中南阿拉斯加的巖土和化石

大衛(wèi)·卡爾·施耐德 著；戴長雷，楊朝暉 譯

(1.阿拉斯加大學安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508； 2.黑龍江大學 寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080)

中南阿拉斯加的巖土和化石

大衛(wèi)·卡爾·施耐德1著；戴長雷2,3，楊朝暉1譯

(1.阿拉斯加大學安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508； 2.黑龍江大學 寒區(qū)地下水研究所，黑龍江 哈爾濱 150080；3.黑龍江大學 水利電力學院，黑龍江 哈爾濱 150080)

每個地區(qū)的巖土和化石都能反應當?shù)氐刭|(zhì)年代的變化，確定地層的年代等。文章在梳理巖石的類別以及黃土概念的基礎上，對阿拉斯加中南部地區(qū)的巖土和化石情況進行了說明,指出：①中南阿拉斯加的巖石種類豐富，絕大部分基巖起源于各地體向北美克拉通貼附時隆起的海相沉積物；②馬塔努斯卡河谷地區(qū)黃土層土壤十分肥沃，主要是由楚加奇山吹出的強風將附近冰川上的泥沙顆粒搬運到馬塔努斯卡河谷的帕爾默周邊地區(qū)后沉積下來形成的；③在中南阿拉斯加只發(fā)現(xiàn)了兩處恐龍化石并且第三紀哺乳動物的化石和更新世的大型已滅絕的動物化石都很罕見。

巖石；黃土；化石；地質(zhì)；中南阿拉斯加

1 中南阿拉斯加的巖石

1.1 巖石的類別

巖石在化學組分和成因上差異巨大。每塊巖石都有自己獨特的故事。要想懂巖石們這些獨特的故事首先要確定它們的類型。盡管巖石是不同礦物的集合體，但是，從一位地理學家的視角來看，即便不去深入探究這些名目繁多的礦物，也常能弄明白各類地形的巖體類型。本文主要描述在自然界較為常見的幾類巖石。

1.1.1 沉積巖

沉積巖可以分為碎屑沉積巖、化學沉積巖和生物沉積巖三種類型(圖1)。

碎屑沉積巖由在某地侵蝕后又在異地沉積的黏土、淤泥、沙子、卵石和碎石等組成。侵蝕可以在下述營力作用下進行：凍融營力、流水營力、波浪作用、裂隙中生長的植物形成的壓力、冰川研磨營力、地質(zhì)構(gòu)造營力，甚至風的營力。侵蝕物常常以泥沙的形式在山腳下、河谷里、湖床上、洋底上聚集起來。當沉積物越積越多時，在上覆壓力的作用下，下伏的沉積層就會黏合起來。泥巖和頁巖常由湖床或洋底泥粒和黏土顆粒壓實而成。砂巖則常形成于沙丘、河流沉積物或古沙灘處。礫巖由砂粒、卵石或較大個的混合碎石組成，常常形成于河床或大陸斜坡處。

化學沉積巖由懸浮在水中的微粒沉積而成。石灰?guī)r由生活在淺海處的蛤蚌、珊瑚、浮游生物以及眾多微生物的貝殼和骨骼中的碳酸鈣沉積形成。角巖和燧石是在水中沉積的二氧化硅質(zhì)的巖石。瑪瑙與之相似，且因有時會在沉積巖中由腐敗的有機物遺留下來的空隙中累積形成，所以常與化石伴生。

煤塊和泥炭塊都是生物沉積巖，它們是由腐爛的動植物軀體在諸如沼澤這樣的缺氧環(huán)境中形成的。

1.1.2 火成巖(巖漿巖)

火成巖(巖漿巖)由巖漿直接形成?；鸪蓭r(巖漿巖)有兩種分類方法，一是基于組分，二是基于固化成型的位置(圖2)。

圖1 沉積巖樣品圖

酸性火成巖(巖漿巖)類(如花崗巖)包含密度較小的礦物，諸如長石(一種鋁硅酸鹽)和石英(二氧化硅)?；曰鸪蓭r(巖漿巖)類(如玄武巖)則包含密度較大的礦物，如鐵鎂質(zhì)礦物。

侵入型火成巖(巖漿巖)類在地下慢慢冷卻和固化，使得大型晶體可以在其中發(fā)育。花崗巖是一種非常常見的侵入酸性火成巖(巖漿巖)。它常以深成巖體的形式形成，即自地幔處慢慢涌升的大量巖漿在到達地表前固化形成。

