早期古人类的生活环境
一、生物化石和古人类遗址的埋藏特征
泥河湾盆地发现了许多哺乳动物化石遗址和旧石器时代遗址，其埋藏特征为研究早期古人类的生活环境提供了丰富的实物资料。而我国的埋葬学研究相对薄弱，只有少数学者在研究化石和旧石器时对埋葬学进行一些简单的探讨，缺乏深入的研究。所以，这里只能大概描述一下。
(一)古生物的埋藏特征
泥河湾盆地古生物化石具有以下特征:
(1)至今没有发现完整的动物骨骼，甚至完整的头骨和肢骨也很少见。在大多数情况下，不同物种的动物的断骨被埋在一起，这些动物的生活环境差异很大。
(2)哺乳动物化石大多埋藏在湖边的砾石层或河床的砂层中。
(3)除鱼类和植物化石外，湖中心的薄层粘土中很少发现哺乳动物化石。
(4)软体动物化石大多埋藏在沼泽相或泛滥平原相的黑色淤泥中。
上述埋藏特征表明泥河湾盆地的哺乳动物化石有原地埋藏和异地埋藏之分。相反的例子是萨拉乌苏河动物群，那里的化石有很多完整的骨骼。有时一个发掘坑里能发现五六个不同年代的毛犀牛化石，食肉动物化石也有完整的骨架。说明这些动物在湖边喝水时无法从淤泥中自拔，可以看到成年个体和年轻个体被埋在一起。食肉动物找到被困的动物进行捕食，结果也是陷入泥沼，惨遭灭顶之灾。泥河湾盆地马圈沟也发现了同一种动物的骨骼，但不是完整的骨骼。这里发现了大象化石，埋在湖边的粘土层里。挖掘坑内发现多处大象脚印，地层在剖面上被象腿扰动。与大象化石相关的还有其他哺乳动物，大部分是断肢骨，化石附近还能找到旧石器时代的工具。这些埋藏现象表明，虽然是湖滨粘土沉积，但大象可以在上面行走并留下脚印，因此尚未发现完整的被困在淤泥中的大象化石骨架。不存在人类在这个活动中陷入泥沼的悲剧。因此可以推测，这里是动物饮水的地方，也是人类狩猎的好地方。被捕获的动物被当场肢解，甚至被分割成餐。或许偶尔，古代人类可以捕获弱小或幼小的大型动物。因此推测这是古人类活动的遗址，古生物化石可以就地埋藏。
其他哺乳动物化石遗址也是完全散落的各种动物的骨骼，是由河流或坡水带入湖中的动物遗骸。它们腐烂散开后进一步搬运，不规则地散落到很大范围，很难找到完整的个体。在古人类遗址中发现的动物化石破碎分散，能发现人工砍劈的痕迹，说明这些化石是被人类搬运食用过的动物遗骸。所以可以说这样的哺乳动物化石遗址是异地埋藏的。
软体动物化石大部分都是完整的蚌类，没有经过淘磨。埋藏地层的沉积相与相应软体动物的生活条件一致，属于原地埋藏。
(2)古代人类遗址的埋藏特征
泥河湾盆地发现了许多旧石器时代遗址，它们具有以下特征:
(1)湖滨地区发现旧石器时代早期遗址，部分遗址被湖相灰绿色壤土掩埋，反映了湖泊的过程。
(2)在阶地沉积相中发现了旧石器时代晚期遗址。那时候湖泊已经消失，古代人类靠河边生活，水文环境基本和现在一样。
(3)旧石器时代遗址的一些石头碎片和核心可以拼接在一起，说明它们是就地埋藏的。
(4)旧石器时代遗址有伴生哺乳动物化石，破碎，有敲击或切割痕迹。
(5)遗址附近有基岩露头或河流砾石，为古人类提供了制作旧石器的原料。
上述埋藏特征表明，旧石器时代遗址大多为原地埋藏，能够反映当时古人类的生活环境。
