論黃土就是火山灰

2015-04-29 00:00:00楊樹莊

休閑讀品·天下 2015年1期

提出問題有時比解決問題更重要——為什么冰磧總是有泥質(zhì)？格陵蘭冰蓋冰芯里為什么有“礦物粉塵”[1]（或直接稱為火山灰[2]），并比其濃度高時氣溫低？公元79年維蘇威火山爆發(fā)，以火山灰為主的噴發(fā)物能夠覆沒龐貝等兩個城鎮(zhèn)[3]，如果第四紀(jì)大冰期由火山噴發(fā)引起，大量的火山噴發(fā)物遺跡在哪里？為什么“格陵蘭與南極冰芯記錄的CO2濃度梯度太大，超出了可能的實際值”[4]63，“實際上，南極記錄的高溫事件分別對應(yīng)于格陵蘭的冷期”[4]67？來源于沙漠、戈壁的中國風(fēng)積黃土[5]5[6]，憑什么能夠成為反映全球氣候長期變遷的最好記錄，并與極地冰芯、深海沉積物成為全球環(huán)境變化的三大國際對比標(biāo)準(zhǔn)？為什么被稱為“石質(zhì)黃土”的黃土物質(zhì)具有全球一致性，且有規(guī)律地分布在南、北半球的中緯度地帶？這些問題魅力非凡。筆者在完成大冰期成因探討[7]和大冰期成因論[8]之后，禁不住要著重在黃土的研究成果中尋覓第四紀(jì)大冰期的成因信息，并且得出“黃土就是火山灰”的結(jié)論，既證明了筆者的大冰期成因論，又指明了黃土的本質(zhì)，解決了黃土風(fēng)積理論的所有困惑，還令人為大自然的造化拍案驚奇，為哲學(xué)的“事物是有機(jī)聯(lián)系的”添加了地質(zhì)學(xué)證據(jù)。

前人對黃土的成因己列出“風(fēng)積黃土、風(fēng)積湖積黃土、風(fēng)積洪積黃土、湖積黃土、沖積黃土、洪積黃土、洪一沖積黃土、冰積黃土、坡積黃土、冰緣黃土、海成黃土，以及原生黃土、次生黃土、次生黃土狀土、次生黃土狀巖石、黃土狀沉積物、典型黃土、冷黃土、熱黃土、沙漠黃土、冰川黃土等”[5]321種名目，從巖石學(xué)性質(zhì)出發(fā)的則有“黃土壚姆”、“黃土狀亞砂土”、“黃土狀亞粘土”、“石質(zhì)黃土”、“松散灰質(zhì)土”、“粉土”、“碳酸鹽黃土”、“非碳酸鹽黃土”、”層狀黃土”、“紅色土”[5]3、4等等。黃土的風(fēng)積理論的一系列研究，包括指出中國“黃土與古土壤或風(fēng)化層交替出現(xiàn)，表明黃土堆積過程中存在多個粉塵堆積間斷或粉塵堆積緩慢期”；晚中更新世以來成壤期與粉塵堆積期交替的節(jié)奏明顯，“發(fā)育有11個厚度大于2米的黃土層，它們經(jīng)受了微弱或中等程度的風(fēng)化作用，記錄了更新世黃土源的11個持續(xù)較長的干冷粉塵堆積期”[5]56，以及按此思路獲得的更多次干冷粉塵堆積期，都是正確的并具有重要意義。但是，被稱為“黃土之父”（注意，不是“中國黃土之父”）的劉東生稱黃土風(fēng)積“這種理論的基礎(chǔ)卻是描述性的，其理論依據(jù)并不穩(wěn)固，因為這種假說僅僅建立在若干旁證和反證的材料之上”[5]15一且認(rèn)為“黃土一古土壤系列所反映的地質(zhì)事件突然發(fā)生的地質(zhì)意義，目前還未被人們普遍注意”[5]47。顯然，人類對黃土的認(rèn)識并未完成。

自1907年“huangtu-黃土”一詞出現(xiàn)[5]3，自李希霍芬提出黃土的大氣粉塵沉積（風(fēng)成）說、黃土的研究重心由西歐轉(zhuǎn)移到中國和中亞地區(qū)[5]9，自1954年中國開展黃土研究，國內(nèi)外學(xué)者投入了大量工作，特別是“J.戴利克（Dylik，1954，1961）提出，波蘭等地的黃土是風(fēng)塵堆積物在冰緣環(huán)境中受到冰融風(fēng)化作用而形成的。K.K.馬爾科夫（MapkOB），1961）強(qiáng)調(diào)冰融作用在黃土形成中的意義”[5]10。“就廣義的冰緣概念來說，黃土的堆積環(huán)境是一種冰緣環(huán)境”[5]10等。按照大冰期成因理論，黃土就是火山灰的認(rèn)識，已經(jīng)呼之欲出。

前人功虧一簣的關(guān)鍵，在于未知大冰期的成因和黃土的成因。不認(rèn)識事物的成因，就等于沒有認(rèn)識這個事物，黃土的這種風(fēng)積理論因此就是描述性的并且基礎(chǔ)不穩(wěn)固，包括對“冰緣環(huán)境”、“沙漠黃土”[5]10等的取舍顛倒。黃土是火山灰的論點，幾乎是只要指出，就可以成立。因為前人已經(jīng)為黃土的成因研究打下了堅實的基礎(chǔ)，“畫龍”已畢，只需“點睛”。引用前人重要素材和可靠的研究結(jié)論，可極大節(jié)省篇幅，以論文形式即可予以充分論證。

