揭開(kāi)黃土高原形成之謎

提起陜西北部的地形，人們腦海中一定會(huì)浮現(xiàn)出千溝萬(wàn)壑的黃土高原。黃土不是中國(guó)所特有的，在世界上其他地區(qū)也有分布。但是，中國(guó)的黃土最具典型性。中國(guó)的黃土分布最廣，地層最全，厚度最大，而且有獨(dú)一無(wú)二的黃土高原，黃土覆蓋最厚的地區(qū)厚度可達(dá)180米。在這片區(qū)域內(nèi)，有著中國(guó)五分之一的耕地面積，生活著2億人，他們的衣食住行無(wú)不與黃土息息相關(guān)。那么，中國(guó)的黃土是怎么形成的？近代以來(lái)，隨著地質(zhì)科學(xué)的不斷發(fā)展，人們對(duì)黃土成因的認(rèn)識(shí)形成多種學(xué)說(shuō)，最著名是“水成說(shuō)”“風(fēng)成說(shuō)”“殘積說(shuō)”“多種成因說(shuō)”和“新風(fēng)成說(shuō)”。

水成說(shuō)：水帶來(lái)了黃土？ 最早研究中國(guó)黃土的歐洲人是德國(guó)地質(zhì)學(xué)家龐培利，他也是黃土成因“湖積說(shuō)”的最早提出者。

1864年，龐培利受清政府邀請(qǐng)，調(diào)查中國(guó)西北煤田。幾年后，龐培利任哈佛大學(xué)采礦學(xué)教授，并發(fā)表了在中國(guó)以及中亞考察的成果。龐培利是“水成說(shuō)”的先驅(qū)和代表人物，他認(rèn)為中國(guó)的黃土來(lái)自黃河攜帶的泥沙，后流入淡水湖泊，慢慢在湖泊中沉積形成。這個(gè)想法的提出，可能和他觀察到黃河攜帶大量泥沙有關(guān)。但是，提出這個(gè)觀點(diǎn)不久后，龐培利自己認(rèn)為這個(gè)提法不夠詳細(xì)準(zhǔn)確，證據(jù)不足，改為中國(guó)黃土的形成與巖石風(fēng)化有關(guān)。但無(wú)論如何，龐培利開(kāi)了“湖積說(shuō)”的先河。

金斯密爾是另一位研究中國(guó)黃土的歐洲學(xué)者，他認(rèn)為中國(guó)黃土是因?yàn)楹Ｋ饔枚?，是“海成說(shuō)”的代表人物。金斯密爾是英國(guó)地質(zhì)學(xué)的先驅(qū)，曾在中國(guó)考察，業(yè)余時(shí)間還是一位多產(chǎn)的漢學(xué)家，曾經(jīng)翻譯過(guò)中國(guó)的《道德經(jīng)》。在和英國(guó)著名博物學(xué)家赫胥黎討論后，金斯密爾認(rèn)為，中國(guó)黃土區(qū)域曾經(jīng)是一片汪洋大海，黃土物質(zhì)在海洋中不斷沉積，后來(lái)在地質(zhì)作用下逐漸隆起而成。金斯密爾曾在長(zhǎng)江下游和大運(yùn)河北段做過(guò)考察，也曾考察過(guò)山東和四川的煤礦，還在中國(guó)居住多年?；蛟S通過(guò)對(duì)考察區(qū)域的了解，他提出了“海成說(shuō)”的觀點(diǎn)。但畢竟金斯密爾沒(méi)有真正到過(guò)中國(guó)西部干旱半干旱的黃土高原地區(qū)，所以他的觀點(diǎn)論據(jù)不夠充分。

風(fēng)成說(shuō)：天上掉下的“塵”是黃土？ 早在我國(guó)漢代，班固在《漢書(shū)》中就有對(duì)黃土的記載：“大風(fēng)從西北起，云氣赤黃，四塞天下，終日夜下，著地者黃土塵也。”從該段文字可以看出，天上掉下的“塵”是黃土，而且這種“塵”是由風(fēng)從西北方向帶來(lái)的。但是，真正把黃土的形成原因與風(fēng)的作用科學(xué)地聯(lián)系起來(lái)，是在近代科學(xué)產(chǎn)生之后。

