現代のホモサピエンスは多くの生態系の変化に参加してきましたが、これらの行動の起源や初期の結果を検出することは困難です。マラウィ北部の考古学、地質年代学、地形学、古環境データは、更新世後期における採餌者の存在、生態系組織、扇状地形成の間の変化する関係を記録しています。20世紀頃以降、中石器時代の遺物と扇状地の密集したシステムが形成されました。92,000年前、古生態学的環境では、過去50万年の記録に類似物はありませんでした。考古学的データと主要な座標分析は、初期の人工火災が発火の季節的制限を緩和し、植生の組成と侵食に影響を与えたことを示しています。これは、気候に起因する降水量の変化と相まって、最終的には初期の農業前の人工景観への生態学的移行につながりました。
現代人は生態系変革の強力な推進者です。何千年もの間、彼らは環境を広範囲かつ意図的に変化させ、最初の人間が支配する生態系がいつどのように出現したかについての議論を引き起こしました（1）。ますます多くの考古学的および民族誌的証拠は、採餌者とその環境との間に多数の再帰的相互作用があることを示しており、これらの行動が私たちの種の進化の基礎であることを示しています（2-4）。化石と遺伝のデータは、ホモサピエンスが約315、000年前にアフリカに存在したことを示しています（ka）。考古学的データは、大陸全体で発生する行動の複雑さが過去約300〜200kaのスパンで大幅に増加したことを示しています。更新世（チバニアン）の終わり（5）。種としての私たちの出現以来、人間は繁栄するために技術革新、季節の取り決め、そして複雑な社会的協力に依存し始めました。これらの属性により、以前は無人または極端な環境や資源を利用できるようになり、今日では人間が唯一の汎世界的な動物種になっています（6）。この変革において、火は重要な役割を果たしました（7）。
生物学的モデルは、調理済み食品への適応性は少なくとも200万年前までさかのぼることができることを示していますが、火の制御の従来の考古学的証拠が現れたのは更新世中期の終わりまでではありませんでした（8）。アフリカ大陸の広い地域からの塵の記録がある海洋コアは、過去数百万年の間に、主に間氷期から氷期への移行中に、約400 ka後に元素炭素のピークが現れたことを示していますが、完新世（9）。これは、約400 ka以前は、サハラ以南のアフリカでの火災は一般的ではなく、完新世では人間の貢献が重要であったことを示しています（9）。火は完新世中の牧夫が草地を耕作し維持するために使用する道具です（10）。しかし、更新世初期の狩猟採集民による火の使用の背景と生態学的影響の検出はより複雑です（11）。
火は、民族誌学と考古学の両方で、生計の利益の改善や原材料の変更など、資源操作のためのエンジニアリングツールと呼ばれています。これらの活動は通常、公共計画に関連しており、多くの生態学的知識を必要とします（2、12、13）。景観規模の火災により、狩猟採集民は獲物を追い払い、害虫を駆除し、生息地の生産性を高めることができます（2）。現場での火災は、調理、暖房、捕食者の防御、社会的結束を促進します（14）。しかし、狩猟採集民の火災が、生態系群集の構造や地形など、景観の構成要素を再構成できる程度は非常にあいまいです（15、16）。
時代遅れの考古学的および地形学的データと複数の場所からの継続的な環境記録がなければ、人間が引き起こした生態学的変化の進展を理解することは問題があります。アフリカ南部の大地溝帯からの長期の湖の堆積物の記録は、この地域の古代の考古学的記録と組み合わされて、更新世によって引き起こされた生態学的影響を調査する場所になっています。ここでは、アフリカ中南部の広大な石器時代の風景の考古学と地形学について報告します。次に、それを600 kaを超える古環境データとリンクさせて、人為的な火災の状況における人間の行動と生態系の変化の最も早い結合の証拠を決定しました。
アフリカのリフトバレー南部のマラウイ北部の北端に位置するカロンガ地区のチティムウェ層には、これまでに報告されていない年齢制限を設けました（図1）（17）。これらの層は、赤い土の扇状地と川の堆積物で構成され、約83平方キロメートルを覆い、数百万の石製品が含まれていますが、骨などの有機物は保存されていません（補足テキスト）（18）。地球記録（図2および表S1からS3）からの光学励起光（OSL）データは、更新世後期のチティムウェ層の年代を修正し、扇状地の活性化と石器時代の埋葬の最古の年代は約92 ka（ 18、19）。沖積および川のChitimwe層は、鮮新世-更新世のChiwondo層の湖と川を低角度の不適合から覆っています（17）。これらの堆積物は、湖の端に沿った断層ウェッジにあります。それらの構成は、湖の水位変動と鮮新世に広がる活断層との相互作用を示しています（17）。地殻変動は長い間地域の地形やピエモンテ斜面に影響を与えてきたかもしれないが、この地域の断層活動は更新世中期以降減速した可能性がある（20）。マラウイ湖の水文学は、約800kaから100kaの直後まで、主に気候によって引き起こされます（21）。したがって、これらのどちらも更新世後期における扇状地の形成の唯一の説明ではありません（22）。
（A）現代の降水量（アスタリスク）に対するアフリカの観測所の位置。青はより湿っており、赤はより乾燥しています（73）。左側のボックスは、マラウイ湖とその周辺地域MAL05-2AおよびMAL05-1Bを示しています。カロンガ地域が緑色の輪郭で強調表示され、ルチャマンゲ層の場所が強調表示されている/ 1Cコア（紫色の点）の場所が強調表示されています。ホワイトボックスとして。（B）マラウイ盆地の北部、MAL05-2Aコアに関連する陰影起伏の地形、残りのChitimwe層（茶色のパッチ）、およびマラウイ初期中石器時代プロジェクト（MEMSAP）の発掘場所（黄色の点）を示しています。CHA、シャミナード;MGD、ムワンガンダの村。NGA、ンガラ;SS、サダラサウス;VIN、文学図書館の写真;WW、ベルーガ。