任何發(fā)展都有否定之否定的過程，科學(xué)的特征之一是可證偽性，對黃土的認(rèn)識過程就是如此。如認(rèn)為中國的黃土是沙漠黃土（“熱黃土”），西歐和中歐地區(qū)的黃土是冰川黃土（“冷黃土”[5]10），就部分否定了風(fēng)積理論。劉東生稱“如此巨厚的黃土如何能夠由就地風(fēng)化成壤而產(chǎn)生？”[5]10就是對“黃土化”理論的否定。黃土就是火山灰論點的建立過程，就是與前人的黃土成因理論比較和鑒別的過程。筆者引用的豐要參考資料為劉東生等的《黃土與環(huán)境》（ 71.3萬字）巨著[5]，為方便查核，筆者在正文中標(biāo)出引用資料的頁碼。

1黃土概貌

黃土覆蓋著約10%的地球陸地表面，集中分布在溫帶半干旱地區(qū)，亦即分布于現(xiàn)今的北緯30°～55°和南緯30～40°的中緯度帶[5]1。“在北半球，集中分布于中緯地區(qū)，豐要有歐洲的萊茵河流域、多瑙河流域、中亞細(xì)亞、中國黃河流域等，其分布所處的緯度界于45°到60°之間，構(gòu)成不連續(xù)的環(huán)球分布帶。中國黃土分布所處的緯度在全球黃土分布帶中稍稍偏南。”[5]26在中國，

“黃土分布面積達(dá)44萬平方千米，黃河中游地區(qū)厚層的黃土連續(xù)覆蓋面積約27.3萬平方千米，黃土高原蔚為壯觀，為世界所罕見”[5]1。“在南半球的若干地點，如新西蘭、南美的巴拉那流域，都有零星的黃土分布報道，其位置也處于中緯地區(qū)。[5]26”規(guī)模巨大，分布于南北兩個半球的中緯度地帶，是首先必須描述的黃土宏觀特征。

中國黃土高原大約在240萬年前就已開始堆積，洛川黃土剖面中所保存的生物氣候長期變遷的記錄可以和第四紀(jì)深海沉積物剖面中所保存的記錄——通常被認(rèn)為反映全球氣候長期變遷的最好記錄相媲美，而且兩者可互相對比和印證[5]2。黃土與極地冰芯、深海沉積物成為全球環(huán)境變化的三大國際對比標(biāo)準(zhǔn)；黃土堆積遵循地層疊覆律。這是第二和第三個必須描述的黃土宏觀特征。

2黃土的特征

（一）黃土堆積物的組成特征

黃土的組成是判別黃土成因最重要的特征。前人稱“世界各地（如黃河中游、中亞、東歐、西歐和北美洲等地）的黃土物質(zhì)成分上最重要的共同特征是粉塵顆粒（粒徑為0. 005 ～0. 05毫米）占極大比例（含量一般為50%～80%）”“以及富含碳酸鹽（CaCO3含量通常達(dá)10%N15%或更高）”[5]4。筆者歸納黃土的組成特征有四。一是黃土是多種礦物的粉塵集合體，黃土非“土”。

黃土中礦物含量達(dá)70%，礦物超過60種[5]360。輕礦物10種以上[5]214，石英、長石和云母占所有碎屑礦物含量的80% [6]173，石英、長石和方解石，三者占整個碎屑礦物含量的80%～90%，尤以石英為高，可達(dá)48%～65%[5]239。粘土礦物以伊利石為主要組分，還有高嶺土、蒙脫石、綠泥石、蛭石及少量無序和或有序混合層結(jié)構(gòu)礦物[5]221。重礦物40種以上[5]210表52，占碎屑礦物含量的4%—7%[5]360。黃土非“土”，前人“石質(zhì)黃土”[5]3之謂實至名歸。

前人對各層位黃土進(jìn)行對比的重礦物多達(dá)40種（類），包括“不穩(wěn)定礦物”10種（括號內(nèi)標(biāo)出占洛川黃土剖面重礦物平均值百分比，數(shù)值不大于1者不標(biāo)數(shù)值）：普通角閃石（12. 00），黑云母（5.77）、普通輝石（2.00）、紫蘇輝石、頑火輝石、鋰輝石、鈉閃石（偶有藍(lán)閃石）、直閃石（偶有玄武閃石）；“較穩(wěn)定礦物”14種：綠簾石（18.45）、石榴石（5.62）、白云母（3.26）、黝簾石（2.17）、透閃石（1.78）、陽起石（1.49）、透輝石、斜黝簾石、褐簾石、綠泥石、硅灰石、夕線石、重晶石、磷灰石；“穩(wěn)定礦物”6種：不透明礦物（32.50，包括磁鐵礦、褐鐵礦、赤鐵礦、白鈦礦等），榍石（2.59）、藍(lán)品石；“極穩(wěn)定礦物”10種：鋯石（3.85）、電氣石（1.64）、尖晶石、金紅石、銳鈦礦、紅柱石、黃玉、板鈦礦、獨居石、十字石等[5]210表52。不透明礦物、綠簾石和普通角閃石含量較高，前人通盤估計值分別達(dá)30%～40%、15%～25%和10%～5%，三者占重礦物總重量的80%以上[5]212。前人稱“這表明，黃土含有各大類巖石的碎屑礦物”[5]210，認(rèn)為“黃土中含有如此多而且復(fù)雜的碎屑礦物，這是其他各類第四紀(jì)沉積物中罕見的，表明黃土的物質(zhì)只能來源于廣闊的地區(qū)，而不可能是由一個小范圍的基巖風(fēng)化碎屑產(chǎn)物所能夠提供的[5]214”。同一作者曾經(jīng)有黃土中還存在正長石、微斜長石及不經(jīng)常出現(xiàn)的橄欖石、鈉微斜長石、條紋正長石、條紋鈉長石、鈉鐵性輝石；有玉髓、火山玻璃；以他生礦物為主，自生礦物甚少的描述[6]173。前人從黃土的組成上，已經(jīng)察覺到了黃土的不同凡響。

