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中国西藏网 > 青藏光芒|马丽华专栏 > 第9章

黄河如何孕育成长

2019-10-25 马丽华 《青藏光芒》

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  河流作为一个最基本的地貌元素,其发育历史记录了高原的形成和演化过程,因而备受重视,多个研究团队都在做河流地貌的尤其是河流阶地的研究,其中潘保田教授及其团队研究黄河历时最久,成果尤丰。

  河流阶地研究,既可以算是纵向的剖面,又因跨了地域而具有了水平意义,在高原隆升方面比较说明问题;又因理解一条大河的演化时空,大众无须具备更多专业知识,且在理解的同时感觉亲切,所以特别将黄河研究拿来一说。不过,有关河流演化史的访问,还是让我学到两个实为常识的新知:一个是“逢河必断”——大江大河总是沿着地壳薄弱处,主要是断裂带发育而成;一个是“溯源侵蚀”——江河源头总是分段式向高处跃动式延伸。这多少有些费解,似与“高水低流”相悖。为此潘教授向我这个文科人士释义,又说又画,以黄河壶口瀑布“裂点”为例,说明随着地势抬升,“裂点”出现,先前各不相关的水系就此贯通,当初黄河正是从这儿完成了一步登高,而这也正是海拔越高的河段加盟越晚的原因所在。

  2012年西藏采访归途中,特意路过兰州大学。第一个想见的人是潘保田教授,最想了解的是他多年从事黄河研究的新进展。兰州作为地理学意义上的中—上游分界处,黄河穿城而过,兰大地理学专业由此占尽优势先机。二十几年前当潘保田还在读硕时,就跟从导师李吉均院士注目于这条伟大河流,博士学位论文也以此为题:《青藏高原隆升与黄河发育问题》。十几年前初次采访,黄河的孕育诞生图景就已被他粗线条勾勒出来,上游直至源头的河段尤为明晰:于170万年前向上通过兰州,现代水系格局初成;120万年前还在祁连山,以湟水和大通河为源;继续上行,收纳循化—化隆盆地,约在15万年前切开龙羊峡,兼并共和水系;仅仅在不到两万年前,方才切穿若尔盖古湖,直指现代黄河源——鄂陵湖和扎陵湖。

  全程追踪研究,再借助现有地质和环境资料,潘教授绘制了一幅黄河水系格局演化示意图,直观呈现黄河通过袭夺和串联各内流水系的形成史4阶段——

  370万~170万年前内流水系阶段,沿现今黄河流域呈串珠状分布的,依次有若尔盖—共和—化隆—东山—河套—三门等等古湖水系,它们各自为政,互不统属;

  170万~120万年前水系孕育阶段,甘肃、宁夏段黄河出现,其归宿可能为河套古湖;

  120万~10万年前水系形成阶段,已然串通三门古湖、河套古湖和化隆古湖,东流入海;

  10万年前至今是水系发展定型阶段,源头向青藏高原内部延伸,共和古湖和若尔盖古湖加盟,最终定格为现今水系格局。

  ——旷日持久,空间广阔,从躁动于大地母腹,到诞生成长,黄河的故事是一个伴随着人类演化、中国地势成形的宏大叙事,其间不乏对于沿途看来无序的、各不相关的古湖水系的袭夺、串联、兼并、重组之类动态情节,关键词是溯源侵蚀。驱动力何在?青藏高原隆升。所以说,黄河研究可谓系统工程,涉及构造运动及其效应,涉及古气候环境变化影响;另一方面,又超越了学术研究,将万里贯通中国的时空序列一路看过,如同史诗,豪迈激越。

  图景既已呈现,研究还在进行,做什么?一个讲座,一次访谈,潘教授主讲的都是“黄河中游形成演化过程研究”。这么说来,近年间他的研究团队工作重点在黄河中游,在晋陕峡谷——北起托克托,南至禹门口,在这条宏大深切峡谷里,黄河沿吕梁山西麓自北向南纵贯鄂尔多斯高原和黄土高原,连接河套盆地与汾渭盆地。对于这一河段的形成,中国地学界关注了近百年,也争论了近百年,存在诸多尚未解决的科学问题。潘教授年复一年的野外工作,是在多级河流阶地、河湖相沉积开掘巨厚的垂直剖面,并对各边界进行水平追踪,由点连线,复原各时段演化序列;再经由古地磁等现代测年技术和黄土层坐标参照,得出绝对年代。

  兰州阶地,晋陕峡谷,汾渭盆地,三门峡,就这样一路追踪,到本书成稿时,胡振波博士提供来两篇新发表于《第四纪科学评论》(QuaternaryScienceReviews)的论文提要和图示,可以作为《黄河水系格局演化示意图》的分解细化呈现——

  170万年前黄河源上行通过兰州的结论是前辈学者得出的。兰州地区最古老、最高一级阶地的遗迹,分布在距现代黄河10余公里的薛家湾;次高一级在九州台,阶地形成年龄分别为160万年和150万年。潘保田团队所做的,是接力接续,在兰州东盆地相继发掘出距今124万年到1万年的7级新老阶地。其中发育于105万年和96万年前的两级阶地属于新发现。