噴出型火成巖(巖漿巖)類形成于巖漿噴出地表迅速冷卻之時，常生成非常小的晶體。玄武巖是一種噴出型基性火成巖(巖漿巖)。它們在諸如夏威夷和冰島這樣的裂谷帶的洋底和火山口噴出并固化形成(表1)。

圖2 火成巖(巖漿巖)樣品圖

酸性巖類中性巖類基性巖類晶體大小侵入巖類花崗巖閃長巖輝長巖晶體較大噴出巖類流紋巖安山巖玄武巖晶體較小顏色淺深

1.1.3 變質(zhì)巖

變質(zhì)巖是指在足夠溫壓作用下發(fā)生化學或結(jié)構(gòu)變化的各種型式的巖石(圖3)。它們可以沿著斷層、洋底深海溝或者造山帶等固定的地帶發(fā)育形成。沉積巖有多種型式，可分為層狀變質(zhì)巖和非層狀變質(zhì)巖。層狀變質(zhì)巖包括片麻巖(粗粒、大塊、常有條帶狀外觀)、板巖(粉粒、板狀)和片巖(中粒、片狀、表面常有光澤)。非層狀變質(zhì)巖包括由石灰?guī)r變質(zhì)形成的大理石和由砂巖變質(zhì)形成的石英巖[1]。

圖3 變質(zhì)巖樣品圖

1.2巖石的發(fā)育

由于地質(zhì)條件差異巨大，所以在阿拉斯加，各種類型的巖塊皆可以找到。圖4展示了整個中南阿拉斯加地區(qū)各種類型巖石的分布情況。弄清楚一塊巖石可能來自什么地方以及它是怎樣來到當前這個位置的，將有助于我們?nèi)チ私馑臍v史。

在中南阿拉斯加，盡管絕大部分基巖是自遠方隨著不同的地體而來的，但是，也有一些是極近的時代在當?shù)匕l(fā)育而成。新生代的火山運動產(chǎn)生了大量的火成巖(巖漿巖)，它們或者侵入到已有巖石中，或者噴出到已有巖石上，那些已有的巖石多數(shù)為沉積巖。噴出型的玄武巖發(fā)育在蘭格爾山區(qū)、庫克灣火山群周邊的地區(qū)，以及阿拉斯加山脈停噴很久的死火山區(qū)。

在阿拉斯加山脈、塔爾基特納山以及威廉王子灣地區(qū)常可見侵入型的花崗巖。這些花崗巖在新生代時期侵入，嗣后隆升形成包括麥金利峰在內(nèi)的一些高大的山峰。

中南阿拉斯加的多數(shù)巖體起源于在太平洋板塊上聚集的沉積物(圖5)。這些沉積物或者刮聚于古俯沖溝的岸邊，或者自北美克拉通沖蝕下來后隨著板塊運動被向北搬運。這些沉積巖體中相當大的一部分后來隆升形成了阿拉斯加的山體，基奈山、楚加奇山和圣伊萊亞斯山就滿載著砂巖、頁巖及由其變質(zhì)形成的巖石。

在某些地方，由古山體上沖蝕下來的沉積物被再次隆升，形成新的由陸相沉積巖組成的山峰。德奈利國家公園入口南邊的許多山峰就是這樣形成的，在帕爾默和瓦西拉北邊的塔爾基特納山的一段也是這樣形成的。

主導庫克灣流域和科珀河(銅河)流域的第四紀沉積物在性質(zhì)上差異巨大[2]。隨著時光的流逝，冰川和河流從這些流域的一邊流到另一邊，將從周邊大山上侵蝕的泥沙沉積下來。在安克雷奇海濱，我們可以發(fā)現(xiàn)來自遠處山體的花崗巖、來自塔爾基特納山的礫巖、來自楚加奇山的變質(zhì)的沉積巖、來自海相環(huán)境或湖相環(huán)境的黏土、火山灰薄層，以及許許多多其他的東西。

圖4 中南阿拉斯加基巖地圖

中南阿拉斯加絕大部分基巖起源于各地體向北美克拉通貼附時隆起的海相沉積物。深成花崗巖體在塔爾基特納山、威廉王子灣，以及阿拉斯加山脈地區(qū)出露出來。蘭格爾山上和阿拉斯加山脈的部分地區(qū)?？梢妵姵龅膸r漿。復活節(jié)半島可清楚識別出蛇綠巖組合層序(在洋底擴張中心形成的一種獨特的火山巖層序)。威廉王子灣的噴出火成巖估計來源于大洋底板。庫克灣和科珀河(銅河)流域的大部分已為非常近期的沉積物所充填。

