地質地球所等在中國考古磁學研究中獲進展

　　地磁場起源于地球外核流體運動，攜帶了地球內部的重要信息，是認識地球深部過程的窗口，其演化規律可以反映某些地球動力學過程。生命在地磁環境中起源、進化、繁衍，地磁場保護并影響著地球上的生命。因此研究地磁場的演化歷史對研究以上科學問題具有重要的指導意義。考古磁學通過對考古遺址出土的古遺存 (烘烤過的磚、瓦、瓷器、陶器、燒土、爐渣等）進行磁學方面的研究來獲得全新世以來地磁場方向和強度百年或千年尺度的精細變化信息，在完善地磁場模型、探索地球動力學過程、考古遺址定年和探討人類活動與地球環境變化相關性等方面有重要意義。但是目前整個東亞地區考古磁學研究相對薄弱，中國的考古磁學工作主要集中在二十世紀八、九十年代，已發表的數據非常分散，致使對東亞地區全新世以來地磁場演化規律的認識非常有限。中國特殊的地理位置和豐富的文化遺存使中國考古磁學對探索東亞地區甚至全球地磁場演化起著舉足輕重的作用。

　　中國科學院地質與地球物理研究所特提斯研究中心古地磁與年代學學科組博士后蔡書慧和合作導師朱日祥、鄧成龍、秦華峰、潘永信及美國合作導師Lisa Tauxe、山東大學教授靳桂云等共同合作，對采自山東、遼寧、吉林、浙江、河北等中國東部地區的考古樣品開展了詳細的古強度研究。考古樣品共75塊，遺址類型包括窯址、居住遺址、墓葬等，樣品類型包括陶瓷碎片、磚、燒土、爐渣等，時代涵蓋從大汶口文化時期到元代的近六千年。他們通過嚴謹的強度實驗和嚴格的數據篩選，最終共獲得21個可靠古強度結果。新增結果記錄的地磁場強度值變化范圍為~15-~86 μT，對應的地磁場虛偶極矩 (VADM) 變化范圍從~27-~166 ZAm2，與中國中心位置 (35 oN，105 oE) 現代地磁場強度 (~53 μT (97 ZAm2)) 相比，新結果記錄到的地磁場最低值只有現代場的三分之一，而最高值達現代場的1.5倍。結合東亞近幾年已發表數據，該研究建立了第一條東亞全新世地磁場強度變化參考曲線，可用于該區域考古定年(圖1)。研究結果記錄到的~2200 BCE-~1300 BCE之間地磁場強度從全新世范圍內的極低值升高到極高值的極端變化，具有重要的地球動力學指示意義。

　　此外，另一項研究對采自山東濟南大辛莊遺址、山東壽光雙王城遺址、河北隆化鮑家營遺址和四川金川劉家寨遺址的定向樣品開展了詳細的考古方向研究。參與實驗的38塊定向樣品最終有22塊獲得了可靠的方向結果。研究新獲得的數據結合中國、日本、韓國等地區已發表數據揭示出近10 ka，東亞地區地磁場偏角和傾角變化范圍分別為30°W-20°E和30°-70°，西向和東向漂移同時存在，但以前者為主(圖2)。該研究新增結果是自20世紀90年代以來中國第一批考古方向數據，極大地補充了現有數據庫，尤其是填補了3 ka之前部分時間段的空白。

　　以上研究成果分別發表在國際期刊《美國科學院院刊》（Cai et al. Archaeointensity results spanning the past 6 kiloyears from eastern China and implications for extreme behaviors of the geomagnetic field. PNAS, 2017, 114: 39-44）和《國際地球物理學雜志》（Cai et al. New archaeomagnetic direction results from China and their constraints on palaeosecular variation of the geomagnetic field in Eastern Asia. Geophysical Journal International, 2016, 207: 1332-1342）上。

圖1 (a) 該研究新增地磁場強度結果；(b) 新增結果虛偶極矩與已發表數據及全球地磁場模型預測對比圖，圖中綠色實線為該研究新建立的東亞地磁場強度參考曲線

圖2 東亞地區近10 ka地磁場方向變化圖，紅色五角星、紫色方形、藍色菱形和天藍色左三角為該研究新增數據