OSLの中心年齢（赤い線）と1-σ（25％灰色）のエラー範囲、すべてのOSL年齢は、カロンガでのinsituアーティファクトの発生に関連しています。過去125kaのデータと比較した年齢は、（A）扇状地の堆積物からのすべてのOSL年齢のカーネル密度推定値を示し、堆積/扇状地の蓄積（シアン）、および主成分分析（PCA）の特性値に基づく湖の水位の再構築を示しています。 MAL05-1B / 1Cコアからの化石と自生鉱物（21）（青）。（B）MAL05-1B / 1Cコア（黒、アスタリスク付きの7000に近い値）およびMAL05-2Aコア（灰色）から、沈降速度で正規化されたグラムあたりの高分子炭素の数。（C）MAL05-1B / 1Cコア化石花粉からのマーガレフ種の豊富さ指数（Dmg）。（D）Compositae、miombo森林地帯、およびOlea europaeaからの化石花粉の割合、および（E）イネ科およびPodocarpusからの化石花粉の割合。花粉データはすべてMAL05-1B/1Cコアからのものです。上部の番号は、表S1からS3に詳述されている個々のOSLサンプルを示しています。データの可用性と解像度の違いは、コアでのサンプリング間隔と材料の可用性の違いによるものです。図S9は、zスコアに変換された2つのマクロカーボンレコードを示しています。
（Chitimwe）扇状地形成後の景観の安定性は、調査地域全体の扇形の堆積物を覆う赤い土壌と土壌形成炭酸塩の形成によって示されます（補足テキストと表S4）。マラウイ湖流域における更新世後期の扇状地の形成は、カロンガ地域に限定されません。モザンビークの南東約3​​20kmにある、26Alと10Beの陸域宇宙線起源核種の深さプロファイルは、沖積赤土のルチャマンゲ層の形成を119〜27 kaに制限しています（23）。この広範な年齢制限は、マラウイ湖流域の西部のOSL年代学と一致しており、更新世後期における地域の扇状地の拡大を示しています。これは、湖のコアレコードからのデータによって裏付けられています。これは、より高い沈降速度が約240 kaを伴うことを示しています。これは、約240kaで特に高い値を示します。130および85ka（補足テキスト）（21）。
この地域での人間の定住の最も初期の証拠は、〜92±7kaで特定されたChitimwe堆積物に関連しています。この結果は、14サブセンチメートルのスペースコントロール考古学的発掘調査からの605 m3の掘削堆積物と、46の考古学テストピットからの147 m3の堆積物に基づいており、垂直方向に20 cmに制御され、水平方向に2メートルに制御されています（補足テキストおよび図S1からS3）さらに、147.5 kmを調査し、40の考古学的テストピットを配置し、そのうち60から38,000を超える文化遺物を分析しました（表S5およびS6）（18）。これらの広範な調査と発掘は、近世の人間を含む古代の人間が約92 ka前にこの地域に住んでいた可能性があるが、マラウイ湖の上昇とその後の安定化に関連する堆積物の蓄積は、チティムウェ層を形成するまで考古学的証拠を保存しなかったことを示しています。
考古学的データは、第四紀後期に、マラウィ北部で扇形の拡大と人間活動が多数存在し、文化的遺物は初期の現代人に関連するアフリカの他の地域のタイプに属していたという推論を裏付けています。ほとんどのアーティファクトは、珪岩または石英川の小石でできており、放射状、ルヴァロア、プラットフォーム、ランダムコアリダクションがあります（図S4）。形態学的診断アーティファクトは、主に中石器時代（MSA）固有のルヴァロア型技術に起因します。これはこれまでアフリカで少なくとも約315 kaでした（24）。最上部のチティムウェ層は、まばらに分布した後期石器時代の出来事を含む完新世初期まで続き、アフリカ中の更新世後期と完新世の狩猟採集民に関連していることがわかりました。対照的に、通常初期中期更新世に関連する石器の伝統（大きな切削工具など）はまれです。これらが発生した場所では、堆積の初期段階ではなく、更新世後期のMSAを含む堆積物で発見されました（表S4）（18）。この場所は約92kaに存在しましたが、人間の活動と扇状地の堆積の最も代表的な期間は、一連のOSL年齢によって明確に定義された約70 kaの後に発生しました（図2）。このパターンは、25の公開されたOSL年齢と50の以前に公開されていないOSL年齢で確認されました（図2および表S1からS3）。これらは、合計75の年齢測定のうち、約70ka後に堆積物から70が回収されたことを示しています。図2は、MAL05-1B / 1C中央盆地（25）の中心から公開された主要な古環境指標と、以前に公開されていない湖の北部盆地中心からの、その場MSAアーティファクトに関連する40の年齢を示しています。チャコール（OSL時代を生み出すファンに隣接）。
植物石の発掘調査と土壌微細形態学からの新鮮なデータ、およびマラウイ湖掘削プロジェクトの中核からの化石花粉、大きな木炭、水生化石、自生鉱物に関する公開データを使用して、MSAとマラウイ湖との人間関係を再構築しました。同じ時期の気候と環境条件を占領する（21）。後者の2つのエージェントは、1200 ka（21）以上にさかのぼる相対的な湖の深さを再構築するための主な基盤であり、過去に〜636 ka（25）のコアの同じ場所から収集された花粉とマクロカーボンのサンプルと一致します。 。最長のコア（MAL05-1BとMAL05-1C、それぞれ381と90 m）は、考古学プロジェクトエリアの南東約100kmで収集されました。北ルクル川の東約25kmで短いコア（MAL05-2A; 41 m）が収集されました（図1）。MAL05-2Aコアは、カルンガ地域の陸域の古環境条件を反映していますが、MAL05-1B / 1Cコアは、カルンガから直接河川の流入を受けないため、地域の条件をより適切に反映できます。
