Universität zu Köln

Wegener, Christian ORCID: 0000-0003-3052-2064 (2021). Development and Application of a Climate-driven Human Dispersal Model. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

The origin and spread of the Anatomically Modern Human (AMH) is still debated and regu-larly renewed as new findings challenge the current consensus. While the fossil remains suggest a gradual evolution and spread, molecular genetic studies propose an outburst of AMH that spread out and became dominant. Human population and migration models are used to bridge over ranges of time and space that lack sufficient data, utilizing diffusion-reaction models to simulate the spread and population dynamics. The aim of this study is to expand these migration models with a directed dispersal rather than the isotropic spread through diffusion. To achieve this, spatial and temporal climate simulation data is used in conjunction with archaeological data to estimate the Human Existence Potential (HEP), a measure for the survivability for a specific culture of AMH. The directed dispersal is proportional to the gradient of this potential field and the population distribution, combining different factors that can trigger migration. The dispersal model is presented in detail as part of the Human Modeling Framework, which combines several models and applications that build upon the HEP. Idealized and realistic test scenarios are broad out to evaluate the performance of the dispersal model, which show reasonable results in regards to numeric stability and consistency. The realistic simulations include a representative Dansgaard-Oeschger event for the Aurignacian technocomplex and a simulation of monthly changing HEP for the Last Glacial Maximum. The former produces a reasonable response, while the latter illustrates the limitations of the dispersal model. As the final application, a complete simulation of AMH dispersal from the Levant to Europe from 45-25 kyr BP shows promising results regarding possible dispersal routes and the timing of first arrivals. The uncertainties in radiocarbon dating make it difficult, however, to evaluate the estimation of the timings. The presented model is a feasible foundation that can be further expanded, for example, by using more than one population and include social interactions in a simplified formulation.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Der Ursprung und die Ausbreitung des anatomisch modernen Menschen (AMH) ist Gegenstand kontinuierlicher Diskussionen, die regelmäßig aufflammen sobald neue Ergebnisse vorliegen, die den bisherigen Konsens infrage stellen. Während archäologische Funde eine schrittweise Entwicklung und Ausbreitung nahelegen, kommen genetische Studien zu dem Ergebnis, dass AMH sich schlagartig entwickelten und verbreiteten, bis sie sich schließlich als die dominierende Art durchsetzten. Populations- und Migrationsmodelle für den modernen Menschen werden benutzt, um Zeitperioden und Regionen abzuschätzen, in denen keine oder nicht ausreichende Daten vorliegen. Das Ziel dieser Studie ist es, ein Migrationsmodell zu entwickeln, dass nicht nur eine isotrope Ausbreitung durch Diffusion beinhaltet, sondern eine gerichtete Ausbreitung besitzt. Um dies zu erreichen werden paleoklimatische Simulationen mit archäologischen Datensätzen verbunden, um das menschliche Existenzpotential (HEP) zu berechnen, eine Maßeinheit für die Überlebensfähigkeit einer ausgewählten Kultur von AMH. Die gerichtete Ausbreitung ist proportional zum Gradienten dieses Potenzialfeldes und der Verteilung der Population. Diese Formulierung beinhaltet verschiedene Faktoren, welche die Migration auslösen können. Das entwickelte Migrationsmodell ist Teil eines Frameworks zur Modellierung des modernen Menschen, welches verschiedene Methoden und Anwendungen vereint, die auf dem HEP basieren. Es wird in dieser Abhandlungen im Detail beschreiben und getestet. Dazu gehören idealisierte und realistische Szenarien, um das Verhalten des Modells zu testen und zu beurteilen. Letztere beinhalten die Simulation eines Dansgaard-Oeschger-Ereignisses für das Aurignacian, einer frühen Kultur des AMH in Europa, und eine Darstellung des letzten eiszeitlichen Maximums mit monatlichen wechselnden HEPs. Erstere liefert angemessene Ergebnisse, die den Erwartungen entsprechen, während letztere die Grenzen des Modells aufzeigen. Als letztes Experiment wird eine umfängliche Simulation der Migration des AMH von der mediterranen Ostküste nach Europa durchgeführt. Diese Simulation entspricht dem Zeitraum von 45 bis 25 kyr BP und liefert vielversprechende Ergebnisse in Hinsicht auf Ausbreitungsrouten und Zeiten der ersten Ankunft von AMH. Die Unsicherheiten in der C-14-Datierung von archäologischen Fundstücken machen es jedoch schwierig, die Genauigkeit der Modellergebnisse abzuschätzen. Das präsentierte Migrationsmodell ist eine gute Grundlage für weiterführende Forschung und kann weiter ausgebaut werden, beispielsweise durch das Betrachten von mehr als einer Gruppierung von AMH gleichzeitig und deren sozialen Interaktionen untereinander in einer vereinfachten mathematischen Formulierung. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Wegener, Christian christianwegener92@gmx.de orcid.org/0000-0003-3052-2064 UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-546021
Date:	20 August 2021
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Geosciences > Institute for Geophysics and Meteorology
Subjects:	Earth sciences History of ancient world
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Human existence potential; Last glacial maximum (LGM); Anatomically modern human (AMH); Human modeling framework (HDM); Aurignacian; Gravettian; English
Date of oral exam:	20 October 2021
Referee:	Name Academic Title Shao, Yaping Prof. Dr. Schäbitz, Frank Prof. Dr.
Funders:	Deutsche Forschungsgemeinschaft DFG
Projects:	CRC 806 "Our Way to Europe", Project ID 57444011
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/54602