地质地球所等在中国考古磁学研究中获进展

　　地磁场起源于地球外核流体运动，携带了地球内部的重要信息，是认识地球深部过程的窗口，其演化规律可以反映某些地球动力学过程。生命在地磁环境中起源、进化、繁衍，地磁场保护并影响着地球上的生命。因此研究地磁场的演化历史对研究以上科学问题具有重要的指导意义。考古磁学通过对考古遗址出土的古遗存 (烘烤过的砖、瓦、瓷器、陶器、烧土、炉渣等）进行磁学方面的研究来获得全新世以来地磁场方向和强度百年或千年尺度的精细变化信息，在完善地磁场模型、探索地球动力学过程、考古遗址定年和探讨人类活动与地球环境变化相关性等方面有重要意义。但是目前整个东亚地区考古磁学研究相对薄弱，中国的考古磁学工作主要集中在二十世纪八、九十年代，已发表的数据非常分散，致使对东亚地区全新世以来地磁场演化规律的认识非常有限。中国特殊的地理位置和丰富的文化遗存使中国考古磁学对探索东亚地区甚至全球地磁场演化起着举足轻重的作用。

　　中国科学院地质与地球物理研究所特提斯研究中心古地磁与年代学学科组博士后蔡书慧和合作导师朱日祥、邓成龙、秦华峰、潘永信及美国合作导师Lisa Tauxe、山东大学教授靳桂云等共同合作，对采自山东、辽宁、吉林、浙江、河北等中国东部地区的考古样品开展了详细的古强度研究。考古样品共75块，遗址类型包括窑址、居住遗址、墓葬等，样品类型包括陶瓷碎片、砖、烧土、炉渣等，时代涵盖从大汶口文化时期到元代的近六千年。他们通过严谨的强度实验和严格的数据筛选，最终共获得21个可靠古强度结果。新增结果记录的地磁场强度值变化范围为~15-~86 μT，对应的地磁场虚偶极矩 (VADM) 变化范围从~27-~166 ZAm2，与中国中心位置 (35 oN，105 oE) 现代地磁场强度 (~53 μT (97 ZAm2)) 相比，新结果记录到的地磁场最低值只有现代场的三分之一，而最高值达现代场的1.5倍。结合东亚近几年已发表数据，该研究建立了第一条东亚全新世地磁场强度变化参考曲线，可用于该区域考古定年(图1)。研究结果记录到的~2200 BCE-~1300 BCE之间地磁场强度从全新世范围内的极低值升高到极高值的极端变化，具有重要的地球动力学指示意义。

　　此外，另一项研究对采自山东济南大辛庄遗址、山东寿光双王城遗址、河北隆化鲍家营遗址和四川金川刘家寨遗址的定向样品开展了详细的考古方向研究。参与实验的38块定向样品最终有22块获得了可靠的方向结果。研究新获得的数据结合中国、日本、韩国等地区已发表数据揭示出近10 ka，东亚地区地磁场偏角和倾角变化范围分别为30°W-20°E和30°-70°，西向和东向漂移同时存在，但以前者为主(图2)。该研究新增结果是自20世纪90年代以来中国第一批考古方向数据，极大地补充了现有数据库，尤其是填补了3 ka之前部分时间段的空白。

　　以上研究成果分别发表在国际期刊《美国科学院院刊》（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《国际地球物理学杂志》（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。

图1 (a) 该研究新增地磁场强度结果；(b) 新增结果虚偶极矩与已发表数据及全球地磁场模型预测对比图，图中绿色实线为该研究新建立的东亚地磁场强度参考曲线

图2 东亚地区近10 ka地磁场方向变化图，红色五角星、紫色方形、蓝色菱形和天蓝色左三角为该研究新增数据