陜南地區(qū)黃土的研究現(xiàn)狀與展望

吳潘

[摘 要]黃土是記錄古氣候變化和古環(huán)境變遷信息的良好載體，可用以探討東亞季風(fēng)氣候的形成演化、氣候突變事件及推演我國干旱半干旱地區(qū)的干旱化歷史。陜西南部地區(qū)地處秦嶺南側(cè)，黃土廣泛分布在區(qū)內(nèi)山間盆地和河谷階地上，這些黃土對研究區(qū)域晚更新世以來的氣候變化和東亞季風(fēng)演變規(guī)律有重要意義。本文從已有研究成果出發(fā)，對陜南地區(qū)黃土的研究現(xiàn)狀、代用指標、研究價值和未來展望幾個方面進行概述，揭示陜南地區(qū)黃土研究的總體發(fā)展趨勢。

[關(guān)鍵詞]黃土;陜西南部;代用指標;研究現(xiàn)狀;展望

[中圖分類號]TU234 [文獻標識碼]A

隨著社會發(fā)展，全球性氣候問題越來越突出，公眾對生存環(huán)境的關(guān)注度越來越高，各國政府及人民都期望通過研究地球表面環(huán)境、氣候演變規(guī)律以及影響機制，提高對未來環(huán)境的預(yù)測能力，從而更好地應(yīng)對未來環(huán)境和氣候的變化。黃土-古土壤旋回能夠記錄東亞冬夏季風(fēng)系統(tǒng)的變化信息，對解釋第四紀氣候環(huán)境變遷發(fā)揮了重要作用。陜南地區(qū)特殊的地理位置，獨特的氣候條件，是研究全球氣候變化的天然實驗地，上世紀80年代以來，諸多學(xué)者通過不同的氣候代用指標，從地球化學(xué)、沉積物、土壤學(xué)和古生物學(xué)等多個學(xué)科領(lǐng)域推演了陜南地區(qū)黃土的物質(zhì)來源、地層序列、沉積過程和古季風(fēng)的演變規(guī)律，構(gòu)建了區(qū)域氣候變化的基本框架。在現(xiàn)有地層斷代基礎(chǔ)上，將磁化率、粒度、炭屑等指標與區(qū)域黃土地層中發(fā)現(xiàn)的人類活動證據(jù)相對比，分析了人類活動與古環(huán)境變化之間的關(guān)系。本文將在前人研究的基礎(chǔ)上，從秦嶺南側(cè)陜南地區(qū)黃土的分布、研究意義、研究現(xiàn)狀等方面進行回顧梳理，并對目前該區(qū)域黃土研究中所面臨的問題提出作者的看法，對尚待深入探討的問題進行展望。

1 區(qū)域概況與黃土分布

本文研究范圍主要分布在秦嶺南側(cè)的陜南地區(qū)，主要包括漢中、安康和商洛三市。陜南地區(qū)北靠秦嶺，南倚巴山，漢江干流自西向東穿漢中和安康而過，漢江最大支流丹江自西北至東南穿商丹盆地而過。本區(qū)域位于我國中緯度地區(qū)，是我國南方與北方的過渡區(qū)域。夏季受西太平洋副熱帶高壓控制，冬季受蒙古高壓控制，季風(fēng)氣侯特征明顯，屬全球氣候變化的敏感地帶。本地區(qū)地勢較高，平均海拔超過2500m，地形主要以中低山為主，約占4/5，丘陵占18%，河流盆地約占3%。

秦嶺南側(cè)漢江、丹江等流域盆地地區(qū)，分布有大面積黃土，清晰地覆蓋在盆地兩側(cè)各級階地上，厚約數(shù)米到近百米不等。其中河流一級階地平坦寬緩，階地面受侵蝕較弱，黃土沉積物保存較完整，而二三級以及更高級階地雖分布范圍較廣，但受侵蝕程度較高，分割破碎，水土流失嚴重。本地區(qū)黃土層風(fēng)成沉積特征明顯，是理想的風(fēng)成沉積研究材料。