  兰州黄河阶地研究成果,突出表现在完成了一个理论建树——构造抬升和气候变化共同控制的中国河流阶地发育模式。这里有一个背景需要交代:西方科学家很早以前就认为气候变化是河流阶地形成的主要驱动力,尤其在地质相对稳定、地面抬升缓慢的西北欧地区,气候变化在阶地形成过程中所起的主导作用已被广泛认可。其原理是,第四纪环境变化中强烈的周期性冰期—间冰期气候旋回,通过改变河流系统的泥沙和径流等水动力条件,对河流堆积与下切交替形成阶地的过程产生深刻影响。

  历来的教科书都是这么说的,但是在对黄河演化时空的全程追踪中,潘教授发现这一理论并不完全适用于中国河流。2005年在《自然科学进展》发表论文《从三门峡黄河阶地的年代看黄河何时东流入海》中,他对于河流阶地成因机制还有些拿不准,“究竟是构造活动还是气候变化在起主导作用,或者两者平分秋色,我们目前的研究资料还无法对此做出满意的回答”。随着研究的深入、资料的增多,尤其将兰州盆地多级阶地形成时间与隆升事件和气候变化一一对照之后,语气肯定了,结论出来了:“并非每次冰期—间冰期的气候交替都能引起黄河下切形成阶地。气候变化只是阶地形成的必要条件之一,不是充分条件。对比黄河下切速率和阶地年代序列发现,地面上升仍然是影响黄河下切的重要因素。只有在地面上升速率达到一定程度的时候,气候变化才能导致黄河堆积与下切交替形成阶地;而在地面上升缓慢时期,即使发生了大幅度的气候变化,黄河也没有阶地记录。”

  接下来的晋陕峡谷研究中,错综复杂的黄河发育史被理出头绪:湖相沉积,至晚始于830万年前,止于370万年前。这期间,周边多条小型河流汇入古湖,大致呈东西流向,差不多与现代黄河走势垂直。现在的河道底下,发现一较大古河道,至少在距今490万~120万年前这一时段,以与现代黄河相反的流向,由南至北,河套古湖是其终点。然而,就在距今120万年前后,就在这个极其重要的时间节点,随着地势的抬升,晋陕峡谷河水倒流,由北而南;最晚在86万年前,三门峡门户洞开,直下渤海——黄河主脉干流豁然贯通。

  “黄河中游形成演化可以很好地反映青藏高原向东挤压远程效应和东亚地貌格局发展历史。其中晋陕峡谷段黄河尤具较高研究价值,其形成过程一直是地学界有待解决的谜团。经多年野外观测、地形分析和年代学研究,系统对比了峡谷沿岸层状地貌面序列,发现阶地序列级数向上游增加并与河道比降加大有较高一致性,揭示了裂点向上游迁移和追逐的地貌发育过程。结合前人研究成果和区域构造营力分析,认为青藏高原向东挤压驱动汾渭地堑拉张和沉降,稳定的鄂尔多斯地块相对快速隆升。这种差异构造导致地块与地堑边缘地势高差加大,诱发巨大的河流裂点,壶口瀑布就是保存至今并仍然活跃的黄河裂点。整个晋陕峡谷段黄河正是沿着这种宏观构造控制下的地貌框架,以裂点迁移和追逐的地貌过程逐步演化成现今水系格局。通过上述分析我们似乎找到了为什么构造与水系发育在时间上不一致性的答案,即它们的年代差异很可能是水系调整所需的时间。”

  “新生代期间,汾渭盆地在持续的扩展构造作用下,被拉张沉降形成地堑。现代黄河经禹门口和三门峡贯通盆地,最后切开崤山,在三门峡和小浪底间形成宏大、深切的三门峡峡谷。我们把该峡谷段黄河称为豫西段黄河。根据现代宏观水系格局,东南—西北走向的崤山分割黄河中上游与下游水系,是黄河东流入海的最后地貌‘屏障’,因此重建豫西段黄河的形成过程对揭示整个黄河发育历史和东亚地貌格局的演化历史都具有重要研究价值。河流阶地是被遗弃的古河床,是水系形成演化最直接的证据。豫西段黄河沿峡谷下切,形成五级河流阶地,空间展布于夷平面下。通过这些地貌面上覆风成沉积物的磁性地层年龄,限定夷平面、阶地T5-T1分别形成于3.63Ma、1.24Ma、0.86Ma、0.62Ma、129ka和12ka。

