張佳靜

提起陜西北部的地形，人們腦海中一定會浮現(xiàn)出千溝萬壑的黃土高原；提起陜西北部的民居，人們一定會想起當(dāng)?shù)厝艘傈S土而挖建的窯洞。其實，陜西北部只是黃土高原的一部分。黃土高原跨山西、陜西、甘肅、青海、寧夏回族自治區(qū)及河南等省區(qū)，西南與中國最高一級地形階梯青藏高原相接，西北與蒙新高原為鄰，南至秦嶺，東以太行山為界，與中國第三級階梯華北平原毗鄰，面積約62萬平方千米，海拔在800～3000米之間。

黃土不是中國所特有的，在世界上其他地區(qū)也有分布。但是，中國的黃土最具典型性。中國的黃土分布最廣，地層最全，厚度最大，而且有獨一無二的黃土高原，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)，有著中國五分之一的耕地面積，生活著2億人，他們的衣食住行無不與黃土息息相關(guān)。那么，中國的黃土是怎么形成的？近代以來，隨著地質(zhì)科學(xué)的不斷發(fā)展，人們對黃土成因的認(rèn)識形成多種學(xué)說，最著名是“水成說”“風(fēng)成說”“殘積說”“多種成因說”和“新風(fēng)成說”。

水成說：水帶來了黃土？

最早研究中國黃土的歐洲人是德國地質(zhì)學(xué)家龐培利，他也是黃土成因“湖積說”的最早提出者。

1864年，龐培利受清政府邀請，調(diào)查中國西北煤田。幾年后，龐培利任哈佛大學(xué)采礦學(xué)教授，并發(fā)表了在中國以及中亞考察的成果。龐培利是“水成說”的先驅(qū)和代表人物，他認(rèn)為中國的黃土來自黃河攜帶的泥沙，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，提出這個觀點不久后，龐培利自己認(rèn)為這個提法不夠詳細(xì)準(zhǔn)確，證據(jù)不足，改為中國黃土的形成與巖石風(fēng)化有關(guān)。但無論如何，龐培利開了“湖積說”的先河。

金斯密爾是另一位研究中國黃土的歐洲學(xué)者，他認(rèn)為中國黃土是因為海水作用而成，是“海成說”的代表人物。金斯密爾是英國地質(zhì)學(xué)的先驅(qū)，曾在中國考察，業(yè)余時間還是一位多產(chǎn)的漢學(xué)家，曾經(jīng)翻譯過中國的《道德經(jīng)》。在和英國著名博物學(xué)家赫胥黎討論后，金斯密爾認(rèn)為，中國黃土區(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，后來在地質(zhì)作用下逐漸隆起而成。金斯密爾曾在長江下游和大運(yùn)河北段做過考察，也曾考察過山東和四川的煤礦，還在中國居住多年。或許通過對考察區(qū)域的了解，他提出了“海成說”的觀點。但畢竟金斯密爾沒有真正到過中國西部干旱半干旱的黃土高原地區(qū)，所以他的觀點論據(jù)不夠充分。

風(fēng)成說：天上掉下的“塵”是黃土？

早在我國漢代，班固在《漢書》中就有對黃土的記載：“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?！睆脑摱挝淖挚梢钥闯?，天上掉下的“塵”是黃土，而且這種“塵”是由風(fēng)從西北方向帶來的。在元朝（1287年），中國史書記載了一次持續(xù)時間很長的塵暴天氣，很多家畜被塵土所埋而死亡：“雨土七晝夜，沒死牛畜。雨土……深七八尺?！笨梢钥闯?，中國古人已經(jīng)意識到黃土和大風(fēng)有著密不可分的關(guān)系。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，是在近代科學(xué)產(chǎn)生之后。