二是“碳酸鹽物質(zhì)是使黃土具有獨特的組織結(jié)構(gòu)的重要組成物”[5]5，“我國黃土中普遍存在與石英、長石顆粒混雜堆積、渾圓狀的粉砂級的方解石顆粒，稱之為原生方解石，其數(shù)量的多寡與黃土中CaCO3含量高呈正相關(guān)[5]5”。

CaCO3含量達(dá)10%～15%或更高[5]4（原生碳酸鹽為豐，原生碳酸鹽主要以碎屑方解石形式出現(xiàn)。次生碳酸鹽不多[5]246）洛川黃土CaCO。含量范圍為3.6%～20.9%，平均11.6%。黃土顆粒較粗，其CaCO3含量就較高[5]6。CaCO3主要富集于粉土粒級（0.005～0. 05毫米）中[5]245。黃河中游馬蘭黃土CaCO3含量由北西向南東遞減。1972年4月22日及1973年7月21日美國西南部亞利桑那州天皮鎮(zhèn)收集到沙漠地區(qū)吹來的塵土（約75%的顆粒直徑為0. 005～0. 05毫米），含CaCO3為3%，一般呈被膜狀態(tài)[5]5。

三是黃土中“這些碎屑礦物抗風(fēng)化性能極不相同”[5]214。

黃土的Eh值處于420～470毫伏范圍內(nèi)，平均值為440毫伏，反映了氧化環(huán)境[5]256。黃土“各個樣品中都能見到抗風(fēng)化能力強(qiáng)的，如鋯石、金紅石、電氣石、銳鈦礦等穩(wěn)定礦物，也可見到容易風(fēng)化的普通角閃石、普通輝石、黑云母等不穩(wěn)定礦物”[5]210。“褐土型古土壤（自中更新世離石黃土中出現(xiàn)的13層古土壤之統(tǒng)稱）內(nèi)的重礦物顆粒，尤其是抗風(fēng)化性能較差的普通角閃石、普通輝石、黑云母、綠簾石等礦物，都遭受到比較明顯的風(fēng)化蝕變[5]213，“由此看來，不同時代黃土重礦物組成的差異，主要表現(xiàn)在不穩(wěn)定礦物（主要是角閃石類）與穩(wěn)定礦物（主要是不透明礦物）含量的相對變化。隨著時代的變新，不穩(wěn)定礦物含量增加，而穩(wěn)定礦物含量減少”[5]212，說明這些不穩(wěn)定礦物，在表生條件下容易遭受風(fēng)化的程度，在240萬年內(nèi)就可明顯顯現(xiàn)。

四是黃土中的粘土礦物以伊利石為主（占粘粒總量的50%），既有高嶺石（占粘粒總量的15%～20%），又有蒙脫石（占粘粒總量的15%以下），見表1。表1洛川不同時代黃土、古土壤、古風(fēng)化層粘粒中各種礦物的平均含量[5]227

前人稱“粘土礦物的來源一向是粘土礦物學(xué)者關(guān)注的問題。A.斯威福爾德和J.C.弗立（Swineford and Frye，1951），A.H.比韋爾斯（Beavers，1957）研究美國的黃土，發(fā)現(xiàn)其中的粘土礦物是伊利石和蒙脫石，并根據(jù)蒙脫石不是北美冰磧物中的主要粘土礦物，認(rèn)為其中的蒙脫石可能是由黃土中存在的火山玻璃轉(zhuǎn)變而成的。R.V.魯赫等（Ruhe and Olson，1980）對印第安納州南部瓦巴西盆地和俄亥俄盆地內(nèi)分屬早、晚威斯康星期的法姆德爾黃土和皮奧利亞黃土中粘土礦物的研究認(rèn)為：法姆德爾黃土與發(fā)育在伊利諾安冰磧或基巖上的桑加蒙期古土壤有關(guān)；皮奧利亞黃土中的粘土礦物，從統(tǒng)計分析結(jié)果看，兩個盆地有不同的來源，瓦巴西盆地內(nèi)的皮奧利亞黃土中的粘土礦物與冰磧物有關(guān)，而俄亥俄盆地的皮奧利亞黃土則仍然間接地受桑加蒙期古土壤的影響。”“因為黃土的各種性狀表明它形成于偏堿性的干旱一半干旱且較冷的氣候條件下，這種環(huán)境下生成高嶺石一般認(rèn)為是不可能的。”[5]232王永焱等（1978）提出是不是“粘土礦物的形成取決于各種因素，它與介質(zhì)反映（pH）之間沒們直接關(guān)系。蒙脫石之形成與堿性環(huán)境相適應(yīng)，高嶺石之生成與酸性環(huán)境有關(guān)的論調(diào)應(yīng)從本質(zhì)上予以糾正”[5]232的意見。美國學(xué)者也描述了黃土中存在火山玻璃；前人對粘土礦物生成環(huán)境存在困惑。

（二）黃土堆積物在時間和空間上的變化規(guī)律

1.在時間上，黃土堆積物礦物成分和化學(xué)成分含最存在規(guī)律變化關(guān)系中國黃土化學(xué)成分變化的最人特征，是鈣、碳跳躍式變化極大，使得所有組分不同程度都旱現(xiàn)跳躍式變化。碳、鈣含最折算成氧化鈣和二氧化碳或碳酸鈣，變化區(qū)間分別為0.70%～10.50%和0.02%～9.20%或0.2%～20.9%，左右了其他元素的含最比例，SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO跳躍式變化較顯著，MgO和MnO2、P2O5、TiO2也呈跳躍式變化，不過是比較不顯著而已。如SiO2（變化于54. 71%～68. 99%），Al2O3（變化于10. 95%～15. 09%）含量都失去了與一般巖石、土壤的對比意義，它們都只有含量（包括比值）變化趨勢具有意義。就化學(xué)成分而言，受風(fēng)化時間最短、最新層位的黃土，如馬蘭黃土的Ll與離石黃土的L2和之間Sl（第一層古土壤），是跳躍式變化最突出的三層。洛川黃土剖面不同時代的主要化學(xué)成分如表2所示，其碳酸鈣含量跳躍式變化參見圖1。