MAL05-1B / 1C複合ドリルコアに記録された堆積速度は、240 kaから始まり、長期平均値の0.24から0.88 m / kaに増加しました（図S5）。最初の増加は、軌道変調された太陽光の変化に関連しており、この間隔の間に湖の水位に高振幅の変化を引き起こします（25）。しかし、離心率が85 ka後に低下し、気候が安定している場合、沈下率は依然として高い（0.68 m / ka）。これは、約92 ka後に扇状地の拡大の広範な証拠を示した地上のOSL記録と一致し、85 ka後の侵食と火災の間に正の相関を示す感受性データと一致しました（補足テキストおよび表S7）。利用可能な地質年代学的制御の誤差範囲を考慮すると、この一連の関係が再帰的プロセスの進行からゆっくりと進展するのか、臨界点に達すると急速に噴火するのかを判断することは不可能です。盆地進化の地球物理学的モデルによると、更新世中期（20）以降、リフトの拡大とそれに関連する沈下が鈍化しているため、92ka以降に主に決定した大規模な扇状地形成プロセスの主な理由ではありません。
中期更新世以来、気候は湖の水位の主な支配要因でした（26）。具体的には、北部盆地の隆起により、既存の出口が閉鎖されました。湖が現代の出口の敷居の高さに達するまで湖を深くするために800ka（21）。湖の南端に位置するこの出口は、雨季（今日を含む）の湖の水位の上限を提供しましたが、乾季の湖の水位が下がったため、流域を閉じることができました（27）。湖の水位の再構築は、過去636kaの乾湿サイクルが交互に繰り返されていることを示しています。化石花粉からの証拠によると、夏の日差しが少ないことに関連する極端な干ばつ期間（総水量が95％以上減少）により、半砂漠の植生が拡大し、樹木は恒久的な水路に制限されています（27）。これらの（湖の）低値は花粉スペクトルと相関しており、樹木分類群と全体的な種の豊富さを犠牲にして、草（80％以上）と乾生植物（ヒユ科）の割合が高いことを示しています（25）。対照的に、湖が現代のレベルに近づくと、アフリカの山林に密接に関連する植生は通常、湖岸[海抜約500 m（masl）]まで広がります。今日、アフリカの山林は、約1500 maslを超える小さな個別のパッチでのみ表示されます（25、28）。
直近の極端な干ばつ期間は104から86kaでした。その後、湖の水位は高い状態に戻ったものの、ハーブやハーブ成分を多く含むオープンミオンボ森林地帯が一般的になりました（27、28）。最も重要なアフリカの山林分類群はマキであり、85 ka後の以前の高い湖の水位と同様の値に回復したことはありません（85 ka後の10.7±7.6％、85 ka前の同様の湖の水位は29.8±11.8％） ）。マーガレフ指数（Dmg）はまた、過去85 kaの種の豊富さが以前の持続的な高い湖の水位（それぞれ2.3±0.20と4.6±1.21）より43％低く、たとえば420から345 kaの間であることを示しています（補足テキストと図S5とS6）（25）。おおよその時間からの花粉サンプル。88〜78 kaには、キク科の花粉も高い割合で含まれています。これは、植生が乱されており、人間がその地域を占領した最も古い日付の誤差範囲内にあることを示している可能性があります。
気候異常法（29）を使用して、85 kaの前後に掘削されたコアの古生態学的および古気候データを分析し、植生、種の豊富さ、降水量の間の生態学的関係と、推定された純粋な気候予測を分離する仮説を調べます。〜550kaのベースラインモードを駆動します。この変化した生態系は、湖に満ちた降水条件と火災の影響を受けます。これは、種の不足と新しい植生の組み合わせに反映されています。最後の乾燥期間の後、オリーブオイルなどのアフリカの山岳林の難燃性成分や、セルティスなどの熱帯雨緑林の難燃性成分を含む、一部の森林要素のみが回復しました（補足テキストおよび図S5）（補足テキストおよび図S5）（ 25）。この仮説を検証するために、貝虫類と自生鉱物の代替物に由来する湖の水位を、独立変数（21）と、火災頻度の増加によって影響を受ける可能性のある木炭や花粉などの従属変数（25）としてモデル化しました。
これらの組み合わせの類似点や相違点を異なる時期に確認するために、マキ（常緑樹）、草（草）、オリーブ（アフリカの山林の耐火成分）の花粉を主座標分析（PCoA）に使用しました。とミオンボ（今日の主要な森林成分）。各組み合わせが形成されたときの湖の水位を表す補間表面にPCoAをプロットすることにより、降水量に関して花粉の組み合わせがどのように変化するか、およびこの関係が85 ka後にどのように変化するかを調べました（図3および図S7）。85 ka以前は、マキベースのサンプルは乾燥状態に向かって凝集し、マキベースのサンプルは湿潤状態に向かって凝集していました。対照的に、85 ka以降のサンプルは、85 ka以前のほとんどのサンプルとクラスター化されており、平均値が異なります。これは、それらの組成が同様の降水条件では異常であることを示しています。PCoAでのそれらの位置は、Oleaとmiomboの影響を反映しており、どちらも発火しやすい条件下で好まれます。85 ka以降のサンプルでは、​​78〜79 kaの間隔が始まった後に発生した、3つの連続したサンプルにのみマキが豊富でした。これは、最初の降雨量の増加後、森林が最終的に崩壊する前に一時的に回復したように見えることを示唆しています。
各ポイントは、図1の補足テキストと年齢モデルを使用して、特定の時点での単一の花粉サンプルを表します。S8。ベクトルは変化の方向と勾配を表し、ベクトルが長いほど強い傾向を表します。下にある表面は、降水量の代表として湖の水位を表しています。紺色が高いです。PCoA機能値の平均値は、85 ka（赤いひし形）以降のデータと85 ka（黄色のひし形）以前の同様の湖のレベルからのすべてのデータに対して提供されます。636 ka全体のデータを使用すると、「シミュレートされた湖の水位」は、湖の水位PCAの平均固有値に近い-0.130-σから-0.198-σの間にあります。
