内华达试验和训练靶场干荒盆地(playas)第四纪地质研究——用以支持内利斯空军基地的训练任务

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1、简介

内华达试验和训练靶场(NTTR)位于南内华达州,由内利斯空军基地(AFB)的第98靶场联队管理,是美国空军在本土最大的实验基地。内利斯空军基地位于拉斯维加斯东北部,为人员与飞机提供基地支持,面积12139平方公里的内华达试验和训练靶场为多种测试训练任务提供了无人居住的地域和空域。内华达试验和训练靶场为典型的盆岭省地貌,呈南北走向,许多地方都有干盐湖。内华达试验和训练靶场内许多必要的训练设施和靶场目标都建在这些干荒盆地之上或其附近,其它与训练相关的设施则位于冲积扇上和周围的山脉中。

美国空军在为内华达试验和训练靶场的测试训练任务修建靶场目标及辅助设施时,要为清查、评估和保护文化资源(包括考古遗址)负责。然而由于内华达试验和训练靶场的巨大规模,空军有意识地采取多学科方法,将地质研究与人种学和考古研究结合起来,以最大限度地利用有限的人力和财政资源来满足法律要求(1966年“国家历史保护法案”第106条;1979年“考古资源保护法”;1990年“土著美国人坟墓保护和赔偿法案”),并减少这些法案对内华达试验和训练靶场的基础训练任务的影响。由于考古学家地质知识有限,考古学家对所有地貌一视同仁,实际上可能将资源花费在一些不可能有重要遗址的地方。干荒盆地表面是绝佳的考古勘查位置,其边缘常常会发现土著活动的痕迹。本研究利用地貌数据恢复了内华达试验和训练靶场内那些可能有早期土著居住的干荒盆地的古环境特征。空军在土地利用规划中利用这项研究的成果,划出了有一些具有较高潜力存在考古遗址的地区,以便进行保护并开展调查研究。

有证据表明,在11000~13000年(碳同位素年龄)前,拉斯维加斯山谷内有早期人类居住。根据晚更新世的气候条件,文化遗址有可能出现在内华达试验和训练靶场里的湖泊和沼泽附近。由于晚更新世至全新世气候变化引起的环境变化,可能影响了早期居民的土地利用格局。2004~2005年和2008~2009年间我们对内华达试验和训练靶场内八个沙滩盆地(playa basins)内的九个干荒盆地进行了调查。我们调查了每一个干荒盆地、湖盆边缘以及邻近湖盆的冲积扇边缘可能指示古环境特征的表层沉积物与地貌特点,这些古环境可能有利于大盆地南部早期居民的活动,那些活动的变化也是由于气候与环境条件变化引起的。在调查了地表沉积物和地貌时,还寻找了最近地貌变化的一些证据,例如山洪和风沙沉积,其有可能破坏遗址上文化特征的连续性。

早期对大盆地的地质探险家在高高的山坡上观察到波切台地和沙滩砾石沉积,认为内华达州西部的许多山谷中都曾经有深水湖泊存在。Russell完成了对大盆地更新世湖泊的多项研究,并首次定量估算了过去多雨时期的古气候。Hubbs and Miller (1948)第一次对大盆地中的那时已知的洪积湖进行了完整梳理。Antevs (1937,1938, 1948)、Campbell and Campbell (1935)、Campbell et al. (1937)和Warren and DeCosta (1964)等建立了洪积湖岸线和与大盆地最早居民有关的考古遗址之间的联系。Mifflin and Wheat (1979)发表了一项研究成果,利用航空摄影和广泛的实地调查工作来识别出了内华达州所有已知的洪积湖泊,并测量了这些湖泊的最大面积范围及其水文盆地范围,估测了最大洪积期的气候条件。Mifflin and Wheat (1979)识别出了内华达试验和训练靶场Mud湖、Gold台地和Kawich湖等几个盆地内洪积湖的古岸线位置,但是,由于禁止进入那些地方,他们无法通过实地勘察来确认他们对航空摄影的判读结果。最近在内华达州南部的研究使人们提高了对含有湿地(而不是洪积湖)的沙滩盆地的古水文、古环境和古气候特征的认识。另外,内华达试验和训练靶场周围的古气候重建也由林鼠(pack rat)粪堆数据完成。

图1 内华达试验和训练靶场位于内华达州拉斯维加斯市西北,拥有12139平方公里的受军方管控的开阔地域,用于完成对国土安全十分重要的测试与训练任务。内利斯空军基地位于拉斯维加斯东部,为内华达试验和训练靶场提供人员和管理服务。