旧石器时代遗址都位于湖边或河流阶地上，因为靠近水源，不仅方便古人取水，也是各种动物饮水或进食的地方，方便古人狩猎。东谷沱遗址、岑家湾遗址、许佳尧遗址明显是后来被湖泊沉积物掩埋的，但遗址中的旧石器有的可以组装，有的集中发现了很多石球，说明基本没有被搬运过。因此推测古代人类在此居住时，离湖还有一定距离。这里比较干燥，后来湖水上涨，于是古代人类不得不搬走，留下被湖泊沉积物掩埋的旧石器和动物骨骼。但由于湖水较浅，湖滨浪的承载能力有限，旧石器工具基本还在，只有少量磨损的痕迹。
对小长梁遗址发现的旧石器的痕迹分析表明，古代人类主要用它们来加工肉类，表明古代人类当时可能采取了“食尸”的生活方式。此外，还发现一些旧石器表面有平行划痕，有些有断裂面。说明湖水上涨后，短时间受到波浪作用，出现了一些划痕或破面。但很快被湖相沉积物掩埋，应该属于原地掩埋类型。
在许佳尧遗址的发掘剖面中可以观察到一条条带状的灰烬，骨骼化石没有明显的定向排列。石球、石屑和化石的混合堆积表明，当湖水上涨时，它们在没有扰动的情况下被迅速掩埋，因此不存在定向排列和分选现象，它们也具有原位掩埋的特征。
岑家湾遗址发现了大量的旧石器，石屑和岩心可以拼接在一起，说明这里是古人类生活和制作石器的地方。当湖水淹没遗址时，这些旧石器工具没有被运走，这也是就地埋葬的一个特点。
根据以上分析，泥河湾盆地古生物化石遗址和旧石器遗址的分布规律可概括如下:
(1)分布于湖滨或河流阶地沉积中。
(2)靠近基岩露头或河流砾石层的区域。
(3)古生物化石遗址和旧石器遗址多见于由冲沟或形成的悬崖侵蚀出湖相台地或残丘的地段。
进一步寻找古生物化石或古人类遗址，应充分注意上述分布特征。
二、古代人类生活环境分析
泥河湾裂谷盆地作为板块构造运动形成的特殊地貌单元，自新近纪以来长期处于两侧环山的开放盆地地貌格局。盆地的生态环境受构造运动和全球气候变化的控制。上新世-中更新世构造运动活跃，盆地内长期存在湖泊。在此期间，泥河湾裂谷盆地的环境以其独特的地貌条件响应了全球气候和环境变化过程。上新世以来的全球气候变化过程已得到深入研究。以中国北部海冰筏和黄土高原的沉积相为例，总结了上新世以来全球气候变化的历史。
全球气候与环境变化研究表明，自始新世早期以来，地球气候逐步变冷。主要原因是板块运动引起的洋流通道变化、青藏高原的隆升和大气CO2的减少。地球的冷却使得冰盖在两极发展，因此海洋核心中冰筏碎片含量的变化应该是地球气候的一个指标。大洋钻探计划(ODP)北极太平洋附近的ODP 883孔伽马测井曲线显示，从2.75Ma前(de Monocal P，1993)冰筏碎屑突然增多，表明全球气候突然变冷(图5-5)。
图5-5北极太平洋附近ODP883孔伽马射线测井曲线显示260万年前冰筏碎屑沉积显著增加(据de Menocal，1993)。
在ODP中对深海钻孔岩心的δ18O记录进行了深入研究，Shackletonetal对ODP677的δ18O结果。最具代表性(Shackleton等人，1990)。ODP677 * *的δ18O记录划分了106个深海氧同位素阶段。中国黄土高原的风成沉积剖面(黄土-古土壤系列)保存了完整的第四纪环境信息。丁仲礼等根据黄土高原5条黄土-古土壤层序剖面的粒度分析结果，建立了“中国黄土粒度时间旋回”，并与深海δ18O记录进行了对比(图5-6)。Chiloparts有四个峰值，分别是L2，相当于MIS6，年龄为0.128 ~ 0.19ma；L9相当于MIS22-24，年龄0.865 ~ 0.943MaL15与MIS38相比为1.24 ~ 1.263毫安；与MIS101-103相比，L33为2.547~2.59Ma，然而这种特殊的气候阶段在深海氧同位素曲线上并没有明显反映，可能是区域性极端气候事件造成的(丁等，2002)。