花粉、湖の水位、木炭の関係を調べるために、ノンパラメトリック多変量分散分析（NP-MANOVA）を使用して、以前の全体的な「環境」（花粉、湖の水位、木炭のデータマトリックスで表される）を比較しました。そして85kaの移行後。このデータマトリックスで見つかった変動と共分散は、85 kaの前後で統計的に有意な差であることがわかりました（表1）。
西湖の端にある植物化石と土壌からの私たちの陸生古環境データは、湖の代理に基づく解釈と一致しています。これらは、湖の水位が高いにもかかわらず、今日のように、景観が開放的な林冠林地と樹木が茂った草地によって支配される景観に変化したことを示しています（25）。盆地の西端にあるプラントオパールについて分析されたすべての場所は、約45 kaを過ぎており、湿った状態を反映して大量の樹木被覆を示しています。しかし、彼らは、根おおいのほとんどが竹とキビが生い茂った開いた森林の形であると信じています。プラントオパールのデータによると、耐火性のないヤシの木（ヤシ科）は湖の海岸線にのみ存在し、内陸の遺跡ではまれであるか、存在しません（表S8）（30）。
一般的に言えば、更新世後期の湿ったが開いた状態は、陸生古土壌からも推測できます（19）。ムワンガンダ村の遺跡からのラグーン粘土と湿地土壌の炭酸塩は、40〜28 cal ka BP（以前に較正されたQian'anni）にまでさかのぼることができます（表S4）。Chitimwe層の炭酸塩土壌層は通常、結節性石灰質（Bkm）層と粘土質および炭酸塩（Btk）層であり、相対的な地形学的安定性の位置と、広範囲の扇状地からのゆっくりとした沈下を示しています。文章）。古代の扇状地の残骸に形成された侵食され硬化したラテライト土壌（岩石）は、開放的な景観条件（31）と強い季節降水量（32）を示し、これらの条件が景観に継続的に影響を及ぼしていることを示しています。
この移行における火災の役割のサポートは、ドリルコアのペアのマクロ木炭記録からもたらされ、中央盆地（MAL05-1B / 1C）からの炭の流入は一般に約から増加しています。175枚のカード。およその間に多数のピークが続きます。135および175kaおよび85および100kaの後、湖の水位は回復しましたが、森林および種の豊富さは回復しませんでした（補足テキスト、図2および図S5）。木炭の流入と湖の堆積物の磁化率との関係も、長期的な火災履歴のパターンを示す可能性があります（33）。Lyonsらのデータを使用してください。（34）マラウイ湖は、85 ka後も焼けた風景を侵食し続けました。これは、正の相関を意味します（SpearmanのRs=0.2542およびP=0.0002;表S7）が、古い堆積物は反対の関係を示します（Rs=-0.2509およびP< 0.0001）。北部盆地では、短いMAL05-2Aコアが最も深い年代測定アンカーポイントを持ち、最年少の鳥羽凝灰岩は約74〜75 ka（35）です。長期的な視点はありませんが、考古学的データが提供されている盆地から直接入力を受け取ります。北盆地の木炭の記録は、鳥羽クリプトテフラマーク以来、考古学的証拠が最も一般的である期間中に、陸生木炭の投入量が着実に増加していることを示しています（図2B）。
人工火災の証拠は、景観規模での意図的な使用、広範囲にわたる人口が現場での発火を引き起こしていること、下層植生の森林を収穫することによる燃料の利用可能性の変化、またはこれらの活動の組み合わせを反映している可能性があります。現代の狩猟採集民は、火を使って採餌報酬を積極的に変えています（2）。彼らの活動は、獲物の量を増やし、モザイクの風景を維持し、遷移段階の熱的多様性と不均一性を高めます（13）。火は、暖房、調理、防衛、社交などの現場活動にとっても重要です（14）。自然落雷以外での火災の展開のわずかな違いでさえ、森林遷移パターン、燃料の利用可能性、および発火の季節性を変える可能性があります。樹木被覆と下層植生の減少は侵食を増加させる可能性が最も高く、この地域での種の多様性の喪失はアフリカの山林群集の喪失と密接に関連しています（25）。
MSAが始まる前の考古学的記録では、人間による火災の制御は十分に確立されていますが（15）、これまでのところ、景観管理ツールとしての使用は、いくつかの旧石器時代の状況でのみ記録されています。これらにはオーストラリアでの約が含まれます。40 ka（36）、ハイランドニューギニア。45 ka（37）平和条約。ボルネオ島低地にある50kaのニア洞窟（38）。南北アメリカでは、特に過去20 ka（16）に、人間が最初にこれらの生態系に侵入したとき、人工点火が動植物群集の再構成の主な要因であると考えられていました。これらの結論は関連する証拠に基づいている必要がありますが、考古学、地質学、地形学、古環境のデータが直接重複している場合、因果関係の議論が強化されています。アフリカの沿岸海域の海洋コアデータは、過去約400 ka（9）の火災変化の証拠を以前に提供しましたが、ここでは、関連する考古学、古環境、および地形学のデータセットからの人間の影響の証拠を提供します。
古環境記録における人為的な火災の特定には、火災活動と植生の時間的または空間的変化の証拠が必要であり、これらの変化が気候パラメータだけでは予測されないこと、および火災条件の変化と人間の変化の間の時間的/空間的重複を証明する必要があります記録（29）ここで、マラウイ湖流域における広範なMSAの占領と扇状地の形成の最初の証拠は、地域の植生の大規模な再編成のほぼ開始時に発生しました。85枚のカード。MAL05-1B / 1Cコアにおける木炭の存在量は、残りの636kaの記録と比較して約150kaで、木炭の生産と堆積の地域的な傾向を反映しています（図S5、S9、およびS10）。この移行は、気候だけでは説明できない、生態系の構成を形作るための火の重要な貢献を示しています。自然火災の状況では、通常、乾季の終わりに雷の発火が発生します（39）。ただし、燃料が十分に乾燥している場合は、いつでも人為的な火災が発生する可能性があります。シーンのスケールでは、人間は森の下から薪を集めることで継続的に火を変えることができます。あらゆる種類の人工火災の最終結果は、年間を通じて、あらゆる規模で、より多くの木質植生の消費を引き起こす可能性があるということです。
