土林揭秘

蘇德辰　田連捷

20世紀(jì)60年代，為了研究元謀盆地的冰川和新構(gòu)造活動(dòng)，中國地質(zhì)科學(xué)院地質(zhì)力學(xué)所的錢方多次到云南元謀盆地進(jìn)行野外地質(zhì)調(diào)查，他在元謀盆地的上新統(tǒng)—更新統(tǒng)地層分布區(qū)，發(fā)現(xiàn)多片被流水沖刷后形成的土柱，這些土柱“高低參差、密密層層，層見疊出，遠(yuǎn)看如一片森林”。1977年，錢方將這種地貌形態(tài)命名為“土林”并寫進(jìn)了他公開發(fā)表的一篇科研論文中。從此，“土林”才作為一種獨(dú)立的地貌類型，逐漸被地學(xué)界所接受。

地下深處的堅(jiān)硬巖石在地殼作用下抬升形成高聳的山脈或高原，伴隨著隆升成山的過程，巖石中會(huì)形成大小不等的斷裂或裂隙。在太陽輻射、大氣、降雨、冰川和生物等的作用下，巖石會(huì)發(fā)生風(fēng)化、分解。千變?nèi)f化的地貌景觀就是在這種隆升與侵蝕的反復(fù)較量中形成的。

在比較特殊的條件下，巖石會(huì)因節(jié)理切割和強(qiáng)烈的風(fēng)化侵蝕作用或溶蝕作用形成1米至數(shù)十米高的針柱狀、尖錐狀石柱，密集如林者，稱為石林。云南的路南石林是最典型的實(shí)例，也是石林地貌的命名地。有人認(rèn)為石林是喀斯特地貌區(qū)獨(dú)有的地貌特征，實(shí)際上碎屑沉積巖（砂巖、礫巖）甚至巖漿巖（主要是花崗巖）和變質(zhì)巖（主要是大理巖）都可以形成石林，如丹霞山景區(qū)的丹霞石林、廣西姑婆山的大理巖石林、黑龍江伊春花崗巖石林等。

如果柱狀單體地貌的高度和直徑都比較大，則稱為石峰。石柱與石峰之間并沒有截然的界線，低矮細(xì)小者稱為石柱，通常低于50米；高大粗壯者稱為石峰，一般高數(shù)十米至數(shù)百米；密集分布的石峰稱為峰林。如果多個(gè)石峰簇?fù)硪粓F(tuán)，其下的基座與地面或坡面有明顯的高差，則稱為峰叢。峰林與峰叢經(jīng)常共生在一起。與石林類似，峰林與峰叢經(jīng)常發(fā)育在喀斯特地貌區(qū)，但并非喀斯特地貌區(qū)所獨(dú)有，自然界中還可以有丹霞峰林、砂巖峰林、花崗巖峰林，等等。張家界世界地質(zhì)公園天子山園區(qū)內(nèi)有千根以上高度超過200米的海相砂巖石峰，且成群出現(xiàn)，是世界上最典型的石英砂巖峰林景觀。

與石林或峰林相對(duì)應(yīng)的概念是土林。顧名思義，土林是由沒有完全固結(jié)成巖的土狀堆積物構(gòu)成的成群分布的柱狀地貌，遠(yuǎn)望如林，其形成以流水侵蝕為主要?jiǎng)恿?。這些未完全固結(jié)成巖的松散沉積物大多形成于最近二三百萬年以來的湖泊或河床。但是土林形成的時(shí)間跨度很長，例如西藏札達(dá)土林的沉積物沉積于510萬年～300萬年前（上新世—早更新世）；構(gòu)成元謀土林的沉積物年齡也早于258萬年；而大同土林景區(qū)范圍內(nèi)目前暴露的地層絕對(duì)年齡不超過100萬年，景觀的形成年齡距今只有2萬～3萬年甚至更短。

“土林”概念的誕生只有幾十年的時(shí)間。隨著對(duì)土林認(rèn)識(shí)的提高和普及，未來若干年，會(huì)出現(xiàn)越來越多的土林景區(qū)。

同一景觀，一年四季不一樣，去年今年大不同，甚至一場降雨后就會(huì)出現(xiàn)截然不同的形態(tài)。置身土林，可以用一天的時(shí)間親眼看到從早到晚的光影變幻，用一年的時(shí)間見證不同季節(jié)土林地貌的輪回演變，用幾十年的時(shí)間感受到大自然的滄桑巨變。

土林是一種獨(dú)特而稀少的地貌類型，是特殊的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境、適合的沉積物成分與成巖過程以及適合的水文氣候條件等多種因素相互作用下形成的。在地貌學(xué)的分類中屬于特殊的流水侵蝕地貌。土林有叢林狀、寶瓶狀、秦俑狀、城堡狀、臺(tái)階狀、鼻狀、古鐘狀、尖峰狀等多種形態(tài)。其發(fā)育過程包括前期長時(shí)間的構(gòu)造沉降，接收巨厚的沉積物，以及后期相對(duì)快速的構(gòu)造抬升并遭受風(fēng)雨侵蝕。土林的形成條件受到地質(zhì)構(gòu)造背景、地勢(shì)條件、氣候環(huán)境以及物質(zhì)成分與地層結(jié)構(gòu)的影響。