2 陜南黃土研究的意義

就全球范圍內(nèi)而言，黃土覆蓋著約10%左右的地球表面，且主要分布在世界上工農(nóng)業(yè)較為發(fā)達的人口較稠密地區(qū)。陜南地區(qū)黃土分布范圍廣泛，主要分布在山間盆地和平坦的河流階地上，厚約數(shù)米到數(shù)十米不等，沉積連續(xù)，分辨率高，蘊含環(huán)境信息豐富，這些黃土清晰地記錄了陜南地區(qū)一百多萬年來的古氣候、新構(gòu)造運動等方面的變化過程和經(jīng)歷的重大地質(zhì)事件，能夠很好地記錄東亞季風(fēng)氣候變化信息，因此對本區(qū)域黃土的研究有著重要意義。

2.1 氣候變化信息的重要載體

黃土-古土壤序列作為研究氣候變化的主要感應(yīng)器，與深海氧同位素、極地冰芯并譽為古氣候研究的三大支柱，是記錄氣候變化的重要載體。冰芯記錄了極地環(huán)境的變遷，深海氧同位素記錄了海洋環(huán)境的歷史，而黃土作為干旱、半干旱環(huán)境產(chǎn)物，在季風(fēng)環(huán)流作用下，沉積區(qū)域從西北干旱區(qū)，到中緯度半干旱區(qū)，再到遠距離的海洋和陸地均有分布，能夠穩(wěn)定連續(xù)地記錄地球陸地環(huán)境的形成機制、變化過程。黃土古氣候記錄的研究已成為當前“全球變化”研究中的熱點和前沿，通過對黃土地層的劃分以探討不同時期的古氣候特點，進一步分析不同時間尺度下的氣候變化過程，從而為預(yù)測未來環(huán)境和氣候變化所服務(wù)。

2.2 區(qū)域黃土的研究對東亞地區(qū)大氣環(huán)流模式研究有著重要意義

陜南地區(qū)位于黃土高原以南，北亞熱帶北緣，屬暖溫帶氣候向亞熱帶氣候過渡區(qū)域，是亞洲季風(fēng)環(huán)流的中心地帶，對氣候變化響應(yīng)敏感。陜南地區(qū)漢江流域氣候主要受東亞季風(fēng)的控制，區(qū)域內(nèi)黃土-古土壤序列作為東亞季風(fēng)環(huán)流作用的產(chǎn)物，是粉塵在干冷的冬季風(fēng)作用下搬運堆積而成，而古土壤層則是冬季風(fēng)減弱，夏季風(fēng)相對增強的氣候背景下，沉積物經(jīng)歷較強的的化學(xué)風(fēng)化和成壤作用而成的。通過對黃土-古土壤序列中化學(xué)元素、同位素、礦物等各氣候替代指標的研究，可以進一步確定區(qū)域物質(zhì)來源， 能夠很好地理解東亞季風(fēng)的成因機制及演變過程，對于理解青藏高原隆升引起的亞洲內(nèi)陸地區(qū)干旱化過程和東亞地區(qū)大氣環(huán)流模式也有著重要意義。

2.3 探索古人類文明的重要載體

陜南地區(qū)黃土主要分布在山間盆地和河流階地上，在地勢上相對寬廣平緩，地質(zhì)穩(wěn)定，是人類生活生產(chǎn)的主要聚集區(qū)。作為新舊石器考古研究的載體，陜南地區(qū)黃土的研究能夠為該區(qū)域古人類文明的演化研究提供年代框架和氣候?qū)W背景。近年來，地質(zhì)學(xué)家和考古學(xué)家在陜南漢中盆地梁山地區(qū)發(fā)現(xiàn)有十余處不同時代的原生舊石器文化層，通過對用黃土堆積序列的年齡測定，并根據(jù)考古發(fā)現(xiàn)的哺乳動物化石，推斷陜南漢中盆地古人類活動不晚于距今60萬年前，即中新世階段。同時，王社江等人通過對何家梁等地發(fā)現(xiàn)石器制品的黃土地層測年結(jié)果證實，在距今7-8萬年前是漢中盆地古人類活動最為繁盛的一個重要階段。此外，不同學(xué)者在陜南丹江上游流域荊紫關(guān)地區(qū)和商南地區(qū)不同階地上黃土地層中均發(fā)現(xiàn)有不同時期石器埋藏，并通過黃土地層斷代技術(shù)判別各文化層發(fā)育的大致年代?？梢钥闯觯ㄟ^對陜南地區(qū)發(fā)現(xiàn)的石器所分布黃土地層的年代學(xué)研究，對建立區(qū)域中新世以來的舊石器文化時間序列，理解區(qū)域古人類發(fā)展歷史、舊石器工業(yè)演變規(guī)律等有著重要參考價值。