1933年，中國地質(zhì)學(xué)會召開會議，紀(jì)念一位德國地質(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)念會上說：“今日中國學(xué)者所刊之報告中，往往不提李氏之名，此并非由于數(shù)典忘祖，實因李氏之功績盡人皆知，自無庸屢屢提及?！蔽涛臑岬倪@位名為李氏的德國人，就是李?；舴摇Ｋ侵袊S土“風(fēng)成說”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，但是因為清政府的限制，他未能進(jìn)行任何考察活動。

1868年，李?；舴以俅蝸淼街袊?，這一次他精心設(shè)計了7條考察路線，在4年時間內(nèi)，考察了中國18個省區(qū)。他在考察過程中，記錄了大量野外地質(zhì)資料，采集了大量的化石、巖礦標(biāo)本；繪制了考察地區(qū)的地形圖、素描圖、地質(zhì)圖和地層剖面圖等。

李?；舴以趯θA北、西北的調(diào)查中，提出了中國黃土成因“風(fēng)成說”。李?；舴艺J(rèn)為，中國的黃土分布在半干燥的草原地帶，有兩個特點：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，草原上生長的植物將其固定下來，逐漸增厚，形成黃土，這種黃土是原生黃土；原生黃土經(jīng)過流水再次搬運(yùn)形成了次生黃土。

李希霍芬認(rèn)為，當(dāng)黃土沉積時，中國北方是一個復(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，這些成為李希霍芬“風(fēng)成說”的有力證據(jù)。

李?；舴医?jīng)過實地考察，對黃土性質(zhì)有一定了解，但是對黃土的復(fù)雜性了解不夠，有些地方難免臆斷。不過，在當(dāng)時黃土資料缺乏的情況下，李希霍芬的學(xué)說得到了廣泛的承認(rèn)，流傳許久。

殘積說和多成因說

除了以上學(xué)說外，對黃土成因的認(rèn)識還有“殘積說”。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”與“水成說”“風(fēng)成說”最大的區(qū)別在于，該學(xué)說認(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)過風(fēng)化作用和成土作用形成，經(jīng)過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，同時加上生物的活動，孔隙度更增高，經(jīng)過此地質(zhì)作用形成黃土。

美國地質(zhì)學(xué)家維理士和中國地質(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”。1903年，維理士對中國黃土進(jìn)行了考察，并在回國后著有《中國的研究》一書，他認(rèn)為中國的黃土粉塵物質(zhì)是風(fēng)成的，但是搬運(yùn)這種粉塵的營力主要是河流和洪流，他的學(xué)說被稱為“風(fēng)成-沖積說”和“風(fēng)成-洪積說”。張宗祜認(rèn)為，中國的黃土是多種地質(zhì)營力（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)過地質(zhì)作用形成。它的物質(zhì)來源于區(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：最終揭開了黃土形成之謎

“新風(fēng)成說”是目前最主流的黃土成因?qū)W說，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，最終揭開了黃土形成之謎。

我國地質(zhì)學(xué)家、中科院院士劉東生（1917～2008）提出了黃土“新風(fēng)成說”。這個學(xué)說是在吸收前人的“風(fēng)成說”的基礎(chǔ)上發(fā)展形成的。通過實地科學(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，它們形成時處于一種干旱的氣候環(huán)境。

黃土“新風(fēng)成說”在三方面突破了以前的學(xué)說。

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

第二，時代延伸。過去的“風(fēng)成說”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第四紀(jì)（在地質(zhì)年代中，第四紀(jì)是新生代最后一個紀(jì)，包括更新世和全新世，下限年代距今約250萬年）的沉積都是黃土，將風(fēng)成作用從黃土高原頂部（大約7萬年）拓展到整個黃土序列（約250萬年）。

第三，空間細(xì)分。約在11萬年前至公元前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)果說明，黃土沉積過程和我們現(xiàn)在看到的沙塵暴一樣，是逐漸從沙漠里搬運(yùn)出來，在黃土高原慢慢沉積下來的，也就是說黃土是幾百萬年來一次次沙塵暴的疊加，它的沉積過程同時記錄了環(huán)境變化的信息。

“新風(fēng)成說”不僅最終解決了黃土形成的難題，還從250萬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)。

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