1933年，中國(guó)地質(zhì)學(xué)會(huì)召開(kāi)會(huì)議，紀(jì)念一位德國(guó)地質(zhì)學(xué)家誕辰100周年。著名地質(zhì)學(xué)家翁文灝在這次紀(jì)念會(huì)上說(shuō)：“今日中國(guó)學(xué)者所刊之報(bào)告中，往往不提李氏之名，此并非由于數(shù)典忘祖，實(shí)因李氏之功績(jī)盡人皆知，自無(wú)庸屢屢提及?！蔽涛臑岬倪@位名為李氏的德國(guó)人，就是李?；舴?。他是中國(guó)黃土“風(fēng)成說(shuō)”的最早提出者和代表性人物。

1860年，李希霍芬應(yīng)邀隨同德國(guó)經(jīng)濟(jì)使團(tuán)前往東亞考察，還于1861年到達(dá)上海，但是因?yàn)榍逭南拗?，他未能進(jìn)行任何考察活動(dòng)。1868年，李?；舴以俅蝸?lái)到中國(guó)，這一次他精心設(shè)計(jì)了7條考察路線，在4年時(shí)間內(nèi)，考察了中國(guó)18個(gè)省區(qū)。李?；舴以趯?duì)華北、西北的調(diào)查中，提出了中國(guó)黃土成因“風(fēng)成說(shuō)”。李?；舴艺J(rèn)為，中國(guó)的黃土分布在半干燥的草原地帶，有兩個(gè)特點(diǎn)：一是和內(nèi)陸水系的多荒漠盆地相鄰，二是附近都有高山。黃土物質(zhì)的來(lái)源，就是附近山地和巖石風(fēng)化后的產(chǎn)物。搬運(yùn)黃土的動(dòng)力，首先是風(fēng)，其次是流水。風(fēng)化物質(zhì)在風(fēng)力作用下，被搬運(yùn)到凹地草原上，草原上生長(zhǎng)的植物將其固定下來(lái)，逐漸增厚，形成黃土，這種黃土是原生黃土；原生黃土經(jīng)過(guò)流水再次搬運(yùn)形成了次生黃土。

李希霍芬認(rèn)為，當(dāng)黃土沉積時(shí)，中國(guó)北方是一個(gè)復(fù)雜的草原盆地，邊緣有高聳的巖石、裸露的山嶺，氣候寒冷而干燥，并且常常有頻繁發(fā)生的猛烈大風(fēng)，這些都利于黃土的形成。黃土的土層深厚，物質(zhì)均一，不具層理，發(fā)育有垂直節(jié)理和鈣質(zhì)結(jié)核，這些成為李?；舴摇帮L(fēng)成說(shuō)”的有力證據(jù)。

李?；舴医?jīng)過(guò)實(shí)地考察，對(duì)黃土性質(zhì)有一定了解，但是對(duì)黃土的復(fù)雜性了解不夠，有些地方難免臆斷。不過(guò)，在當(dāng)時(shí)黃土資料缺乏的情況下，李?；舴业膶W(xué)說(shuō)得到了廣泛的承認(rèn)，流傳許久。

殘積說(shuō)和多成因說(shuō) 除了以上學(xué)說(shuō)外，對(duì)黃土成因的認(rèn)識(shí)還有“殘積說(shuō)”。蘇聯(lián)自然地理學(xué)家貝爾格（1875～1950）在1916年提出了黃土是風(fēng)化作用和成土作用的產(chǎn)物?！皻埛e說(shuō)”與“水成說(shuō)”“風(fēng)成說(shuō)”最大的區(qū)別在于，該學(xué)說(shuō)認(rèn)為黃土是在原地生成的。貝爾格認(rèn)為，黃土和黃土狀巖石是在原地風(fēng)化和成土作用下及干燥氣候條件下生成的。1947年，貝爾格又補(bǔ)充了他的黃土殘積生成理論，認(rèn)為黃土是在干燥地帶，由富含碳酸鹽的各種細(xì)粒的巖石經(jīng)過(guò)風(fēng)化作用和成土作用形成，經(jīng)過(guò)沖刷作用的冰磧物也是形成黃土的母質(zhì)。由于巖石發(fā)生破壞，孔隙度增大，同時(shí)加上生物的活動(dòng)，孔隙度更增高，經(jīng)過(guò)此地質(zhì)作用形成黃土。