從地質(zhì)構(gòu)造背景看，土林是由河湖相的黏土、砂、礫石等松散堆積物因流水侵蝕而成的特殊地貌，而能夠形成巨厚的河湖相沉積的區(qū)域一般都是在較長時(shí)間接受沉積的古湖或盆地，通常是地質(zhì)上的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)或裂谷作用形成的。

元謀盆地是位于云南—四川南北向構(gòu)造帶中段的新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的結(jié)果，強(qiáng)烈的侵蝕作用可以形成30米～40米高的土林景觀。

西藏札達(dá)盆地位于喜馬拉雅山和阿依拉山環(huán)抱的象泉河流域，距今510萬～300萬年間是一個(gè)面積為數(shù)千平方千米的古湖，伴隨著青藏高原整體隆升，古湖變成陸地并遭受長時(shí)間劇烈的雨水侵蝕。

山西大同盆地則是在距今300萬～200萬年以來因裂谷作用形成的，相對(duì)于整個(gè)地球歷史來講，大同古湖變成陸地的時(shí)間距現(xiàn)在非常短暫。這三個(gè)盆地都有上百萬年接受沉積的歷史，沉積物沒有完全固結(jié)成巖，便因快速的構(gòu)造抬升暴露地表，沉積物普遍呈水平或近水平狀態(tài)。抬升過程中及抬升之后，地層中產(chǎn)生大量裂隙（節(jié)理），同時(shí)受到后期地表降水強(qiáng)烈的淋蝕或沖蝕，由此形成了典型的土林景觀。

從地勢(shì)條件上看，由于土林是地表雨水侵蝕的結(jié)果，故發(fā)育在有一定地勢(shì)差異的區(qū)域，如小型河谷邊緣、河流階地附近等易于侵蝕作用發(fā)生的位置。土林景觀的高度受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)抬升強(qiáng)度、時(shí)間、沉積物成分、降雨量等因素控制。大同土林發(fā)育在大同市杜莊村附近的石板溝，屬于桑干河流域非常微小的一個(gè)支流河谷。土林分布區(qū)內(nèi)有一座修建不久的小型水庫，水位高度為990米，它是目前這個(gè)區(qū)域內(nèi)侵蝕作用能夠到達(dá)的下限，是景區(qū)的侵蝕基準(zhǔn)面。石板溝周圍的平原海拔高度平均為1000米左右，高于侵蝕基準(zhǔn)面10米左右。由此決定了大同土林所有土柱、土墻等景觀的最大高度一般小于10米。事實(shí)上，由于局部地勢(shì)的因素，以及風(fēng)化與重力崩塌程度不同，大同土林內(nèi)絕大多數(shù)土林景觀的高度介于3米至9米之間。

從土林形成的氣候條件看，由于沒有經(jīng)過長期的壓實(shí)和固結(jié)作用，松散沉積物抗風(fēng)化和抗侵蝕能力十分有限，只有在干旱或半干旱地區(qū)，才能形成相對(duì)穩(wěn)定的土林景觀。而濕潤區(qū)的河湖相沉積物因?yàn)榻邓偷乇韽搅髯饔煤芸炀蜁?huì)崩塌并被搬運(yùn)到低洼的河谷，即使偶爾形成土林，也很難長久保存。與之“殊途同歸”的是極度干旱區(qū)，地表流水的侵蝕作用微弱，不易發(fā)展成土柱或土林。我國發(fā)育土林的元謀盆地、札達(dá)盆地和大同盆地都位于降水比較少的半干旱區(qū)域。

土林的形成還需要特殊的物質(zhì)成分和地層結(jié)構(gòu)。由于土林是弱固結(jié)的沉積物在季節(jié)性的雨水淋蝕下形成的，故絕大多數(shù)能夠較長久保存的土柱頂部都有一個(gè)抗風(fēng)化能力較強(qiáng)的保護(hù)層，否則，即便臨時(shí)形成土柱，也難以保持長久，很快就消失。這個(gè)保護(hù)層多為堅(jiān)硬的鐵質(zhì)風(fēng)化殼層、鈣質(zhì)或硅質(zhì)膠結(jié)層，是沉積物成分變化的結(jié)果，而這種變化反映了古氣候及古環(huán)境的波動(dòng)。例如元謀盆地在發(fā)育過程中，有3個(gè)較長的湖水退卻、沉積物暴露地表的時(shí)期。暴露于地表的沉積物遭受風(fēng)化、淋濾和剝蝕。沉積物中抗風(fēng)化能力強(qiáng)的鐵質(zhì)碎屑物和礫石等則保留在原地，形成了3層質(zhì)地堅(jiān)硬的鐵質(zhì)風(fēng)化殼。它們?cè)诤笃跇?gòu)造抬升和雨水侵蝕過程中，充當(dāng)了松軟巖層的“保護(hù)傘”，使得土柱、土墻等能夠長久保存，這正是元謀土林景觀異常高大宏偉的重要原因。當(dāng)盆地抬升成陸后，不同的地層因物質(zhì)成分、厚度和壓實(shí)固結(jié)程度的不同，抗風(fēng)化能力有強(qiáng)有弱，形成明顯的差異風(fēng)化現(xiàn)象。如果土柱上部有堅(jiān)固的礫石層或者有巨大且堅(jiān)硬的崩落巖塊，也能夠抵擋雨水向下的淋蝕，進(jìn)而形成非常奇特的土柱。