图MIS阶段和Chiloparts气候曲线的比较(根据Gradstein等人，2004年；丁等，2002)
在全球气候变化的大背景下，华北肯定会有所应对。黄土高原西峰黄土剖面底部以黄土层为主，厚度为2。5毫安b点至1。909 Ma B. P .，黄土层堆积时间为0。古土壤层的形成时间为0。17毫安，是前者的两倍。换句话说，在从2。5毫安血压到2。0 Ma b.p .，气候以干冷为主，应该是黄土高原北极冰盖扩张的反映。从2。0毫安血压至0。黄土-古土壤序列的时间周期表明黄土堆积的时间周期为0。古土壤形成的时间周期为0。742 Ma，是前者的1.5倍。说明这个时期干冷期比暖期少得多，气候环境比2暖和得多，更适宜。5 ~ 2.0 Ma B.P .(丁等，1994)。
根据大洋钻探计划和中国黄土研究成果，2。6 Mab.p .是一个重要的气候变化时期。2009年5月21日，国际地层委员会投票决定，第四纪是新的地质年代地层表中的一个时期，其下限为2。6 Mab.p .这一投票结果恰当地反映了上述研究结果(杨小平，2009)。泥河湾断陷盆地自2。6 Ma b p到现在。根据这些剖面的哺乳动物化石和磁性地层学的研究成果，结合MIS和Chiloparts的记录，将其划分为五个阶段:早更新世早期(2。早更新世中期和晚期(2。0 ~ 0.8 Mab p)，中更新世(0。8 ~ 0.128 Mab p)和晚更新世(0。128 ~ 0.01单克隆抗体)。根据岩性、岩相、脊椎动物和无脊椎动物化石所反映的生态特征，下面讨论当时古人类的生存环境。
①早更新世(2。6 ~ 2.0 Mab.p .)
目前，磁性地层学研究认为，红崖南沟剖面是研究区地层底部唯一达到M/G界线的剖面(朱日祥等，2007)。1983年，周坤树等在该剖面底部海拔835 ~ 865 m处采集样品，孢粉分析结果表明，它记录了从冷杉、云杉、松树等针叶林带到蒿、藜等草原带，再到松树、云杉的演变。它代表了一种相对干燥寒冷的气候，其发生期大致在2。6和2。0 Ma B.P .(见图3-10)。早更新世早期北极冰盖扩张和黄土高原黄土-古土壤序列的气候特征与此相当一致(de MonocalP，1993；丁等，1994).泥河湾盆地目前尚未发现有确切定年结果的哺乳动物群，这可能反映了当时的气候不适合泥河湾动物群中大多数动物的生存。三趾马。和智利酵母。在红岩南沟剖面发现，应为上新世残遗种，代表大气候变化时期延续到当时的少数残遗种。
根据中国红色风化壳的研究成果，黄振国等人绘制了早更新世早期的自然地带分布图。泥河湾盆地位于温带和寒温带的交界处，上新世为暖温带和北亚热带(黄振国等，1996)。早更新世初的气候变冷在中国红色风化壳研究和泥河湾层孢粉分析中是一致的。
(2)早更新世中晚期(2。0 ~ 0.8 Mab.p .)