美國(guó)地質(zhì)學(xué)家維理士和中國(guó)地質(zhì)學(xué)家張宗祜都認(rèn)為黃土的成因有很多種，提出了“多成因說(shuō)”。1903年，維理士對(duì)中國(guó)黃土進(jìn)行了考察，并在回國(guó)后著有《中國(guó)的研究》一書(shū)，他認(rèn)為中國(guó)的黃土粉塵物質(zhì)是風(fēng)成的，但是搬運(yùn)這種粉塵的營(yíng)力主要是河流和洪流，他的學(xué)說(shuō)被稱為“風(fēng)成-沖積說(shuō)”和“風(fēng)成-洪積說(shuō)”。張宗祜認(rèn)為，中國(guó)的黃土是多種地質(zhì)營(yíng)力（包括殘積作用、坡積作用、沖積作用、風(fēng)積作用、冰川作用）作用堆積，并在相似的氣候條件下，經(jīng)過(guò)地質(zhì)作用形成。它的物質(zhì)來(lái)源于區(qū)內(nèi)和鄰近地區(qū)的早期堆積物和基巖風(fēng)化碎屑物。

新風(fēng)成說(shuō)：最終揭開(kāi)了黃土形成之謎 “新風(fēng)成說(shuō)”是目前最主流的黃土成因?qū)W說(shuō)，得到了學(xué)界廣泛的承認(rèn)，它的提出，基本平息了170多年的黃土成因之爭(zhēng)，最終揭開(kāi)了黃土形成之謎。

我國(guó)地質(zhì)學(xué)家、中科院院士劉東生（1917～2008）提出了黃土“新風(fēng)成說(shuō)”。這個(gè)學(xué)說(shuō)是在吸收前人的“風(fēng)成說(shuō)”的基礎(chǔ)上發(fā)展形成的。通過(guò)實(shí)地科學(xué)考察、采集樣品在室內(nèi)細(xì)致分析，劉東生得出結(jié)論：黃土是風(fēng)成的，是西北地區(qū)戈壁、沙漠中的細(xì)粒物質(zhì)被風(fēng)吹到黃土高原堆積而成的。黃土和古土壤都是在風(fēng)力作用下、氣候環(huán)境變化的條件下形成的，它們形成時(shí)處于一種干旱的氣候環(huán)境。

黃土“新風(fēng)成說(shuō)”在三方面突破了以前的學(xué)說(shuō)。

第一，概念擴(kuò)展。以前的“風(fēng)成說(shuō)”只強(qiáng)調(diào)黃土的搬運(yùn)作用，“新風(fēng)成說(shuō)”則對(duì)黃土物質(zhì)來(lái)源、搬運(yùn)過(guò)程、搬運(yùn)時(shí)的風(fēng)力情況、沉積時(shí)候的環(huán)境面貌，以及沉積以后的變化等全過(guò)程進(jìn)行了闡述，形成了一套完整的理論。

第二，時(shí)代延伸。過(guò)去的“風(fēng)成說(shuō)”認(rèn)為，黃土高原頂部黃土沉積（又稱馬蘭黃土）是風(fēng)成的，劉東生則證明黃土高原整個(gè)第四紀(jì)（在地質(zhì)年代中，第四紀(jì)是新生代最后一個(gè)紀(jì)，包括更新世和全新世，下限年代距今約250萬(wàn)年）的沉積都是黃土，將風(fēng)成作用從黃土高原頂部（大約7萬(wàn)年）拓展到整個(gè)黃土序列（約250萬(wàn)年）。

第三，空間細(xì)分。約在11萬(wàn)年前至公元前9700年之間，第四紀(jì)更新世內(nèi)發(fā)生了一次冰河時(shí)期，這是距今最近的冰期，被稱為末次冰期。劉東生的研究發(fā)現(xiàn)，在末次冰期內(nèi)生成的馬蘭黃土堆積厚度自西北向東南逐漸減小，而黃土厚度沿著冬季風(fēng)方向（西北方向）逐漸變薄。除此之外，劉東生還發(fā)現(xiàn)，黃土的顆粒自西北向東南逐漸變細(xì)，并據(jù)此將黃土分為砂黃土、黃土和黏黃土三個(gè)帶，黃土顆粒的組成向下風(fēng)方向變細(xì)，這些均是黃土風(fēng)力搬運(yùn)的有力證據(jù)。

劉東生的研究結(jié)果說(shuō)明，黃土沉積過(guò)程和我們現(xiàn)在看到的沙塵暴一樣，是逐漸從沙漠里搬運(yùn)出來(lái)，在黃土高原慢慢沉積下來(lái)的，也就是說(shuō)黃土是幾百萬(wàn)年來(lái)一次次沙塵暴的疊加，它的沉積過(guò)程同時(shí)記錄了環(huán)境變化的信息。

“新風(fēng)成說(shuō)”不僅最終解決了黃土形成的難題，還從250萬(wàn)年的黃土沉積中獲得數(shù)據(jù)，建立了完整的陸相古氣候記錄，為全球氣候變化研究奠定了基礎(chǔ)。（張佳靜）