南アフリカでは、早くも164 ka（12）で、道具を作る石の熱処理に火が使われていました。早くも170ka（40）で、火はでんぷん質の塊茎を調理するための道具として使用され、古代には火を最大限に活用していました。豊かな資源-傾向のある風景（41）。景観火災は樹木被覆を減らし、人間が媒介する生態系の定義要素である草地と森林パッチ環境を維持するための重要なツールです（13）。植生や獲物の行動を変える目的が人為的な燃焼を増やすことである場合、この行動は、初期の人間と比較して、初期の現代人による火の制御と展開の複雑さの増加を表しており、火との関係が相互依存の変化（7）。私たちの分析は、更新世後期における人間による火の使用の変化、およびこれらの変化が彼らの景観と環境に与える影響を理解するための追加の方法を提供します。
カロンガ地域における第四紀後期の扇状地の拡大は、平均降雨量よりも多い条件下での季節的な燃焼サイクルの変化によるものであり、丘の中腹の侵食の増加につながる可能性があります。この発生のメカニズムは、火災によって引き起こされた擾乱、流域上部の強化された持続的な侵食、およびマラウイ湖近くのピエモンテ環境における扇状地の拡大によって引き起こされた流域規模の応答である可能性があります。これらの反応には、高い降水条件と樹木被覆の減少の組み合わせにより、浸透性を低下させ、表面粗さを低下させ、流出を増加させるために土壌特性を変化させることが含まれる場合があります（42）。堆積物の利用可能性は、最初は被覆材を剥がすことによって改善されますが、時間の経過とともに、加熱や根の強度の低下により土壌強度が低下する可能性があります。表土の剥離は堆積物の流れを増加させ、それは下流の扇形の堆積物によって調整され、扇形の赤い土の形成を加速します。
多くの要因が、変化する火災条件に対する景観の反応を制御することができ、そのほとんどは短期間で動作します（42-44）。ここで関連付ける信号は、ミレニアムタイムスケールで明らかです。分析と景観進化モデルは、繰り返される山火事によって引き起こされる植生の乱れにより、削剥速度が千年の時間スケールで大幅に変化したことを示しています（45、46）。木炭と植生の記録で観察された変化と一致する地域の化石記録の欠如は、草食動物群集の構成に対する人間の行動と環境の変化の影響の再構築を妨げています。しかし、より開放的な風景に生息する大きな草食動物は、それらを維持し、木本植物の侵入を防ぐ役割を果たします（47）。環境のさまざまなコンポーネントの変化の証拠は、同時に発生することを期待するべきではありませんが、長期間にわたって発生する可能性のある一連の累積的な影響と見なす必要があります（11）。気候異常法（29）を使用して、更新世後期のマラウイ北部の景観を形成する上で、人間の活動が重要な推進要因であると考えています。ただし、これらの影響は、人間と環境の相互作用の以前の、あまり明白ではない遺産に基づいている可能性があります。最も早い考古学的日付の前に古環境記録に現れた木炭のピークは、後で記録されたのと同じ生態系の変化を引き起こさず、人間の職業を自信を持って示すのに十分な堆積物を含まない人為的要素を含む可能性があります。
タンザニアの隣接するマソコ湖流域からのものなどの短い堆積物コア、またはマラウイ湖の短い堆積物コアは、過去45年間に起因する草と森林分類群の相対的な花粉量が変化したことを示しています。ka（48-50）の自然の気候変動。しかし、600 kaを超えるマラウイ湖の花粉記録と、その隣にある古くからの考古学的景観を長期間観察することによってのみ、気候、植生、木炭、および人間の活動を理解することができます。マラウイ湖流域の北部には85ka以前に人間が出現する可能性が高いが、約85 ka、特に70 ka以降は、最後の大干ばつ期間が終了した後、この地域が人間の居住にとって魅力的であることを示している。現時点では、人間による新しい、またはより集中的/頻繁な火の使用は、明らかに自然の気候変動と組み合わされて、550-kaを超える生態学的関係を再構築し、最終的に初期の農業前の人工景観を形成しました（図4）。以前の期間とは異なり、景観の堆積性はMSAサイトを保持します。これは、環境（リソースの分布）、人間の行動（活動パターン）、およびファンの活性化（堆積/サイトの埋没）の間の再帰的な関係の関数です。
（A）について。400 ka：人間を検出できません。湿度の高い状態は今日と同じで、湖の水位は高いです。多様な、耐火性のない樹木カバー。（B）約100 ka：考古学的な記録はありませんが、木炭の流入によって人間の存在が検出される可能性があります。極端に乾燥した状態は、乾燥した流域で発生します。岩盤は一般的に露出しており、表面の堆積物は限られています。（C）約85〜60 ka：降水量の増加に伴い、湖の水位は上昇する。人間の存在は、92 ka以降の考古学を通じて発見することができ、70 ka以降、高地の焼却と扇状地の拡大が続きます。それほど多様性がなく、耐火性のある植生システムが出現しました。（D）約40〜20 ka：北部盆地の環境木炭投入量が増加している。扇状地の形成は続いたが、この期間の終わりに弱まり始めた。以前の636kaの記録と比較して、湖の水位は高く安定しています。