中國黃土在時間上還存在趨勢性宏觀變化。

中國黃土化學(xué)成分、礦物組分含量跳躍性變化的同時，還表現(xiàn)出趨勢性變化的特征，其中易遭受風(fēng)化的硅酸鹽礦物表現(xiàn)得比較明顯。不穩(wěn)定礦物和角閃石類礦物含量，從早更新世午城黃土（平均5. 0%和2.7%）到晚更新世馬蘭黃上（平均31.4%和23.7%），有明顯上升趨勢。而穩(wěn)定礦物或不透明礦物含量都有相反的變化趨勢（分別由51.2%和43. 8%下降為30. 04%和27. 90%） [5]212，即隨時代變新不穩(wěn)定礦物含量增加，而穩(wěn)定礦物含量減少。前人稱“在含量變化上，角閃石類與不穩(wěn)定礦物，簾石類與較穩(wěn)定礦物，不透明礦物與穩(wěn)定礦物都存在顯著的線性正相關(guān)關(guān)系，相關(guān)系數(shù)分別為0. 896、0.702和0.958”[5]215。“角閃石類礦物與不透明礦物有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，簾石類與不透明礦物含量也有線性負(fù)相關(guān)系。”[5]215洛川黃土重礦物中普通角閃石含量、不穩(wěn)定礦物總量變化示意圖中表現(xiàn)出隨層位增高這些礦物含量增加的宏觀態(tài)勢

表2洛川黃土部分化學(xué)組分含量變化表[5]210

（按陜西省洛川黑水溝黃土剖面重礦物組成分析結(jié)果表51資料編制[5]210）。參見圖2和表3[5]210。

表3洛川黑木溝剖面黃土與古土壤中普通輝石、普通角閃石和黑云母含量對比

洛川剖面中不同層位粒度組成，“表現(xiàn)出一定的旋同性和韻律變化”[5]199，成為所謂“粒度韻律”[5]202。馬蘭黃土和上砂質(zhì)黃土粒度粗細(xì)的變化與CaCO3含最變化近于同步發(fā)生，粒度較粗時CaCO。含量較高，粒度較細(xì)時CaCO3含量較低[5]202”；“pH值分布曲線在剖面上的變化與CaCO3含景分布相吻合，即由下而上pH值逐漸增高，但顯示出多次有節(jié)奏的波動[5]256；風(fēng)化作用也影響黃土堆積物的粒度，隨著風(fēng)化作用增強(qiáng)，黃土堆積物的粒度變細(xì)，由卜^而上洛川黃土剖面總體上表現(xiàn)出粒度跳躍式變粗的特征。由于<0.005mm這一粒級含最增加與0.01～0. 05mm粒級含量減少往往同時出現(xiàn)，它們有顯著的負(fù)擔(dān)相關(guān)關(guān)系，由此建立的“粉砂、粘粒比值”（“粉砂粘粒比值Kd：0. 01～0. 05mm含量/<0.05mm含景”[5]197），也跳躍式增人。

如果舍棄細(xì)節(jié)，從宏觀上看，黃土化學(xué)成分、礦物成分在跳躍式變化中，也旱現(xiàn)趨勢性的增減變化。洛川黃土剖面中，由下而上FeO/Fe2O3、CaO/Mg0增高，K2O/Na2O降低，其中FeO/Fe2O3增高、K2O/a2O降低最為典型（參見表4）。黑水淘剖面顯示，由下而上，黃土剖面中的不穩(wěn)定礦物總量顯著增加，由午城黃土的7. 47增加至馬蘭黃土的31.35，增長3.2倍；而普通輝石含量由0.85增加至2.70，普通角閃石則相應(yīng)地由18.58增加至32.60，分別只增長2.18倍和增長0.75倍[5]210表51，見表4。

表4洛川黃土剖面幾種氧化物比值變化表[5]244

2.在空間上，由北西向南東黃土粒度變細(xì)、大比重礦物減少和CaCO3降低

世界各地（如黃河中游、中亞、東歐、西歐和北美洲等地）的黃土最重要的共同特征是顆粒極細(xì)小，“粉塵顆粒”（粒徑為0.005～0. 05毫米）占極大的優(yōu)勢（含量一般為50%～80%）”[5]4，約98%顆粒粒徑在0.Imm以下，主要粒級為0.01～0.05mm，占近一半。

從匈牙利多瑙河中游盆地一蘇聯(lián)阿爾泰地區(qū)一中國各地比較，黃土粒級有逐漸變細(xì)的規(guī)律，主要表現(xiàn)是前兩者有更大的粒度分級[5]203。由于“各地黃土類沉積物在粒度組成上出現(xiàn)差別是不足為奇的，一則是由于作者對黃土的定義有不同的理解，難免把次生黃土或黃土狀土當(dāng)作黃土，二則是各地的地理位置、地貌地形條件不同，即使同樣是干旱、半干旱區(qū)的大氣粉塵堆積物，也會由于距離來源區(qū)遠(yuǎn)近不同，或受到局部補(bǔ)給不同而產(chǎn)生差別”[5]202，其中或者存在人為因素。由相同研究者提出的研究結(jié)論是：中國黃土有由北西向南東粒度變細(xì)的規(guī)律，分為砂黃土（白云山以北到沙漠地帶南緣，興縣一米脂一同心南為南界）、黃土（白云山與陜西黃龍山之間太原一洛川一定西北、蘭州南為南界）、粘化黃土3個帶[5]208。將兩者結(jié)合起米判斷，在歐亞人陸，黃土粒度存在由北西向南東變細(xì)的規(guī)律是有證據(jù)的。