圖5 中南阿拉斯加地表沉積物分布圖

中南阿拉斯加的沉積物有幾個主要的來源。低地處的大部分巖石和沉積物是冰川運動的結(jié)果；或者是同冰川直接沉積的粒徑大一些的物質(zhì)，或者是由冰川河和冰川河沉積的粒徑小一些的物質(zhì)。細粒的黃土在末次冰川運動的末期由風力吹積而成。在全新世，當代的河流是主要沉積源，偶有在構(gòu)造運動作用下隆升的海相沉積物。

2 中南阿拉斯加的黃土

黃土是一種在風力作用下沉積下來的富含礦物的淤泥層，常見于冰川或者曾經(jīng)是冰川的地區(qū)。從楚加奇山吹出的強風將附近冰川特別是克尼克冰川上的泥沙顆粒搬運到馬塔努斯卡河谷的帕爾默周邊地區(qū)沉積下來，并在地面上累積形成一厚層黃土。在干燥風大的時候，漫天的黃土沙塵云會將帕爾默地區(qū)籠罩起來[3]。

黃土層土壤十分肥沃，這是馬塔努斯卡河谷成為整個阿拉斯加州最好的農(nóng)業(yè)區(qū)的原因之一。夏日溫暖的氣候和充裕的陽光同樣是開展農(nóng)業(yè)的有利條件。每年八月在帕爾默召開的阿拉斯加州展覽會上，馬塔努斯卡河谷出產(chǎn)的巨型疏菜，特別是巨型卷心菜，廣受贊揚并使它的產(chǎn)地聲名遠播。

3 中南阿拉斯加動物化石

中南阿拉斯加只發(fā)現(xiàn)了兩處恐龍化石。它們都是在馬塔努斯卡地層中的泥巖里被發(fā)現(xiàn)的，這里的泥巖是在半島地體和部分蘭格里亞復合體南緣的海洋形成的。這兩只恐龍在古太平洋突然死亡，它們的遺體被迅速掩埋并封存在泥巖當中。

比這兩只恐龍更為古老的是昵稱為“莉齊”的一種不明類型的鴨嘴龍。莉齊生活在大約9千萬年前的白堊紀中期。這使她成為所發(fā)現(xiàn)的化石中最古老的鴨嘴龍。阿拉斯加常能發(fā)現(xiàn)鴨嘴龍化石，但是，莉齊是不在北極斜坡地區(qū)發(fā)現(xiàn)的唯一一只鴨嘴龍化石。由于鴨嘴龍是陸生恐龍，所以，莉齊化石的發(fā)現(xiàn)表明，蘭格里亞復合體可能在9千萬年前更早的時候就已經(jīng)貼附到北美克拉通之上。“更年輕一些”的恐龍樣品是一個埃德蒙頓甲龍的頭骨化石。埃德蒙頓甲龍是一種披甲結(jié)龍，與甲龍相似但是沒有杵狀的尾巴。埃德蒙頓甲龍生活在大約7千萬年前的白堊紀晚期。

近年，在德奈利國家公園發(fā)現(xiàn)了大量的恐龍遺跡。有些腳印是鴨嘴龍和某個貌似在追捕這些鴨嘴龍的中等個頭的獸腳類肉食恐龍留下的。其他的是由重達6 t身披羽毛的鐮刀龍和包括5腳高個的“買格諾維皮·德奈利絲”在內(nèi)的眾多鳥類遺留下來的。這些動物曾在白堊紀晚期在此地漫步，在松軟的沉積物上留下腳印，而這些沉積物隨后變成了坎特韋爾地層。這一地層位于德奈利國家公園東半部與公園路相距不遠的地方。

第三紀哺乳動物的化石在中南阿拉斯加很罕見?？频蟻喛藣u上發(fā)現(xiàn)了一個索齒獸(圖6)的頭骨化石。這一現(xiàn)已滅絕的生物生活在比冰河時期更早的大約1500萬年前的時候。索齒獸與大象有遠親，與現(xiàn)在的海獅生活習性相近。它們不但能在陸地上行走，而且能在海濱和河口游泳[4]。

德米特里 ·波格丹諾夫繪圖，獲授權(quán)使用。圖6 在科迪亞克島發(fā)現(xiàn)的1500萬年前的索齒獸顱骨化石

中南阿拉斯加發(fā)現(xiàn)的史前動物化石在不斷增加。有些是恐龍(1500萬年前的一種奇特動物)時代的化石，有些化石則與數(shù)萬年前滅絕的動物更為相似。圖7 中南阿拉斯加地表沉積物分布圖