磁性地层学的最新研究成果表明，除了泥河湾层只有洪雅剖面达到高斯正极性外，花宝沟、马圈沟和小长梁剖面底部只暴露于奥德韦事件。所以泥河湾层大部分剖面的B/M界线以下的地层都属于这个时期。花宝沟动物群、东窑子头动物群、泥河湾动物群(狭义)、大南沟动物群、马泉沟动物群、小长梁动物群、东古托动物群都是生活在这一时期的古生物，古人类遗址也主要发现于这一时期。
早更新世中晚期，泥河湾裂谷盆地构造活动强烈，盆地边缘火山沿断裂喷发，盆地迅速沉降，是湖泊面积最大的阶段。这一时期，黄土高原广泛堆积风成黄土(图5-7)。泥河湾盆地位于黄土高原东缘，也接受了一定的风成黄土堆积。火山灰和黄土沉降在湖滨地区，给土壤带来了丰富的矿物质养分。湖滨及湖泊周边植被茂盛，各种动物迁徙至此，是泥河湾盆地生物多样性最高的时期。根据这一时期脊椎动物区系的化石组成分析，啮齿动物、兔子、奇数蹄动物和偶蹄动物占优势，反映了温带干旱草原和森林草原的环境。
图5-7泥河湾盆地早更新世中晚期古环境恢复图
泥河湾盆地大道坡剖面(图3-13)进行了详细的孢粉分析(尹等，1996)。根据目前磁性地层学研究成果的对比，有可能在底部仅达到奥杜瓦伊亚极性时，该剖面孢粉分析圈定的ⅰ、ⅱ带应大致相当于2。0 ~ 0.8 Mab.p..I区以阔叶植物为主，包括一些典型的亚热带植物，如枫香属、无患子科、膜翅目、海金沙属等。树木花粉主要是松树、橡树、板栗、栲树、榉树等。禾本科花粉非常丰富，主要反映亚热带气候环境，植被以常绿阔叶林为主。ⅱ区孢粉数量和种类丰富，但代表亚热带的孢粉已消失。温带的榆树、桦树、橡树等阔叶树很常见，而松树、杉树、云杉的花粉有所增加。蒿属和麻黄占相当比例，禾本科植物有所减少，呈现温和温带气候。上述孢粉分析结果与2。0到0。8ma b . p .这一时期MIS曲线和Chilop-arts曲线相对稳定，反映气候变化较小，但当气候向湿热方向变化时，该地区仍可处于亚热带环境，因此在一些动物群中发现一些南方种属如鼩鼱、犀牛梅氏等。在这一时期，动物区系的大多数成员生活在温带，但那马象和梅氏犀牛生活在热带和亚热带。它们在泥河湾地区的出现，说明在某些时期，泥河湾流域的气候条件较好，接近亚热带气候环境，或者它们可以在夏季游回这里。
根据中国风化壳的研究成果，早更新世中晚期的自然带分布图显示，华北地区亚热带北界可达41 N左右(黄振国等，1996)。而泥河湾盆地的脊椎动物化石反映的是温带草原环境，两个研究领域的结论明显不同。红色风化壳的形成需要温暖湿润的环境。当全球气候向湿热方向变化时，华北可以在亚热带环境下发育红色风化壳。当气候向干冷方向转变时，华北处于干旱草原环境，红色风化壳停止发育。然而，风化壳的发展是不可逆的。当气候再次变得温暖湿润时，就会在原有红色风化壳的基础上继续发展。现在保存下来的红色风化壳可能是多次气候循环叠加的产物，从而表现出亚热带自然带的特征。脊椎动物在气候变化过程中可以反复迁徙，它们的化石记录反映了这些动物生活的气候环境。因此，两个领域的研究结论并不矛盾，而是可以相互补充和印证的。
特别需要提到的是，泥河湾动物群(狭义)和马泉沟动物群都在草原发现了猛犸象(Mammuthus trogontherii)，是该物种最早出现的地方。因此推测从子午长毛象到草原猛犸象的进化是在泥河湾盆地完成的，然后它们向四周辐射，到真猛犸象的进化是在西伯利亚完成的(魏光标，2008)。草原猛犸象之所以能在这里完成物种进化，是因为泥河湾盆地在漫长的地质时期保持了稳定适宜的环境，使物种有足够的时间完成周域物种形成的过程。以此类推，这一时期生活在泥河湾盆地的早期原始人也应该有合适的条件和足够的时间完成向智人的进化，这是泥河湾盆地应该深入研究的领域。
(3)中更新世(0。8 ~ 0.128 Mab.p .)