參見表5、表6、表7。

中國黃土自西北而東南，尚有馬蘭黃土厚度趨于變小，粒度變細(xì)，CaCO3含最變少，pH值趨于減低，干容景趨于增人，孔隙比下降，濕陷性變?nèi)酰W(xué)性質(zhì)不斷增強(qiáng)等特征[5]11。

表5中國各地黃土粒度組成平均狀況[5]203表6蘇聯(lián)阿爾泰地區(qū)黃土巖石平均粒度組成[5]203表7匈牙利多瑙河中游盆地黃土粒度組成[5]203

（三）黃土地層特征是黃土層與古土壤（或埋藏風(fēng)化層）互相疊覆、交替出現(xiàn)

洛川黃土剖面與黃土的礦物成分、化學(xué)成分跳躍式變化的根本原因是黃土層中“黃土與古土壤或埋藏風(fēng)化層交替出現(xiàn)”[5]56。

黃土地層的這種特征，其一表現(xiàn)為各層大同小異：“午城黃土有3個較密集的古土壤組合（WS-1，2，3）。每一組合中古土壤或風(fēng)化層彼此疊覆，其間可見厚度小于1米的黃土薄層。各土壤組合與厚層黃土（WL-1，2，3）相間，每一厚層黃土中也夾有多個鈣質(zhì)結(jié)核層”；“離石黃土下部，自S5古土壤層至下砂質(zhì)黃土層（L15），有3個古土壤組合（S5，S6～S8，S9～S14），每一組合含有一定厚度（l～2m）的黃土層。3個古土壤組合被2個黃土厚層（L6，L9）分隔”。“離石黃土上部（自S1至S6）及馬蘭黃土（L1）的段落有4個黃土一古土壤組合，古土壤與黃土有規(guī)律地相間出現(xiàn)”。其二“發(fā)育有11個厚度大于2m的黃土層（Ll-8、L9，L15，WL-1，2，3），它們經(jīng)受了微弱或中等程度的風(fēng)化作用，記錄了11個持續(xù)較長的干冷粉塵堆積期”，“其中上、下砂質(zhì)黃土層，顏色灰黃，碳酸鈣含量高.厚度大，質(zhì)地疏松多孔，在地形上多呈陡壁，是識別地層層位的良好標(biāo)志”。其三有“特征的古土壤層。S1古土壤，厚度較大，褐紅色，棱柱構(gòu)造較顯著。在塬區(qū)旱水平產(chǎn)狀，近溝各地區(qū)略有傾斜，似構(gòu)成侵蝕面，分隔了馬蘭黃土與離石黃土。S5古土壤，深褐紅色，棱柱狀構(gòu)造顯著，鐵錳薄膜發(fā)育，由3層古土壤重疊，厚度達(dá)5米，在剖面中十分顯著[5]56。它是區(qū)分離石黃土上、下部的標(biāo)志層。又稱為洛川土壤層（劉東生等，1965；俗稱“紅三條”）”。“午城黃土中發(fā)育最好的W8-2古土壤組合，顏色深褐紅色，質(zhì)地粘重，位于午城黃土中部。S1、S5與W8-2古土壤組合指明了氣候適宜的成壤期”[5]57。其四是“洛川黑木溝剖面中尚未發(fā)現(xiàn)侵蝕面或不整合面，表明黃土一古土壤發(fā)育的連續(xù)性”[5]57。黃土層之下為晚上新世紅粘土。黃土層與下伏地形同起伏。“黃土和晚上新世紅粘土的界線，恰好接近于松山期和高斯期的分界，年齡大約距今240萬年”。紅粘土則不整合于下伏地層之上。其五是許多黃土、古土壤之間是有明顯界限的，在野外清晰可見[5]47。

洛川黃土剖面的pH值為7.5～8.6，屬弱堿性介質(zhì)條件；“洛川黃土剖面中的Eh值變化很小且無一定規(guī)律”（420～470毫伏），“平均值約為420毫伏，反映了氧化環(huán)境”，“而古土壤Eh值略高于黃土，說明古土壤是黃土堆積過程中明顯的氧化和風(fēng)化事件。古土壤中Fe2O3含量較高也證實了這一點[5]256”。

（四）黃土物質(zhì)的其他特征

黃土物質(zhì)的其他特征，如無層理、疏松多孔、水生化石極少和旱生軟體化石零散分布、未受流水改造、分布于不同地貌單元、黃土物質(zhì)與地基巖成分不相關(guān)等，前人已經(jīng)作為黃土風(fēng)積成因的論據(jù)予以分別描述。

筆者強(qiáng)調(diào)黃土的其他特征主要是黃土物質(zhì)的形態(tài)特征和礦物顆粒的風(fēng)化特征。“各個時代的黃土樣品中，幾乎都可以見到各種形態(tài)的亞礦物顆粒，有棱角狀的、次棱角狀的，也有次圓和渾圓的，同時這些礦物顆粒受風(fēng)化的程度也輕重不同”[5]1214，“有的保存完好晶形（如鋯石等），有的具新鮮的貝殼狀斷口（如石榴子石等）[5]210；“一個樣品中，重礦物同時出現(xiàn)各種形態(tài)、風(fēng)化程度不一，有時同一種礦物也以不同形態(tài)和不同風(fēng)化狀況出現(xiàn)”[5]210”，粉砂石英顆粒具有不規(guī)則的次棱角狀形態(tài)，并且經(jīng)研究表明“這些粉砂石英顆粒都是由機(jī)械破碎產(chǎn)生的[5]5”。前人解釋為“這種現(xiàn)象也可能反映了黃土的碎屑礦物至少是部分碎屑礦物，在參與黃土堆積之前就已經(jīng)進(jìn)入沉積體系”。不同層位黃土和古土壤粉砂石英表面結(jié)構(gòu)具有“多樣性和復(fù)雜性”[5]214。