與札達(dá)盆地和元謀盆地相比，大同盆地的發(fā)育時(shí)間要晚得多，其土林的形成時(shí)間則更晚。大同土林的土柱頂部既無特殊堅(jiān)硬的風(fēng)化殼，也沒有巨大的巖塊保護(hù)，起遮罩和保護(hù)作用的主要是頂部20～40厘米厚的土壤層，土壤中發(fā)達(dá)的植物根系一定程度充當(dāng)了土柱、土墻的“保護(hù)傘”，但其堅(jiān)固程度與元謀土林和札達(dá)土林的鐵質(zhì)風(fēng)化売相比要弱得多，意味著大同土林更易于遭受后期侵蝕作用的破壞，同時(shí)也是大同土林更加變幻莫測(cè)的原因。

更值得一提的是，云南元謀土林、西藏札達(dá)土林和山西大同土林分別對(duì)應(yīng)著云南元謀人、神秘的古格王朝以及中國的泥河灣新舊石器遺址，因此，土林除了有重要的地學(xué)價(jià)值外，還有重要的生態(tài)學(xué)和人類文化方面的潛在價(jià)值。

土林是由河湖相沉積物經(jīng)過多年雨水侵蝕后形成的群體性地貌，每個(gè)土林景區(qū)都是由大量千姿百態(tài)的土柱、土塔、土墻、土臺(tái)、土堡、土城、土崖、土嶺等構(gòu)成。雨水的淋蝕會(huì)在這些景觀的外表雕刻出無窮無盡的圖案，還會(huì)給它們披上神秘的外衣。構(gòu)成土林的巖層在物質(zhì)組成、厚度、粒度、顏色上都有極大的變化，加之季節(jié)與光線的變化，會(huì)組合成無數(shù)奇幻的圖畫。與石林相比，土林的景觀變化異常明顯。

同一景觀，一年四季不一樣，去年今年大不同，甚至一場降雨后就會(huì)出現(xiàn)截然不同的形態(tài)。置身土林，可以用一天的時(shí)間親眼看到從早到晚的光影變幻，用一年的時(shí)間見證不同季節(jié)土林地貌的輪回演變，用幾十年的時(shí)間感受到大自然的滄桑巨變。

那種神秘深?yuàn)W、變幻莫測(cè)、令人如醉如癡的魔幻之美，任何語言和畫面都無法替代。其變化之豐富和迅速，是其他任何地貌類型都難以比擬的。

土林多是由近代古湖環(huán)境中的沉積物遭受后期的侵蝕所形成。與海洋相比，湖泊更容易受到其周圍氣候因素的影響。沉積物的成分、厚度、粒度、顏色等方面的特征都包含著區(qū)域性地殼升降、極端氣候事件、地震、火山活動(dòng)等地質(zhì)歷史信息。

此外，土林的形成過程中，與強(qiáng)烈雨水侵蝕和重力崩塌相伴的現(xiàn)象是大量土狀沉積物的搬運(yùn)和再次沉積。最宏觀的現(xiàn)象是雨水淋蝕、剝蝕的產(chǎn)物在土柱周圍原地堆積，之后受到地表流水的沖蝕，表面發(fā)育大量細(xì)小的紋溝和細(xì)溝。無數(shù)微型的紋溝和細(xì)溝在大量的坡積物表面上組合成形態(tài)各異的圖案。降雨后，土柱周圍的沉積物立刻隨著雨水的沖刷而發(fā)生變化，因此在雨后的土林景區(qū)內(nèi)可以直接觀察到微型坡積裙、三角洲等的形成和演化，觀察到沉積物因密度和粒度不同而產(chǎn)生的分異現(xiàn)象。

總之，土林給地質(zhì)學(xué)家一個(gè)全方位研究沉積過程，恢復(fù)古構(gòu)造、古環(huán)境等的便利條件。在土林可以觀察多種地質(zhì)現(xiàn)象，可以切身體驗(yàn)和領(lǐng)悟濃縮版的滄桑巨變、海枯石爛的地質(zhì)過程。土林是天然的地質(zhì)學(xué)實(shí)驗(yàn)室，是進(jìn)行全民科普、地質(zhì)研學(xué)的大課堂。更值得一提的是，云南元謀土林、西藏札達(dá)土林和山西大同土林分別對(duì)應(yīng)著云南元謀人、神秘的古格王朝以及中國的泥河灣新舊石器遺址，因此，土林除了有重要的地學(xué)價(jià)值外，還有重要的生態(tài)學(xué)和人類文化方面的潛在價(jià)值。

◎ 來源|地球雜志