Early Pleistocene environment and climate of the Nihewan Basin, NE China

Abstract

The Nihewan Basin in northern China preserves abundant Early Pleistocene Palaeolithic sites and represents one of the earliest locations of hominins outside Africa. Sediments from three excavation trenches at the Dachangliang ridge in the northeastern part of the Nihewan Basin were investigated in the PhD study to reconstruct the environmental and climatic changes and assess their relationship with hominin activities during the Early Pleistocene. A multi-proxy approach was applied, integrating field-based observations with grain-size, magnetic susceptibility and ostracod assemblage (bivalved micro-crustacean) analyses, as well as parameterized grain-size end-member modeling, cyclostratigraphic analysis and stable isotope analysis of ostracod shells (δ¹⁸O and δ¹³C values). The studied sediments were mostly interpreted as fluvially reworked, originally aeolian deposits which accumulated through six depositional cycles, alternating between dominantly a wetland with periods of lake and alluvial plain settings. The grain-size distributions of the synthetic NH-T composite section were attributed to a mixture of four distinct end members (EMs 1-4). EMs 1-3 were used to infer the history of East Asian winter/summer monsoons (EAWM/EASM) in the region. Inferred EASM conditions dominated during periods from ca. 1.66-1.62 Ma, 1.52-1.25 Ma and after 0.82 Ma, whereas EAWM conditions prevailed from ca. 1.62-1.52 Ma and during the Mid-Pleistocene transition (MPT) 1.25-0.82 Ma. The unexpectedly high δ¹⁸O-δ¹³C covariance suggests that the basin was mostly hydrologically closed, and waters affected by evaporation. Hydrological state shifts between more standing and flowing waters were detected. Assessed together with the synthetic archaeological record, hominins apparently occupied the basin during periods of prevailing EASM climate and more standing waters. Collectively, these insights refine our current perspectives of the favorable and less favorable climatic conditions that shaped the Early Pleistocene hominin activities in the region. Thus, this study establishes a foundation for continued research on the palaeoenvironments of Early Pleistocene hominins in East Asia.Nihewan-sigdældin í norðurhluta Kína varðveitir fjölda fornminja frá fyrri hluta pleistósen á fornsteinöld og er einn elsti fundarstaður frummanna utan Afríku. Í þessari doktorsrannsókn er gerð greining á setlögum úr þremur skurðum á Dachangliang hryggnum í norðausturhluta Nihewan-sigdældarinnar. Markmið rannsóknarinnar er að endurskapa umhverfis- og loftslagsbreytingar og meta tengsl þeirra við athafnir frummanna á fyrri hluta pleistósentímabilsins. Fjölþáttanálgun er beitt, þar sem vettvangsathuganir eru tengdar við greiningar á kornastærð, segulviðnámi og samsetningu tvískelja skelkrabba (ostracod). Að auki er notast við breytubundin kornastærðardreifingarlíkön (end-member modeling), greiningar á hringferlum jarðlagaskipanar (cyclostratigraphy) og greiningu á stöðugum samsætum í skeljum skelkrabba (δ¹⁸O og δ¹³C gildi). Setlögin sem rannsökuð voru eru að mestu túlkuð sem árset sem var upphaflega vindborið. Það safnaðist upp í sex setmyndunarhrinum, annars vegar í votlendi með tímabundnum stöðuvatnamyndunum, og hins vegar á ársléttum. Kornastærðardreifingu samsetta sniðsins NH-T má rekja til fjögurra ólíkra þátta (EM1-4). EM1-3 voru notaðir til að draga ályktanir um sögu monsúnrigninga um sumur og vetur (EASM/EAWM) í austurhluta Asíu. Skilyrði til sumarrigninga voru ríkjandi fyrir um 1,66-1,62, 1,52-1,25 og frá 0,82 milljónum ára. Aftur á móti voru skilyrði til vetrarrigninga ríkjandi frá u.þ.b. 1,62-1,52 milljónum ára og á tímabili mikilla umbreytinga á mið-pleistósen fyrir um 1,25-0,82 milljónum ára. Óvenju sterk samfylgni δ¹⁸O–δ¹³C bendir til þess að vatnasvæðið hafi að mestu verið aflokað og orðið fyrir áhrifum uppgufunar. Greina mátti breytingar á vatnafari milli stöðuvatnsástands og rennandi vatns. Samhliða fornleifagögnum virðist sem frummenn hafi verið á vatnasvæðinu á tímabilum þar sem loftslag með sumarrigningum (EASM) og myndun stöðuvatna var ríkjandi. Samanlagt skerpa þessar niðurstöður skilning okkar á þeim hagstæðu og óhagstæðu loftslagsskilyrðum sem mótuðu athafnir frummanna á fyrri hluta pleistósentímabilsins á þessu svæði. Þannig leggja þessar rannsóknir mikilvægan grunn að frekari rannsóknum á fornloftslagi og umhverfisaðstæðum frummanna í Austur-Asíu á fyrri hluta pleistósen