3黃十特征分析

按照“大冰期成因論”，黃土的特征已經(jīng)清楚地反映了它的成因信息。

（1）根據(jù)黃土概貌，其分布特征指明了黃土物質(zhì)受控于中緯度副熱帶氣流下沉區(qū)；其全球一致性特征指明了黃土物質(zhì)有統(tǒng)一的來源；黃土按照疊覆律堆積，保存明確的和有序的年代信息，指明不是已經(jīng)沉積物質(zhì)，包括風(fēng)化殼物質(zhì)的再堆積。

①黃土的分布規(guī)律指明黃土受大氣環(huán)流控制，堆積于大氣環(huán)流的副熱帶氣流下沉區(qū)。

大氣圈在南北半球分別存在對稱分布的三大大氣環(huán)流，即低緯環(huán)流（哈德來環(huán)流或低緯度正環(huán)流）、中緯環(huán)流（費雷爾環(huán)流）和高緯環(huán)流（極地環(huán)流或極區(qū)正環(huán)流）。大氣圈平均厚度按100km計，即使按外大氣層底界800km計，對于地球來說，仍然過薄（兩極更薄），受熱由赤道上升的氣流和受冷在極地下沉的氣流之間，不可能以一個完整的環(huán)流形式運動。低緯環(huán)流在赤道上升的氣流至中緯度30°左右地帶下沉，形成下沉氣流區(qū)。下沉氣流區(qū)在地面形成副熱帶高壓，而赤道地帶由于上升氣流造成地表“赤道低氣壓帶”，氣流順地面流向赤道低壓區(qū)，補(bǔ)充并維持赤道上升氣流，形成“大氣的低緯環(huán)流”；極地下沉氣流在地面造成高壓，順地面流向赤道方向，而副熱帶高壓區(qū)一部分氣流也流向極地方向，兩者在高緯度地帶60°左右相遇、氣流被迫抬升，形成極峰，氣流在高空則分別流向副熱帶和極地，形成大氣的“中緯環(huán)流”（或稱逆環(huán)流或間接環(huán)流）和“高緯環(huán)流”[9]。

塵埃和水蒸汽一般不能上升至平流層，所謂“天氣”，一般只出現(xiàn)在對流層。黃土分布受控于氣流下沉區(qū)，說明數(shù)量巨大的黃土物質(zhì)曾經(jīng)上升至平流層，再隨低緯環(huán)流和中緯環(huán)流共同的氣流下沉區(qū)堆積于南北兩個半球的中緯度地帶。當(dāng)然，黃土物質(zhì)也可以隨極地下沉氣流搬運至兩極。黃土物質(zhì)能夠上升至平流層，就也不排除可以散落于世界各地，但數(shù)量則應(yīng)當(dāng)相當(dāng)少。它們的堆積區(qū)的多寡排序，應(yīng)當(dāng)是陸殼型火山爆發(fā)區(qū)一中緯度地帶（包括海洋）一兩極地區(qū)一其余區(qū)域。應(yīng)當(dāng)說，只有陸殼型火山爆發(fā)產(chǎn)生的火山灰，能夠大量上升至平流層；黃土的保存完好程度則取決于其堆積之后遭受剝蝕（豐要是大氣降水造成的水流侵蝕）的強(qiáng)烈程度，中國的黃土高原應(yīng)當(dāng)是屬于遭受剝蝕最輕微的地區(qū)，干旱氣候（年降雨量300～500ml）和高原地勢兩項，應(yīng)當(dāng)是遭受剝蝕輕微的基本原因，所謂水土流失嚴(yán)重，系指橫向（千溝萬壑）和總量（1970～1976年黃河陜縣輸砂量每年為16.3億噸，70年代黃土高原水土流失量每年可能達(dá)20億噸[5]402）而言，從縱向看，最年輕全新世黃土的14C年齡為0. 769±0.02萬年，可以說剝蝕輕微。剝蝕輕微的可能性是存在的，因為火山灰堆積之后可能因為土壤化得以保存。

②黃土物質(zhì)的全球一致性表明，黃土物質(zhì)有統(tǒng)一的來源。如果中國黃土來源于北西部150萬平方千米的沙漠、戈壁[5]5。何以解釋西歐和中歐以及北美的那些遠(yuǎn)離沙漠、戈壁的黃土的來源？“就廣義的冰緣概念來說，黃土的堆積環(huán)境是一種冰緣環(huán)境”[5]10，是更宏觀的概念，它與黃土物質(zhì)的全球一致性之間的聯(lián)系，顯然更值得強(qiáng)調(diào)和重視，黃土物質(zhì)的全球一致性還表明，黃土物質(zhì)是地球的一種重大地質(zhì)作用的產(chǎn)物，對于北半球而言，生成時期與第四紀(jì)大冰期一致的、數(shù)量巨大的黃土物質(zhì)與第四紀(jì)大冰期這樣兩個重大的地質(zhì)事件之間，就必定存在有機(jī)聯(lián)系。按照“洋殼型、陸殼型火山交響曲”[10]的大冰期成因論，只可能產(chǎn)生一個結(jié)論，即黃土就是火山灰，在堆積于冰緣環(huán)境的同時，黃土也向第四紀(jì)冰川堆積。南半球火山噴發(fā)的火山灰，同樣堆積于其中緯度下沉氣流區(qū)，規(guī)模較小而已。