2、主要内容

首先介绍了地理与地质背景,接下来讨论了研究方法和研究结果,讨论与解释后得出结论:

尽管内华达试验和训练靶场中古洪积湖的放射性碳年龄早于大盆地内已知考古遗址的最老年龄(Campbell et al., 1937; Warren and DeCosta, 1964),但是结合有限的湖泊资料和湿地数据得出的复杂的降雨历史显示,在该实验基地内的所有干荒盆地的古环境都可能有利于早期人类定居。根据Mud湖叠层石的放射性碳年龄的范围,内华达试验和训练靶场内的洪积湖很可能在整个Sehoo湖的大部分时间内都持续存在。Gold台地古泉水沉积物和拉斯维加斯峡谷湿地内D单元地层的放射性碳年龄(Quade et al., 2003)在18000到15000yr B.P.(放射性碳年龄)之间,这两个盆地分别都存在大范围的湖泊和湿地环境。虽然湖泊和湿地在15000 yr B.P.之后都有所变化,可能还有一定程度的收缩,但是在内华达试验和训练靶场内,它们似乎都坚持到了10000 yr B.P.。Stonewall台地渗流沉积物的年龄与一些跟大盆地南部和内华达州北部的洪积湖岸线有关的较老考古遗址的年代可以对比(Antevs, 1937; Campbell et al., 1937;Antevs, 1948; Warren and DeCosta, 1964)。

Ralston峡谷南部、Gold台地和Kawich峡谷中的洪积湖和Stonewall台地、Indian Springs峡谷和Three湖峡谷中的湿地可能提供了淡水资源、鱼类和猎物、食用和药用植物、燃料以及房屋建筑材料。这一时期内的文化遗址可能聚集在这些湖泊和湿地周边。然而,根据Mud湖海拔1954m附近的湖岸线的年龄数据显示,海拔1603m和1609m处的高湖岸线要早于Sehoo的成湖时期,不太可能容纳许多文化遗址。Gold台地和Kawich峡谷的湖岸线年龄暂时不能得到很好的验证,因此只能将这些湖岸线视作这一时期内的文化遗址的可能位置。虽然Dog Bone湖和Cactus台地中的潜在的季节性湖泊和草地可能不像较大的湖泊和湿地那样拥有丰富的自然资源,但它们仍可能提供一些有用的种植和狩猎资源。然而,资源相对丰富的Mud湖、Gold台地、Kawich湖、Stonewall台地、Indian Springs峡谷Three湖峡谷盆地可能对长期利用和居住具有更大的吸引力。

全新世初期,大盆地内的气候条件变得更加温暖而干燥,导致内华达试验和训练靶场内的洪积湖泊和湿地都逐渐收缩并最终消失。尽管该实验基地内这一时期的数据较少,但拉斯维加斯峡谷中的沼泽沉积物数据表明,从9500到8000 yr B.P之间,干旱气候条件下的冲积物正逐渐破坏掉较老的湿地沉积物(Quade et al., 2003)。Pahranagat峡谷与地表水的水平衡变化相关的多种环境,为我们评估受气候驱动的环境变化如何影响内华达试验和训练靶场内早期美洲土著居民提供了一种方法。例如,那些有明显地表水证据的干荒盆地(Mud湖、Gold台地、Kawich湖、Stonewall台地、Indian Springs峡谷、Three Lakes峡谷)可能比那些地表水证据很少的干荒盆地(Dog Bone湖和 Cactus台地)保有地表水资源的时间更长。其次,随着气候变得温暖,水资源量减少,常年性湖泊在消亡之前可能逐渐变成季节性湖泊、沼泽、草甸;而沼泽会变成草甸然后消亡,季节性湖泊和草甸则直接干枯变成干荒盆地。第三,那些有地下水排出证据的干荒盆地(Gold台地、Stonewall台地、Indian Springs峡谷 Three Lakes峡谷)可能比没有地下水排出证据的盆地保持更长时间的有利环境。这可能造成了一些干荒盆地比其他盆地保留了更长时间的、适合于早期居民的生产力特征,从而可能容纳更多的文化遗址。识别有利于土著利用的聚居地和文化遗址保护区,可以帮助美国空军更有效地遵守法律,并将法律对在内华达试验和训练靶场完成基本的训练任务的影响降至最低。

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