3 陜南地區(qū)黃土研究的現(xiàn)狀

中國黃土主要分布在黃土高原、內(nèi)蒙古東北部大興安嶺以南、黃河下游等地區(qū)，具有沉積時間長、沉積厚度大、分布范圍廣、連續(xù)性好、蘊含信息豐富等特點，得到了科學(xué)界的廣泛關(guān)注。目前，中國黃土的基礎(chǔ)研究先后經(jīng)歷了發(fā)現(xiàn)研究、比較研究和目的研究三個相互聯(lián)系和互補的層次階段，從最初的探索未知、發(fā)現(xiàn)未知，到后期對黃土高分辨率地層年代比較，對碳、氧同位素的變化規(guī)律比較，對各種形成機制的和各種假說比較，不斷創(chuàng)新和發(fā)展黃土學(xué)研究，再到后期從研究目的出發(fā)而有所發(fā)現(xiàn)和進行比較研究，為將來黃土應(yīng)用研究的發(fā)展打下良好的基礎(chǔ)。

在漢江上游地區(qū)山間盆地和河流階地上廣泛發(fā)育有厚層黃土，各位學(xué)者對其研究同樣經(jīng)歷了以上三個階段，取得了豐碩的研究成果：雷祥義通過對鳳州黃土-古土壤序列的研究將秦嶺地區(qū)2.5Ma來的氣候劃分為33個氣候旋回，即66個干冷-暖濕階段， 并對比分析其與深海氧同位素的一致性;雷祥義等又通過分析商州、鳳州等多個剖面黃土粒度組成， 判斷南秦嶺黃土和黃土高原黃土成因相似， 均為粉塵沉積物， 秦嶺黃土是由西北風(fēng)攜帶粉塵越過秦嶺， 沿途降落在侵蝕較薄弱的地區(qū)而形成大片黃土區(qū);鹿化煜等通過對東秦嶺南洛河流域多個黃土剖面研究， 判斷該地區(qū)黃土有明顯黃土-古土壤旋回， 判定該區(qū)于110萬年以前開始堆積黃土， 且該區(qū)域在至少約80萬年前后出現(xiàn)人類活動并制作工具;龐獎勵等通過研究漢江上游地區(qū)黃土的粒度、微形態(tài)、礦物組成特征， 探討了該區(qū)黃土與北方黃土高原典型黃土的一致性， 在釋光斷代基礎(chǔ)上， 推斷出漢江上游河流一級階地形成時間在25KaB.P.-30KaB.P.之間。然而， 對該區(qū)黃土沉積物研究仍十分有限， 有些問題仍有待深入研究， 尤其是與人類關(guān)系密切的全新世時期以及較早期的晚更新世末期的黃土成壤特征， 這對古氣候環(huán)境信息的提取有著重要意義。

4 陜南黃土研究展望

陜南地區(qū)黃土研究雖已取得較大的進展，但由于起步晚、研究時間短等原因，與黃土高原地區(qū)黃土研究還存在著較大的差距，在研究過程中還面臨著一些問題。

4.1 深入基礎(chǔ)研究

建立精確的年代序列：沉積序列年代學(xué)研究是建立第四紀黃土發(fā)育環(huán)境研究極為關(guān)鍵的一環(huán)，古氣候的重建必須建立在時間序列的基礎(chǔ)上。只有建立精確的時間標尺，才可以進一步對不同地區(qū)同一氣候背景進行橫向區(qū)域?qū)Ρ龋拍軐ν坏貐^(qū)不同時期環(huán)境變化規(guī)律進行深入探討。近年來，陜南地區(qū)年代學(xué)研究已有較大發(fā)展，主要以熱釋光測年、14C測年和地層對比為主，但各種方法都有著自身的適用范圍和局限性，以后的研究工作中，對黃土采用不同的測年方法或多種方法并用，相互參考矯正，以得到更為準確可靠的地層年齡。