在中南阿拉斯加，更新世的大型已滅絕的動物化石也很少見到。盡管在末次冰期時一直未凍結(jié)的阿拉斯加的內(nèi)陸地區(qū)發(fā)現(xiàn)了一些，但是，在中南阿拉斯加，只有近期才發(fā)現(xiàn)了這類化石的存在(圖7)?；伟雿u南部發(fā)現(xiàn)了猛犸象的長牙、牙齒、骨骼化石以及西伯利亞野牛的牛角化石。它們毫無意外地可以追溯到4萬年前的拿破湯冰期及其之前的冰期之間的時期，在這兩個冰期的時候中南阿拉斯加淹沒在水面之下。

4 結(jié) 論

(1)中南阿拉斯加的巖石種類豐富，絕大部分基巖起源于各地體向北美克拉通貼附時隆起的海相沉積物。深成花崗巖體在塔爾基特納山、威廉王子灣，以及阿拉斯加山脈地區(qū)出露出來。蘭格爾山上和阿拉斯加山脈的部分地區(qū)常可見噴出的巖漿。復活節(jié)半島可清楚識別出蛇綠巖組合層序(在洋底擴張中心形成的一種獨特的火山巖層序)。威廉王子灣的噴出火成巖估計來源于大洋底板。庫克灣和科珀河(銅河)流域的大部分已為非常近期的沉積物所充填。

(2)馬塔努斯卡河谷地區(qū)黃土層土壤十分肥沃，主要由楚加奇山吹出的強風將附近冰川上的泥沙顆粒搬運到馬塔努斯卡河谷的帕爾默周邊地區(qū)后沉積下來形成的。

(3)在中南阿拉斯加只發(fā)現(xiàn)了兩處恐龍化石并且第三紀哺乳動物的化石和更新世的大型已滅絕的動物化石都很罕見。

[1] Beikman H M, compiler. Geologic Map of Alaska[R]. Washington: Geological Survey, 1980.

[2] Brabets, Timothy P. Geomorphology of the Lower Copper River, Alaska[R]. Washington: Geological Survey, 1997.

[3] Karlstrom, Thor N V. Geology of the Kenai Lowland, Alaska; Plate 4. Quaternary Geology of the Kenai Lowland the Glacial History of the Cook Inlet Region Alaska[R]. Washington: Geological Survey, 1964.

[4] Crowell, Aron L, Mann, et al. Archaeology and Coastal Dynamics of Kenai Fjords National Park, Alaska[R]. Anchorage: Alaska Support Office, National Park Service, Dept. of Interior, 1998.

Rocks, loess and fossils of Southcentral AlaskaWritten by

David K.Snyder1； Translated by DAI Changlei2,3, YANG Zhaohui1

(1.UniversityofAlaska-Anchorage,Anchorage99508,USA;2.InstituteofGroundwaterinColdRegion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;3.SchoolofHydraulic&Electric-power,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Rocks, loess and fossils can response the local geological changes. Studying them is benefit to understand the morphogenesis of Southcentral Alaska. This paper explains the situation of rocks, loess and fossils in Southcentral Alaska on the basis of combing the category of the rock and the loess concept under the premise of knowledge. It points out: ①There are abundant rock types in Southcentral Alaska. Most of the bedrock of Southcentral Alaska originated as marine sediments that were uplifted when terranes accreted onto the continent.②Soil that develops on a loess layer is particularly fertile Matanuska Valley. The landscape around Palmer in the Matanuska Valley has thick layers of loess that have accumulated as strong winds blow out of the Chugach Mountains carrying particles of silt off nearby glaciers.③Only two dinosaur fossils have been located in Southcentral Alaska. Tertiary mammal fossils and the fossils of large, extinct Pleistocene mammals are a rarity.

rocks; loess; fossils; geology; Southcentral Alaska

中科院寒旱所凍土工程國家重點實驗室開放基金項目(NO.SKLFSE201310)；國家自然科學基金項目(NO.1202171)

大衛(wèi)·卡爾·施耐德(1969-)，男，助理教授，主要從事自然地理及地理信息系統(tǒng)方向的科研和教學工作。

譯者簡介：戴長雷(1978-)，男，教授，主要從事寒區(qū)地下水及國際河流方向的教學及科研工作。

P585

A

2096-0506(2016)12-0015-07