02138
摘要
本文研究了大约65,000年前至45,000年前从巽他地区向萨胡尔地区（Sunda to Sahul）的迁移过程。这一迁移的时间、方法和地点对早期人类的交流、技术发展及定居方式具有重要意义。这是已知最早的早期人类跨海大规模迁移事件。我们旨在根据环境因素，确定晚更新世时期移民从巽他地区前往萨胡尔地区的最佳出发时间和路线。研究采用了全球和区域尺度的气候模型、自洽的海洋水位模型以及最低成本路径（LCP）模型，来分析海面洋流、岛屿可见性以及海上航行时间对迁移的影响。社区地球系统模型（Community Earth System Model）为MIT通用环流模型（MIT General Circulation Model）提供了初始和边界条件，进而生成了古海洋流数据。我们将古海洋流数据应用于古地形模型，以推测穿越印度-太平洋地区的潜在路线。文中展示了65,000年至45,000年间的古海洋流模拟结果，并据此计算了从巽他地区到萨胡尔地区的最低成本路径。在最低成本路径评估中，北部路线或结合南北段路的线的方案更为优选。与传统直线路径相比，考虑古海洋流因素后，迁移难度有所增加。总体而言，在55,000年前的时间点上，广泛讨论的北部路线1B的路径变化较小；然而，在65,000年至50,000年间的北部迁移路线，其成本仅略高于全球最低成本路径。重建的海洋流数据显著影响了迁移路线和时机选择，为人类迁移提供了最有利的环境条件。
引言
澳大利亚及其周边地区的人类最初殖民时间一直是理解人类进化后期阶段的关键焦点（例如Allen和O’Connell，2008年；Birdsell，1977年），因为这标志着人类从非洲起源地向更广阔地理区域的扩展，而建立可持续的人口需要成功穿越广阔的开放海域。这一过程对人类进化史具有重要意义，包括人类的交流能力以及技术创造和应用能力（例如建造船只并实现跨海航行）。
确定最早的人类定居时间主要依赖于澳大利亚及其周边岛屿中最古老遗址的年代学研究，这些岛屿在冰河时代海平面下降期间合并形成了“萨胡尔”大陆。迁移过程可能通过华莱士群岛（Wallacean Archipelago）中的多个岛屿逐步完成，耗时数百年至数千年，最终抵达萨胡尔北部（Norman等人，2018年）。尽管关于迁移时间、旅行方式及具体路线仍存在争议（Norman等人，2018年；Clarkson等人，2017年；Allen和O’Connell，2020年；Ono等人，2020年；Bird等人，2018年；Irwin等人，1992年；Balme等人，2013年；Anderson等人，2018年；Kaifu等人，2019年；Kealy等人，2018年；Allen和O’Connell，2020年；Kealy等人，2017年；Norman等人，2018年；O’Connor，2007年；Kealy等人，2016年；Bird等人，2018年；Kaharudin等人，2024年），但普遍认为澳大利亚及至少部分邻近岛屿（如苏拉威西岛）早在45,000年前就有人类居住（Brumm等人，2021年；Shipton等人，2024年）。澳大利亚的Madjedbebe遗址发现表明人类可能早在65,000年前就已存在（Clarkson等人，2017年），不过这一日期仍有争议（O’Connell等人，2018年；Williams等人，2021年）。遗传学证据表明人类可能在MIS3时期（最早可达59,000年前）到达该地区（Shipton等人，2024年）。
关于早期人类殖民性质的讨论主要集中在这些殖民者的地理起源及他们前往萨胡尔的具体路线。Birdsell在20世纪70年代首次提出的模型（Birdsell，1977年）及其后续研究将路线大致分为“北部”和“南部”两类。最佳路线的选择取决于考古记录以及影响人类乘船旅行的物理和环境因素，包括岛屿间的可见性、海平面变化、风向模式、海洋流和潮汐（Allen和O’Connell，2008年；Kuijjer等人，2022年）。目前尚无足够的考古证据完全支持或否定任何特定的从巽他地区到萨胡尔地区的路线。
在本文中，我们采用了Kealy及其同事（Kealy等人，2018年）提出的最低成本路径（LCP）模型，通过5000年的时间间隔（65,000年至45,000年）来评估北部或南部路线在早期殖民中的可能性。我们的方法结合了最先进的冰期海平面变化地质物理模型和古海洋流模型，以重建这一2万年的海洋地形。这两种模型直接影响了我们的主要评估指标——“成本”，即所有可能迁移路线中两个陆地之间的穿越时间。虽然最低成本方法简化了长达数百年至数千年的复杂迁移过程，但我们的方法可以进一步考虑可能影响迁移的其他因素，如风阻、陆地移动和栖息地适宜性。此外，我们对优选路线的定量评估具有广泛的适用性，并可通过实地调查进行验证。
本研究假设迁移发生在晚更新世时期。值得注意的是，原住民和托雷斯海峡岛民认为他们自“第一缕曙光”起就居住在澳大利亚大陆（Currie，2008年，第4页）。