多指標綜合分析：目前就陜南地區(qū)黃土-古土壤所反映環(huán)境變化情況看，粒度、磁化率、化學(xué)元素等指標作為衡量地區(qū)環(huán)境變化的標尺，都或多或少地受地域和時間限制。在今后區(qū)域黃土研究中，應(yīng)更加注重多指標多學(xué)科的交叉融合、相互印證，利用多種氣候指標相結(jié)合，在較為成熟的土壤三維研究（垂向分布、經(jīng)向、緯向）基礎(chǔ)上，向四維（時間演替）過渡。

4.2 物源及驅(qū)動力研究

陜南地區(qū)黃土物質(zhì)來源的研究，黃土的物質(zhì)來源研究是研究區(qū)域環(huán)境演變和古氣候重建的基礎(chǔ)，能夠很好地指示東亞季風(fēng)環(huán)流變化格局和青藏高原的隆升過程。關(guān)于本地區(qū)黃土的物質(zhì)來源組成一直沒有定論，原因在于：一方面，在已有的研究中，通過將陜南黃土與秦嶺北側(cè)黃土對比發(fā)現(xiàn)，兩者地球化學(xué)元素組成、粒度組成、地層構(gòu)造有著良好的可比性，指示兩者在物源上存在一致性。但是秦嶺南側(cè)黃土中砂粒分含量要明顯多于北側(cè)關(guān)中盆地黃土，與黃土高原從西北到東南黃土粒度逐漸減小的變化趨勢存在一定差異，指示陜南漢江流域黃土沉積過程中混入近源粗顆粒，但關(guān)于各物源區(qū)具體的貢獻率還有待進一步研究。另一方面，早期對于該區(qū)域黃土物源的研究方法較為簡單，技術(shù)相對落后，研究主要集中在沉積物粒度組成、地球化學(xué)元素以及沉積物形態(tài)特征上。而黃土沉積物從源區(qū)到沉積區(qū)經(jīng)歷風(fēng)化、侵蝕、搬運、沉積等過程，在一系列外界物理化學(xué)作用尤其是沉積過程中成壤作用的影響下，使得風(fēng)成沉積物物質(zhì)組成、粒度成分、形態(tài)特征等性質(zhì)較為復(fù)雜，因此在今后的黃土物源研究中，需要不斷創(chuàng)新方法，尋找受環(huán)境影響小、穩(wěn)定性高的成分對沉積物進行示蹤，并融合多學(xué)科多指標對陜南地區(qū)黃土物源進行研究。

4.3 加強人地關(guān)系研究

隨著考古學(xué)和地質(zhì)學(xué)的不斷發(fā)展，陜南地區(qū)古人類學(xué)研究和黃土研究已經(jīng)取得很大的發(fā)展，但前者工作主要集中在遺址探掘、石器分析上，后者更多的是用以年代測定，而對于相關(guān)區(qū)域第四紀環(huán)境的研究，特別是文化層發(fā)育時期的環(huán)境背景高分辨率重建還較為少見。舊石器時代，人類更多的是被動受外界環(huán)境影響，適應(yīng)環(huán)境變化，后期隨著人類不斷進化，人類活動與生存環(huán)境開始相互影響，也就是說，陜南地區(qū)，古人類與其生存的黃土環(huán)境間，存在著動態(tài)變化的相互關(guān)系，而目前關(guān)于這方面的研究有待完善。

4.4 開展陜南黃土的應(yīng)用研究

黃土的濕陷性、黃土區(qū)滑坡等地質(zhì)災(zāi)害與黃土成分組成及結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，目前，陜南黃土區(qū)黃土地質(zhì)災(zāi)害研究方面存在黃土地質(zhì)結(jié)構(gòu)和土性力學(xué)行為致災(zāi)機制不明，水環(huán)境變化和工程擾動下黃土災(zāi)害響應(yīng)機理不清，黃土災(zāi)害鏈結(jié)構(gòu)模式和演化機制研究不夠深入，黃土區(qū)重大災(zāi)害監(jiān)測和預(yù)判能力較弱等方面問題，今后需加強黃土區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)研究，掌握黃土介質(zhì)力學(xué)行為對災(zāi)害孕育的協(xié)同控制規(guī)律，建立黃土區(qū)重大災(zāi)害前期監(jiān)測、預(yù)警機制及技術(shù)方法體系，為區(qū)域人類安全生產(chǎn)生活、可持續(xù)發(fā)展提供保障。

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