③黃土按照地層的疊覆律堆積，就否定了黃土物來源于風(fēng)化殼的所有理論。

中國黃土能夠成為“與極地冰芯、深海沉積物成為全球環(huán)境變化的三大國際對比標(biāo)準(zhǔn)”的事實說明，必須是先出現(xiàn)的黃土物質(zhì)（包括供14C、熱釋光測年物質(zhì)，黃土古地磁）先沉積、后出現(xiàn)的黃土物質(zhì)后沉積，聯(lián)系其他特征，黃土物質(zhì)必須是一種新生物質(zhì)，先生成的先沉積、后生成的后沉積才滿足這個要求，其最佳結(jié)論是黃土就是火山灰。如果黃土由風(fēng)化殼物質(zhì)堆積而成，則總體面貌應(yīng)當(dāng)是底層位黃土最年輕，頂層位黃土最古老，或者難以保存明確的年代記錄。

（2）黃土組成特征極具特色，“黃土含有各大類巖石的碎屑礦物”，“這是其他各類第四紀(jì)沉積物中罕見的”認(rèn)識完全正確。但由此演繹出“表明黃土的物質(zhì)只能來源于廣闊的地區(qū)”[5]214，卻是完全錯誤的，因為聯(lián)系黃土的其他特征，就有理由認(rèn)為這不屬于提供物質(zhì)來源區(qū)范圍大小的問題。前文已經(jīng)從黃土地層的下老上新層序、黃土分布局限于中緯度地帶、全球黃土的一致性等論證了黃土不是已經(jīng)沉積物質(zhì)再堆積的產(chǎn)物，不可各別解釋的道理，有沙漠、戈壁為前提的來源區(qū)的范圍大小，更難與黃土的組成之間產(chǎn)生有說服力的必然聯(lián)系。

①黃土有60多種礦物和40種（類）以上重礦物，被稱為“石質(zhì)黃土”，本身就與被霧化和被炸碎的圍巖（包括先期固結(jié)的巖漿）的火山灰之間產(chǎn)生聯(lián)系，并且難以質(zhì)疑，在否定黃土物質(zhì)來源于沙漠、戈壁之后，火山灰就成為形成“石質(zhì)黃土”的唯一的可能選擇。此其一；前人對黃土中重礦物按照變質(zhì)礦物概念，分為極穩(wěn)定至不穩(wěn)定礦物這4類本身，就是對黃土的“沙漠、戈壁”風(fēng)化殼物質(zhì)來源的一種否定，因為風(fēng)化殼來源的物質(zhì)堆積，從始到終都不涉及變質(zhì)作用環(huán)境。這種分類，倒是寓示黃土物質(zhì)的生成過程，應(yīng)當(dāng)包括某種變質(zhì)作用過程。盡管表生條件不屬于變質(zhì)作用條件，黃土中的紫蘇輝石、普通輝石、普通角閃石、黑云母依次屬于橄欖石之外，在風(fēng)化殼中也屬于最不穩(wěn)定的硅酸鹽礦物[11]，而黃土中普通角閃石含量比例還相當(dāng)大，也說明它們不可能來源于沙漠、戈壁等風(fēng)化殼。

②按照礦物的一般產(chǎn)狀和礦物共生組合，可推測存在中酸性巖漿與包括碳酸鹽巖在內(nèi)的沉積巖、變質(zhì)巖接觸變質(zhì)作用過程。其中包括了巖漿巖的副礦物組合（如鋯石、榍石、磷灰石、獨居石、金紅石、電氣石、尖晶石、黃玉等及磁鐵礦等不透明礦物）；常見于接觸變質(zhì)帶的矽卡巖礦物組合（如透輝石、透閃石、陽起石、石榴石、硅灰石等）；常見于中一酸性巖漿巖或泥質(zhì)巖石變質(zhì)巖的常見代表性造巖礦物（典型的如普通角閃石，地質(zhì)辭典[12]稱之為“中性及中酸性侵入巖和噴出巖的重要礦物”；常見于泥質(zhì)巖石熱變質(zhì)帶的礦物組合（如-字石、紅柱石、藍(lán)晶石、矽線石等鋁硅酸鹽礦物）；屬于變質(zhì)礦物的鈣鎂硅酸鹽礦物。重礦物的這種組成，加上輕礦物石英、長石和方解石等碳酸鹽占極大比例，還可組成花崗巖一花崗閃長巖的石英、長石、角閃石一黑云母組合和灰?guī)r的方解石單礦物組合。黃土礦物組成的這些特征，共同勾勒出一幅中酸性巖漿巖與砂巖、泥質(zhì)巖和碳酸鹽巖（不排斥包括它們的變質(zhì)巖）在接觸變質(zhì)作用過程噴發(fā)，造成大量火山灰、形成“石質(zhì)黃土”的圖像。可供參考的例證，如奧斯陸地區(qū)泥質(zhì)巖和泥灰?guī)r接觸變質(zhì)角巖中存在的10種礦物共生組合包括12種礦物。為紅柱石、堇青石、斜長石、鈉長石、鈣長石、紫蘇輝石、透輝石、鈣鋁榴石、硅灰石、正長石、石英、黑云母[13]。這應(yīng)當(dāng)能夠輔助說明，生成黃土的過程也存在單純的熱變質(zhì)作用。

如果只抓主要矛盾，黃土中石英、長石和云母占所有碎屑礦物含量的80%，這三類礦物是組成花崗巖類的主要礦物；方解石占10%N15%，是CaCO3≒CaO+CO2逆反應(yīng)產(chǎn)生的。只抓這兩點，就可以得出花崗巖類和碳酸鹽巖是形成黃土的主要巖石類型。