ODP806站岩心δ18O记录研究发现了“中更新世革命”事件(MRP)。在0.9MaB.P之前，δ18O记录的实测曲线变化幅度小于理论计算值，之后两条曲线变化幅度基本一致。由于第四纪δ18O曲线主要反映全球冰盖的大小，因此判断MRP导致全球冰量增加约15% (Berger et al .，1993)。这一全球变化的重要事件，在中国黄土高原得到了清晰的反映。1.60至0.8 Ma B.P .期间，气候变化周期主要为41ka；0.8 ma b.p .至今，气候变化周期以100 ka为主。在此期间，黄土堆积时间为0。古土壤形成时间为0。34 Ma(丁等，1994)，表明气候明显变冷。黄土高原黄土-古土壤序列在0。8 ma b p应该是黄土高原“中更新世革命”的反映。泥河湾盆地泥河湾层上段，颜色以黄绿色为主，故称“黄泥河湾层”。夏在该段泥河湾地层中发现了水下黄土。这些岩性变化反映了气候比以前更加干燥和寒冷。
泥河湾层从0。八比零。128 Ma，哺乳动物的种类和属没有前一阶段丰富，主要是大角鹿、毛犀牛和桑干河的马，反映了以干旱草原为主的环境。袁在对大道坡剖面的孢粉分析中，将该剖面划分为孢粉带ⅲ，榆属、桦木属和松属的数量均少于孢粉带ⅱ。代表干旱寒冷气候的麻黄、蒿等植物花粉急剧增加，而禾本科花粉明显减少，香蒲、莎草科花粉明显消失，表明气候明显向干旱方向发展，孢粉组合代表半干旱温带气候环境(尹等，1996)。黄振国对红色风化壳的研究结果也表明，该地区气候属温带性质，这与上述研究结果一致(黄振国，1996)。
泥河湾盆地早期原始人活动的时期与泥河湾动物群基本相同，泥河湾动物群中的大部分动物很可能是其食物的来源，这也为古人类遗址中的哺乳动物化石所证明。所以可以说，古代人类在这里繁衍生息的时候，气候是温带的，在某些时期，亚热带的动物可以在夏天游回这里。早期古人类遗址都位于湖滨地区，推测当时古人类就生活在湖滨，所以这里也是动物活动比较集中的地方。但至今没有发现火的痕迹，尚无法证明当时的古人类是否知道火。然而，一些遗址发现了零星的鱼骨，或者他们可能已经能够捕鱼。
另一个重要问题是泥河湾古湖当时是否有出口。它是淡水湖还是咸水湖？根据目前介形类的研究成果，在早期古人类生活时期，湖泊沉积物中的介形类都是淡水介形类。这意味着这个湖是淡水。偶有有孔虫发现，但种类单一，外壳变形强烈，说明它们是偶然被带到这里，并在其不适宜的淡水环境中存活下来的，不能作为该湖是咸水的证据。
干旱半干旱地区的湖泊要想长期维持淡水环境，必须有出口，因此可以推断泥河湾古湖泊在当时是有出口的。夏等人对峡谷的阶地进行了研究，发现最高的湖积阶地与和尚坪的高度一致，甚至还发现了比它更高的湖蚀阶地。与和尚坪同高的阶地在石霞峡谷中继续保留其遗迹，因此可以推断古泥万和湖有一个出口。泥河湾层底部，个别地方可发现小于1 cm的局部石膏层，可能是干旱时期湖面降低分隔出的小湖泊中形成的石膏层。在湖中央的沉积物中没有发现明显的石膏层，这些特征应该与湖泊出水口的存在相一致。
大道坡剖面孢粉分析的第三带大致为0。8 ~ 0.1 Ma B.P .孢粉类型显示木本植物减少，草本植物增加，榆树、桦树、松花粉减少，麻黄、蒿增加，香蒲、莎草花粉几乎消失。孢粉组合特征表明气候向干旱方向发展，一般代表半干旱地区的温带气候。除了许佳尧遗址，这个时期的古人类遗址很少，可能是因为环境条件不适合古人类生活，或者是因为考察不够，没有发现这个时期的旧石器时代遗址。
(4)晚更新世(0。128 ~ 0.01 Mab.p .)