人新世は、何千年にもわたって発達したニッチな行動の蓄積を表しており、その規模は現代のホモサピエンスに特有のものです（1,51）。現代の文脈では、農業の導入により、人工の景観は存在し、激化していますが、それらは更新世の間に確立されたパターンの延長であり、断絶ではありません（52）。マラウイ北部のデータは、生態系の移行期間が長く、複雑で、繰り返される可能性があることを示しています。この規模の変化は、近世の人間の複雑な生態学的知識を反映しており、今日の私たちの世界的な優占種への彼らの変化を示しています。
Thompson et al。によって記述されたプロトコルによると、調査地域でのアーティファクトと石畳の特性のオンサイト調査と記録。（53）。テストピットの配置と、微細形態学とプラントオパールのサンプリングを含むメインサイトの発掘は、トンプソンらによって記述されたプロトコルに従いました。（18）およびWrightetal。（19）。この地域のマラウイ地質調査マップに基づく地理情報システム（GIS）マップは、チティムウェ層と遺跡との間に明確な相関関係があることを示しています（図S1）。カロンガ地域の地質学的および考古学的なテストピット間の間隔は、最も広い代表的なサンプルをキャプチャすることです（図S2）。カロンガの地形学、地質年代、考古学調査には、歩行者調査、考古学試験ピット、地質試験ピット、詳細な遺跡掘削の4つの主要な現地調査方法が含まれます。これらの手法を組み合わせることで、カロンガの北、中央、南にあるChitimwe層の主な露出のサンプリングが可能になります（図S3）。
歩行者調査エリアでのアーティファクトと石畳の特徴のオンサイト調査と記録は、Thompsonetal。によって記述されたプロトコルに従いました。（53）。このアプローチには2つの主な目標があります。1つ目は、文化的遺物が侵食された場所を特定し、次にこれらの場所に考古学的なテストピットを上り坂に配置して、埋葬された環境から文化的遺物をその場で復元することです。2番目の目標は、アーティファクトの分布、それらの特性、および近くの石材の出所との関係を正式に記録することです（53）。この作業では、3人のチームが2〜3メートルの距離を合計147.5直線キロメートル歩いて、描かれたチティムウェベッドのほとんどを横断しました（表S6）。
作業は、最初に観察されたアーティファクトサンプルを最大化するためにチティムウェベッドに焦点を合わせ、次に湖岸から異なる堆積ユニットを横切る高地までの長い線形セクションに焦点を合わせました。これは、西部の高地と湖岸の間に位置するアーティファクトが、チティムウェ層または最近の更新世後期と完新世の堆積物にのみ関連しているという重要な観察結果を裏付けています。他の堆積物で見つかったアーティファクトは、その豊富さ、サイズ、および風化の程度からわかるように、オフサイトであり、景観の他の場所から移動されています。
考古学的なテストピットとメインサイトの掘削（微細形態学とプラントオパールのサンプリングを含む）は、トンプソンらによって記述されたプロトコルに従いました。（18、54）およびWrightetal。（19、55）。主な目的は、より広い景観における人工物と扇形の堆積物の地下分布を理解することです。アーティファクトは通常、侵食によって堆積物の上部が除去され始めた端を除いて、チティムウェベッドのすべての場所の奥深くに埋もれています。非公式の調査中に、2人がマラウイ政府の地質図に地図の特徴として表示されたChitimweBedsを通り過ぎました。これらの人々がChitimweBed堆積物の肩に遭遇したとき、彼らは堆積物から侵食されたアーティファクトを観察できる端に沿って歩き始めました。活発に侵食されているアーティファクトから掘削物をわずかに上向き（3〜8 m）に傾けることにより、掘削物は、横方向に大規模な掘削を行うことなく、それらを含む堆積物に対するその場の位置を明らかにすることができます。テストピットは、次に近いピットから200〜300メートル離れるように配置され、それによってChitimwe層の堆積物とそれに含まれるアーティファクトの変化をキャプチャします。場合によっては、テストピットで、後に本格的な発掘現場となった場所が明らかになりました。
すべてのテストピットは、南北に面した1×2 mの正方形で始まり、堆積物の色、テクスチャ、または含有量が大幅に変化しない限り、20cmの任意の単位で掘削されます。5mmの乾燥ふるいを均一に通過するすべての掘削堆積物の堆積学と土壌特性を記録します。堆積深度が0.8〜1 mを超え続ける場合は、2平方メートルの一方を掘るのをやめ、もう一方を掘り続けることで、より深い層に安全に入ることができるように「ステップ」を形成します。次に、岩盤に到達するか、少なくとも40 cmの考古学的に無菌の堆積物が人工物の濃度を下回るか、発掘が安全でなくなる（深くなる）まで、発掘を続けます。場合によっては、堆積深度はテストピットを3平方メートルまで拡張し、2つのステップでトレンチに入る必要があります。
地質テストピットは、チティムウェベッドが独特の赤い色のために地質図にしばしば現れることを以前に示しました。広大な小川や川の堆積物、扇状地の堆積物が含まれている場合、必ずしも赤く見えるとは限りません（19）。地質学テストピットは、混合された上部堆積物を除去して堆積物の地下層を明らかにするように設計された単純なピットとして発掘されました。これが必要なのは、チティムウェ層が放物線状の丘の中腹に侵食され、斜面に崩壊した堆積物があり、通常は明確な自然の部分や切り込みを形成しないためです。したがって、これらの発掘は、チティムウェ層の上部で行われたか、おそらくチティムウェ層とその下の鮮新世チウォンド層との間に地下接触があったか、または川の段丘堆積物の年代測定が必要な場所で行われた（55）。