无论是现今的东南亚地区还是晚更新世的巽他/萨胡尔区域，都受到复杂且相互叠加的气候系统影响。印度季风导致澳大利亚夏季（11月至4月）海洋表面流向东南方向流动，而在澳大利亚冬季（5月至10月）则向西北方向流动（Jourdain等人，2013年）。这种模式受到热带辐合带（ITCZ）季节性迁移的驱动。澳大利亚夏季时，ITCZ向澳大利亚北部移动，产生西北风和东南向的海洋表面流（Irwin，1992年）。印度季风还受到厄尔尼诺-南方涛动（ENSO）和印度洋偶极子（IOD）气候系统的共同作用——ENSO的拉尼娜阶段会引发低气压区，从而增强季风强度（Nur’utami和Hidayat，2016年）。
该地区的海底地形较为平坦，因此海平面微小变化就会导致海岸线位置的显著变化（Pico等人，2020年；Borreggine等人，2022年）。关于从巽他地区到萨胡尔地区的迁移考古模型通常采用“浴缸”式海平面变化模型（Borreggine等人，2022年），即全球海平面均匀上升或下降以模拟冰川体积变化（例如Birdsell，1977年；Bird等人，2019年）。部分模型还考虑了地壳抬升对海平面的影响（例如Kealy等人，2018年；Norman等人，2018年）。迁移时期，全球平均海平面（GMSL）大约比现在低40至60米（Pico等人，2017年）。我们研究区域的海平面大致处于这一范围内（参见Borreggine等人，2022年，图5）。
海洋表面流是影响从巽他地区到萨胡尔地区可能迁移路线的重要因素。我们假设当时的季风气候系统与现今基本相同（参见Bird等人，2018年；Kealy等人，2018年；Bird等人，2019年）。目前很少有模型能够准确反映65,000年至45,000年间的古环境条件下的海洋流情况。传统上，从巽他地区到萨胡尔的迁移模型通常使用现代海洋流数据（例如Wild，1986年；Morwood和Van Oosterzee，2007年；Callaghan和Fitzpatrick，2008年；Norman等人，2018年；Bird等人，2019年），或基于末次冰盛期（LGM）条件的模拟（例如Montenegro等人，2006年）。Kuijjer等人（2022年）的模型模拟了迁移期间的古潮汐动态，指出成功完成从巽他地区到萨胡尔地区的航行需要全面了解海洋环境。我们进行了全球和区域尺度的气候模拟，以预测45,000年、50,000年、55,000年、60,000年和65,000年前的季节性海洋表面流，并将这些模拟结果与冰期海平面变化模型结合，用于计算最低成本路径。
根据Borreggine等人（2022年）的研究，我们将海平面定义为海洋表面与海底之间的高度差，并通过将迁移时期的海平面与现今海平面之差叠加到现代地形上，构建古地形（Ryan等人，2009年，全球多分辨率地形模型——GMRT）。同时考虑了冰川均衡调整（GIA）引起的重力、变形和旋转效应及其对区域海平面的影响。
我们研究了GIA对每次潜在迁移事件期间区域海平面的影响。正如Borreggine等人（2022年）所指出的，从约45,000年前至今的印度-太平洋地区（全球冰盖的“远场”区域）海平面变化受到重力、海洋吸力和大陆杠杆效应的支配（图3A；参见Borreggine等人（2022年）图2以了解这些现象的示意图）。
已知最早的现代人类从巽他地区向萨胡尔地区的重大海上迁移已被多种方式建模（例如Birdsell，1977年；Anderson，2018年；Bird等人，2018年；Kealy等人，2018年；Norman等人，2018年；Kuijjer等人，2022年），这些研究得出了不同的迁移时间、路线和方式估计结果。最新研究和发现表明，人类最早可能在50,000年前到达萨胡尔地区（Kealy等人，2017年；Bird等人，2018年；Kealy等人，2018年；Norman等人，2018年）。
马丽莎·博雷吉内（Marisa Borreggine）：概念构思、方法论设计、软件开发、数据分析、原始草稿撰写、可视化处理。
伊芙琳·M·鲍威尔（Evelyn M. Powell）：概念构思、方法论设计、软件开发、数据分析、验证工作、资源收集、审稿与编辑。
傅敏敏（Minmin Fu）：方法论设计、软件开发、数据分析、资源协调、审稿与编辑。
杨晓婷（Xiaoting Yang）：概念构思、方法论设计、软件开发、资源协调、审稿与编辑。
埃勒·威克斯（Elle Weeks）：方法论设计、软件开发、资源协调。
张伯尔（Boer Zhang）：
作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。
本研究得到了哈佛大学（MB、EMP、JXM）、麦克阿瑟基金会（JXM）、美国国家科学基金会（资助编号AGS-2239242）、耶鲁大学弗林特博士后奖学金（MF）以及美国NASA（资助编号80NSSC21K1790）的资助。