中更新世末、晚更新世初，泥河湾古湖泊东部出口受构造运动影响变得平缓，河流下切使泥河湾古湖泊消失。湖泊沉积物被侵蚀，洪水冲积物堆积其上。风成黄土(马兰黄土)堆积在湖相台地之上。泥河湾古湖虽然被桑干河取代，但桑干河仍然为古人类提供了必要的水资源。
泥河湾盆地有许多旧石器时代晚期的遗址。此时，湖泊主体已经消失，大部分遗址发现于阶地沉积物中。遗址中发现的哺乳动物化石主要有长毛犀牛、野马等。没有森林草原居民化石，反映了干旱草原和荒漠草原的环境。孢粉分析表明，孢粉数量大大减少，针叶树是主要的木本植物，蒿属和麻黄属更为常见，代表了比前一阶段更干燥和寒冷的温带气候。但这一时期古人类的活动有所增加，说明当时迁移到这里的古人类的生产水平有了很大的提高，抵抗恶劣自然条件的能力大大加强。古代人类生活的自然条件与今天大体相似，但人类利用和改造自然的能力和范围很小，桑干河成为古代人类重要的水源和狩猎区。
(5)全新世(11.5千年前)。
全新世早期气候变暖，但仍未完全摆脱末次冰期寒冷干燥的环境。虎头梁遗址的脊椎动物化石多为啮齿类、兔类、奇蹄类、偶蹄类等。但是可以看到Palae-oloxodon namadicus的化石，说明亚热带地区的动物可以游回这里。
全新世中期，泥河湾盆地气候适宜。这里生活着喜温的动物，如印度大象和原始的牛，还有适合在水边生活的鸟类。大多数软体动物化石是生活在长江以南的物种和属。说明这一时期的生态环境与现在的华南地区相似。全新世晚期，气候转向干燥寒冷，甚至达到了现在的干旱草原和灌丛草原的环境。
综上所述，泥河湾裂谷盆地第四纪的气候环境受两个重要因素控制。首先，构造运动使本区成为魏奋裂谷系的一部分，第四纪新构造运动活跃，湖泊长期存在。另一个是全球气候变化的过程。在本区裂谷盆地的地貌和水文条件下，全球变化的每一个阶段，每一个气候事件都有响应，它们与构造运动共同控制着本区的第四纪环境。其中，早更新世中晚期(2。0-0.8 Ma B.P .)是最关键的。在此期间，全球气候相对稳定，没有发生重大气候事件。本区以干旱草原和森林草原环境为主，暖湿气候阶段可出现亚热带气候。泥河湾古湖泊湖滨区生态多样性强，适宜各种草食动物和啮齿动物生存。早期古人类可以在泥河湾盆地获得足够的食物，在这里繁衍生息。特别是这样的生态条件能够长期存在，使得古人类能够在这里维持长期进化，继续发展成为更适应环境的智人。因此，泥河湾裂谷盆地可称为东亚古人类进化的基地或进化实验室。东亚的晚期原始人可能都与泥河湾裂谷盆地的早期原始人有关，这是今后值得深入研究的重要课题。
总之，泥河湾盆地第四纪经历了五个环境阶段:
(1) 2.5 ~ 2.0 Ma B.P .「南沟冷期」，未发现古人类活动痕迹。
(2) 2.0 ~ 0.8 Ma B.P .，以温带环境为主，有时短暂处于亚热带环境，植被丰富，动物多样，是这里古代人类活动的主要时期。它们的活动集中在湖边地区，湖水是淡水。
(3)从0。八比零。距今128 Ma，干旱温带环境比前一阶段更加干燥寒冷，但仍发现马良、雀儿沟、吴家梁、许佳尧等遗址，显示了早期古人类在此生存和进化的连续性。
(4) 0.128 ~ 0.01Ma b . p . p .，泥河湾古湖泊消失，桑干河出现，气候较前一阶段更加干燥寒冷。但古代人类生产力水平提高，在桑干河两岸广泛活动。
(5) 0.1 Ma B.P .至今，经历了中全新世温暖湿润阶段，史前文明得到进一步发展。3000年前以后，气候条件和今天差不多，但是古代人类的生产力得到了提高，能够抵御恶劣的环境，开启了中国古代人类发展史的新篇章。