本格的な発掘調査は、多くの現場での石器の組み立てが約束されている場所で行われ、通常はテストピットや、斜面から多くの文化的遺物が浸食されているのが見られる場所に基づいています。発掘された主な文化遺物は、1×1mの正方形に別々に発掘された堆積ユニットから回収されました。アーティファクトの密度が高い場合、掘削ユニットは10または5cmの注ぎ口です。すべての石製品、化石の骨、黄土色は、各主要な発掘中に描かれ、サイズの制限はありません。画面サイズは5mmです。発掘調査中に文化遺物が発見された場合は、固有のバーコード図面発見番号が割り当てられ、同じシリーズの発見番号がフィルタリングされた発見に割り当てられます。文化的遺物は油性インクでマークされ、標本ラベルの付いたバッグに入れられ、同じ背景の他の文化的遺物と一緒に袋に入れられます。分析後、すべての文化的遺物はカロンガの文化博物館センターに保管されます。
すべての発掘は自然の地層に従って行われます。これらはスピットに細分され、スピットの厚さはアーティファクトの密度に依存します（たとえば、アーティファクトの密度が低い場合、スピットの厚さは高くなります）。バックグラウンドデータ（たとえば、堆積物の特性、バックグラウンドの関係、干渉とアーティファクト密度の観測）がAccessデータベースに記録されます。すべての座標データ（たとえば、セグメント、コンテキスト標高、正方形のコーナー、サンプルで描画された結果）は、ユニバーサル横メルカトル図法（UTM）座標（WGS 1984、ゾーン36S）に基づいています。メインサイトでは、UTMの北にできるだけ近いローカルグリッド上に構築されたNikonNivoCシリーズ5インチトータルステーションを使用してすべてのポイントが記録されます。各発掘現場の北西隅の位置と各発掘現場の位置堆積物の量を表S5に示す。
発掘されたすべてのユニットの堆積学および土壌科学の特性のセクションは、米国農業パートクラスプログラム（56）を使用して記録されました。堆積単位は、粒径、角度、および寝床の特性に基づいて指定されます。堆積物ユニットに関連する異常な介在物と障害に注意してください。土壌の発達は、地下土壌における三二酸化物または炭酸塩の蓄積によって決定されます。地下の風化（例えば、酸化還元、残留マンガン団塊の形成）も頻繁に記録されます。
OSLサンプルの収集ポイントは、どの層相が堆積物の埋没年齢の最も信頼できる推定値を生成するかを推定することに基づいて決定されます。サンプリング場所では、自生堆積層を露出させるために塹壕が掘られました。堆積物プロファイルに不透明な鋼管（直径約4 cm、長さ約25 cm）を挿入して、OSL年代測定に使用されるすべてのサンプルを収集します。
OSL年代測定は、電離放射線への曝露によって結晶（石英や長石など）に閉じ込められた電子のグループのサイズを測定します。この放射線の大部分は、環境中の放射性同位元素の崩壊に由来し、熱帯の緯度にある少量の追加成分が宇宙線の形で現れます。捕獲された電子は、結晶が光にさらされると放出されます。これは、輸送中（ゼロ化イベント）または実験室で発生し、光子を検出できるセンサー（たとえば、光電子増倍管や帯電したカメラ）で光が発生します。結合装置）電子が基底状態に戻ると下部が発光します。150〜250μmのサイズの石英粒子は、ふるい分け、酸処理、密度分離によって分離され、アルミニウム板の表面に取り付けられた、または300 x 300 mmのウェルにドリルで開けられた小さなアリコート（<100粒子）として使用されます。粒子はアルミニウムパンで分析されます。埋没線量は通常、単一アリコート再生法を使用して推定されます（57）。OSL年代測定では、粒子が受ける放射線量の評価に加えて、ガンマ分光法または中性子活性化分析を使用して収集したサンプルの堆積物中の放射性核種濃度を測定し、宇宙線量参照サンプルの位置と深さを決定することによって線量率を推定する必要があります。埋葬。最終的な年齢の決定は、埋没線量を線量率で割ることによって達成されます。ただし、単一の粒子または粒子のグループによって測定された線量に変化がある場合、使用する適切な埋没線量を決定するために統計モデルが必要です。ここでは、単一アリコート年代測定の場合は中央時代モデルを使用して、または有限混合モデルを使用して単一粒子年代測定の場合は、埋没線量が計算されます（58）。
この研究では、3つの独立した研究所がOSL分析を実施しました。各ラボの詳細な個別メソッドを以下に示します。一般に、単一粒子分析を使用する代わりに、再生線量法を使用して、OSL年代測定を少量（数十粒子）に適用します。これは、再生成長実験中、少量のサンプルの回収率が低く（<2％）、OSL信号が自然信号レベルで飽和していないためです。年代決定の研究所間の一貫性、テストされた層序プロファイル内およびそれらの間の結果の一貫性、および炭酸塩岩の14C年代の地形学的解釈との一貫性がこの評価の主な基礎です。各研究所は、単一の穀物協定を評価または実施しましたが、この研究での使用には適さないと独自に判断しました。各ラボが従う詳細な方法と分析プロトコルは、補足資料と方法に記載されています。
制御された掘削から回収された石のアーティファクト（BRU-I、CHA-I、CHA-II、およびCHA-III、MGD-I、MGD-II、およびMGD-III、およびSS-I）は、メートル法と品質に基づいています。特性。各ワークの重量と最大サイズを測定します（デジタルスケールを使用して重量を測定するのは0.1 g、ミツトヨデジタルノギスを使用してすべての寸法を測定するのは0.01 mmです）。すべての文化的遺物は、原材料（石英、珪岩、フリントなど）、粒径（細、中、粗）、粒径の均一性、色、皮質の種類と被覆率、風化/エッジの丸み、技術グレードによっても分類されます。 （完全または断片化）コアまたはフレーク、フレーク/コーナーピース、ハンマーストーン、グレネードなど）。