  “根据地貌面年代框架,论文构建了豫西段黄河形成演化的概念模型。随着汾渭盆地周缘山脉隆升和内部抬升,沉降范围收缩,导致夷平面在3.63Ma开始解体。与此同时,起源于崤山东麓的河流开始向西侵蚀,袭夺西麓的汾渭盆地河湖水系系统。豫西段黄河最高级河流阶地和夷平面的年代限定崤山在3.63Ma-1.24Ma被西进河流切开,形成三门峡峡谷。至此,黄河中上游水系经峡谷东流入海,导致全流域贯通。内陆侵蚀物质终可以被搬运至海盆。约1.0Ma前,渤海湾大陆架的沉积速率急剧增加,可能就是对三门峡峡谷贯通、黄河全流域定型的响应,而非指示内陆侵蚀速率的加剧。”

  三门峡是黄河中、下游的交汇部,地处鄂尔多斯断块、太行断块、秦岭断块接合部。前人已对三门古湖的消亡、地层划分和“三门运动”进行过深入研究,但是对于何时东流入海分歧颇大,从一两百万年前到几十万年前直到万年前,各有依据,说什么的都有。潘保田团队所做的,是对这一地区黄河4级阶地探察研究,还原了黄河三门峡段演化过程,并在峡谷入口处找到了入海之初的直接证据:86万年前已经通过三门峡,打开时间可能还要早一些,100多万年前。

  构造抬升和气候变化共同作用,合理解释了中国河流阶地发育机制。中国的江河与众不同,主要由地势地貌决定的是沿着中国大地的阶梯奔流而下的。正像古今诗中所写歌中所唱:“黄河之水天上来”“大河向东流”“长江滚滚东流去”。

  访谈是在兰州凉爽的夏日夜晚进行的。潘教授不时地在纸面上勾勾画画,向我这个文科人士耐心讲解黄河形成各阶段,“溯源侵蚀”之原理,讲黄河源年轻到不足两万年。那一晚在座的还有一位老友,研究湖泊沉积的专家李世杰,他率队去西藏钻取湖泊岩芯,正好路过此地。李世杰研究员曾于20年前在若尔盖草原打下深钻,从长达300米的沉积物中读出200多万年以来的古环境信息。听潘教授讲到河源,插话说,青海久治县以上的河段尚无阶地,可见形成年代之晚;若尔盖古湖的确是在1.6万年前消失的。

  距今110万—60万年间青藏高原强烈隆升的“昆仑—黄河运动”,引发了中国水系大调整的“春秋战国”时代,大自然导演着澎湃的“大河之舞”,黄河主脉干流贯通,其他河流也没闲着,各自兼并统一,几与黄河同步。高原西北缘克里雅河、高原东北缘石羊河、东昆仑东段北坡多条河流均在这期间奠定了现代水系格局;长江相继袭夺贯通了三峡、金沙江云南永善—四川宜宾河段、虎跳峡、禄劝乌东德峡谷—金坪子河段,形成了真正的金沙江—长江水系。

  当15万年前“共和运动”强烈构造抬升开始,长江、黄河源区的支流水系溯源侵蚀加剧,一两万年前直达现今源点……

  ——需要说明的是,以上关于长江形成的观点与描述,可能仅限于一家之言,原因在于长江演化过程的复杂性,在于长江研究领域的多种声音。

  长江贯通三峡之日,一般被视为长江东流水系形成的重要标志之一;此前可能南下经古红河注入南海的金沙江及其若干支流,从此改道,东向注入东海。这个“从此”之“此”,究竟发生在何时,是中新世之前的渐新世最后一幕,还是更早,抑或是晚近到更新世200万年前后,正是当前有关长江“新老之辩”的焦点所在。这一争论由来已久,李吉均院士亦参与其中。20世纪末,通过对三峡阶地沉积物进行热释光/光释光和ESR测年结果,以最老阶地年龄约为200万年为据,李先生指出此为三峡初始下切时间点,连带上述黄河及高原周边诸大河流现代水系的形成,一并纳入青藏高原隆升过程概念模型,正好印证了也充实了始于360万年前整体、强烈隆升的“青藏运动”所引发的环境效应,包括给出了像黄河、长江这样巨型水系演化进程的时空节点。

  然而参与了长江,无异于置身一个被称之为“世纪谜题”的论辩场。尽管他所代表的长江东流水系形成于早更新世的观点在国内颇具影响力,但是鉴于长江研究的难度之高,单凭道听途说即可归纳为四“太”印象——流程太长,研究者太多,涉及科学问题太深并且争论太久,迄未取得共识,不存在唯一权威发言,纷纭众说皆为“假说”,以至于任何结论皆会被人质疑,那是免不了的。不惟长江,连带本节转述的黄河研究,连带三次隆升、两次夷平的时间点和古高度,总之李吉均团队有关青藏高原隆升的概念模型等等一应主流观点,正在被重新检视,最终归结到“青藏高原隆升的过程及其地貌效应”的焦点议题中。本属纯科学问题,但事关家国乡土沧桑前史,又属感情问题——当我们有机会一窥“金字塔”里的讨论场景,近距离接触到长江黄河的演化图景,还有什么可说的,不妨体会一下此刻心情,是否有所触动。

  因为每当说起长江与黄河,我们想到的不仅仅是河流的模样;而它们经过的地方,也不仅仅是一连串的地理名词。

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