コアはその最大長に沿って測定されます。最大幅;幅は長さの15％、50％、85％です。最大厚さ;厚さは長さの15％、50％、85％です。半球組織（放射状およびルヴァロア）のコアの体積特性を評価するために、測定も実行されました。無傷のコアと壊れたコアの両方がリセット方法（シングルプラットフォームまたはマルチプラットフォーム、ラジアル、ルヴァロアなど）に従って分類され、薄片状の瘢痕はコアの長さの15 mm以上および20％以上でカウントされます。15mmの傷が5個以下のコアは「ランダム」に分類されます。コア表面全体の皮質被覆率が記録され、各側の相対的な皮質被覆率が半球組織のコアに記録されます。
シートはその最大長に沿って測定されます。最大幅;幅は長さの15％、50％、85％です。最大厚さ;厚さは長さの15％、50％、85％です。残りの部分（近位、中央、遠位、右側で分割、左側で分割）に従ってフラグメントを説明します。伸びは、最大長を最大幅で割って計算します。無傷のスライスと近位スライスの断片のプラットフォームの幅、厚さ、および外側のプラットフォームの角度を測定し、準備の程度に従ってプラットフォームを分類します。すべてのスライスとフラグメントの皮質被覆率と位置を記録します。遠位端は、終端のタイプ（フェザー、ヒンジ、および上部フォーク）に従って分類されます。完全なスライスで、前のスライスの傷跡の数と方向を記録します。遭遇した場合は、Clarkson（59）によって確立されたプロトコルに従って、変更場所と侵襲性を記録します。修復方法とサイト堆積の完全性を評価するために、ほとんどの掘削の組み合わせに対して改修計画が開始されました。
テストピット（CS-TP1-21、SS-TP1-16、NGA-TP1-8）から回収された石のアーティファクトは、制御された発掘よりも簡単なスキームに従って記述されています。各アーティファクトについて、次の特性が記録されました：原材料、粒子サイズ、皮質被覆率、サイズグレード、風化/エッジ損傷、技術コンポーネント、およびフラグメントの保存。フレークとコアの診断機能に関する説明が記録されます。
堆積物の完全なブロックは、発掘調査と地質学的トレンチの露出部分から切り取られました。これらの石は、石膏包帯またはトイレットペーパーと梱包テープで現場で固定され、ドイツのテュービンゲン大学の地質考古学研究所に運ばれました。そこで、サンプルは40℃で少なくとも24時間乾燥されます。次に、促進されていないポリエステル樹脂とスチレンを7：3の比率で混合して、真空下で硬化させます。メチルエチルケトンペルオキシドは、触媒、樹脂-スチレン混合物（3〜5ml / l）として使用されます。樹脂混合物がゲル化したら、サンプルを40°Cで少なくとも24時間加熱して、混合物を完全に硬化させます。タイルソーを使用して、硬化したサンプルを6×9 cmの小片に切断し、スライドガラスに貼り付けて、30μmの厚さに粉砕します。得られたスライスをフラットベッドスキャナーを使用してスキャンし、平面偏光、交差偏光、斜め入射光、および肉眼と倍率（×50〜×200）での青色蛍光を使用して分析しました。薄片の用語と説明は、Stoops（60）とCourtyetal。によって公開されたガイドラインに従います。（61）。80cmを超える深さから収集された土壌形成炭酸塩団塊は半分にカットされ、標準的な実体顕微鏡と偏光顕微鏡およびカソードルミネッセンス（CL）研究顕微鏡を使用して半分を含浸させて薄いスライス（4.5×2.6cm）で実行することができます。地下水炭酸塩の形成は表面または土壌とは無関係であるのに対し、土壌形成炭酸塩の形成は安定した表面に関連しているため、炭酸塩の種類の管理は非常に慎重です。
土壌形成炭酸塩ノジュールの切断面からサンプルを掘削し、さまざまな分析のために半分にしました。FSは、地質考古学ワーキンググループの標準的なステレオ顕微鏡と偏光顕微鏡、および実験鉱物学ワーキンググループのCL顕微鏡を使用して、どちらもドイツのテュービンゲンにある薄いスライスを研究しました。放射性炭素年代測定のサブサンプルは、約100年前の指定された地域から精密ドリルを使用して掘削されました。小結節の残りの半分は直径3mmで、再結晶が遅い領域、豊富な鉱物含有物、または方解石結晶のサイズの大きな変化を回避します。MEM-5038、MEM-5035、およびMEM-5055Aサンプルでは同じプロトコルに従うことはできません。これらのサンプルは緩い堆積物サンプルから選択されており、薄切りには小さすぎて半分にカットできません。ただし、薄片研究は、隣接する堆積物（炭酸塩ノジュールを含む）の対応する微細形態学的サンプルで実行されました。
米国ジョージア大学の応用同位体研究センター（CAIS）に14C年代測定サンプルを提出しました。炭酸塩サンプルは、排気された反応容器内で100％リン酸と反応してCO2を形成します。他の反応生成物からのCO2サンプルの低温精製およびグラファイトへの触媒変換。グラファイト14C/13Cの比率は、0.5MeV加速器質量分析計を使用して測定しました。サンプル比をシュウ酸I標準（NBS SRM 4990）で測定された比と比較します。カラーラ大理石（IAEA C1）が背景として使用され、トラバーチン（IAEA C2）が二次標準として使用されます。結果は現代の炭素のパーセンテージとして表され、引用された未校正の日付は、5568年の14C半減期を使用して、1950年以前の放射性炭素年（BP年）で示されます。誤差は1-σとして引用され、統計的および実験的誤差を反映しています。同位体比質量分析によって測定されたδ13C値に基づいて、ドイツのテュービンゲンにある生物地質学研究所のC. Wissingは、CAISで測定されたUGAMS-35944rを除いて、同位体分別の日付を報告しました。サンプル6887Bは2回分析されました。これを行うには、切断面に示されているサンプリング領域から小結節（UGAMS-35944r）から2番目のサブサンプルをドリルします。南半球に適用されたINTCAL20検量線（表S4）（62）を使用して、すべてのサンプルの大気分別を14Cから2-σに補正しました。