③黃土除富含CaCO3、以方解石為主要產(chǎn)出形式，并有富鈣的硅酸鹽礦物如伊利石、高嶺石、硅灰石、綠簾石、褐簾石等，表現(xiàn)出富鈣特征外，同時表現(xiàn)出富鎂特征，如斜方輝石中有富鎂的頑火輝石、紫蘇輝石，角閃石族有含鎂的透閃石、直閃石，粘土礦物有含鎂的蒙脫石等，前述碳酸鹽巖中應(yīng)當(dāng)包括白云巖，或白云質(zhì)灰?guī)r。這與環(huán)北大西洋地質(zhì)條件是能夠?qū)?yīng)的；從黃土物質(zhì)的礦物組成有鐵元素較少的特征分析，“角閃石類礦物與不透明礦物有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，簾石類與不透明礦物含量也有線性負(fù)相關(guān)關(guān)系”[5]215的含義，除相關(guān)關(guān)系指明黃土堆積的旋回性之外，可能喻示黃土物質(zhì)的來源區(qū)，巖漿作用未牽涉鐵礦層或富鐵地層，因為矽卡巖等變質(zhì)礦物組合中，不存在一般常見的富鈣鐵的接觸變質(zhì)礦物，如鈣鐵輝石。有限的鐵，或者成為不透明礦物，或者進(jìn)入角閃石類、簾石類礦物。

④酸堿環(huán)境是決定化合物溶解和沉淀的最重要環(huán)境。高嶺石和蒙脫石同時存在應(yīng)當(dāng)說明黃土的生成一堆積過程既存在酸性環(huán)境，也存在堿性環(huán)境。現(xiàn)今測定得到的堿性環(huán)境，僅僅是黃土堆積之后的環(huán)境，由此應(yīng)當(dāng)推測黃土堆積之前，即生成過程存在過酸性環(huán)境。火山灰被霧化于高濃度CO2（所謂碳酸氣）環(huán)境下，應(yīng)當(dāng)屬于酸性環(huán)境。推測高嶺石應(yīng)當(dāng)在巖漿在高濃度碳酸氣環(huán)境下，被霧化的過程中生成。

在粘粒級黃土中，方解石的含量變化太大（0.7%～18.5%）[5]1，妨礙了在黃土剖面中對高嶺石和蒙脫石含量相對變化的認(rèn)定。這個素材的不確定性，使得對黃土堆積之后的高嶺石與蒙脫石含量的后生變化，難以作出中肯分析。

（3）黃土地層層序的兩個重大特征，應(yīng)當(dāng)是黃土與古土壤“相互疊覆，交替出現(xiàn)”和彼此“有明顯界限”。這兩個特征所反映的是黃土堆積過程的旋同性和突變性，而這與火山作用的旋回性、突發(fā)性一致。

①黃土一古土壤相互疊覆，界限清晰，包括礦物成分、化學(xué)成分乃至粒度等的跳躍式變化，都反映了黃土堆積過程的旋回性和突變性。樣品數(shù)眾多的洛川黃土化學(xué)組分含量變化表[5]240～243尤其清晰地反映了其相互疊覆、界限清晰的特征。“黃土一古土壤系列所反映的地質(zhì)事件突然發(fā)生的地質(zhì)意義，目前還未被人們普遍注意[5]47”，顯然前人認(rèn)為自己的黃土的風(fēng)積理論，并不能夠圓滿解釋這種旋同性和突發(fā)性。而黃土就是火山灰的論點，以火山作用的旋回性和突發(fā)性，卻將組分跳躍式突變的黃土一古土壤“相互疊覆，交替出現(xiàn)”，解釋得恰到好處。

②黃土剖面同時反映出的次要特征，是黃土堆積過程中的趨勢性變化，包括某些組分增加或減少，但是這種趨勢性變化不顯著，前人因此以有遞增、遞減趨勢組分的比值進(jìn)行描述。這些比值變化的意義，主要表現(xiàn)為黃土堆積之后，在地表風(fēng)化殼氧化環(huán)境[5]256下的演化，如由下而上FeO/Fe2O3、CaO/MgO比值的增高等。[5]244

另一些組分的趨勢性變化，如K2O/Na2O由下而上的降低，就應(yīng)當(dāng)與普通角閃石等的增加幅度聯(lián)系起來分析。在黃土堆積過程中的風(fēng)化殼氧化環(huán)境下，普通角閃石、普通輝石的增長率，明顯低于不穩(wěn)定礦物總量的增長率，說明它們在遭受長期風(fēng)化作用后，并沒有按不穩(wěn)定礦物的總體風(fēng)化衰減速度減少，而存在添加的增量。如果按照4.2倍的速率減少[5]244，它們在午城黃土中的含量必須更低。這樣聯(lián)系起來分析的結(jié)果，就反映出火山灰重礦物的組成中基性組分的增加，即噴發(fā)的巖漿巖，在向偏基性方向演化。這是更深層次的問題，姑且作為可備一說供檢驗和深入研究。

由于礦物成分分析樣品數(shù)量較少，自午城黃土到馬蘭黃土，巖漿巖是否經(jīng)歷由酸性到中酸性甚至中性的演化，還不能得出結(jié)論；各層礦物含量的跳躍性并非含量多寡的間隔跳躍，僅僅表現(xiàn)為顯著的波動。

4黃土就是火山灰的相關(guān)問題

“鑒于中國第四紀(jì)冰川規(guī)模較小，而且以山地冰川為主，僅僅由于冰川堆積的冰磧物中的細(xì)粒部分吹揚并堆積，就造成分布在我國如此大范圍之內(nèi)的厚層黃土是不太容易解釋的”[5]232，前人的認(rèn)識曾經(jīng)幾近完成。產(chǎn)生這種認(rèn)識的根源，在于冰磧物中的“細(xì)粒部分”與黃土特征的相似性和空間上的關(guān)聯(lián)性（冰緣環(huán)境）。可惜的是，這種僅“一念之差”的思路，不僅造成規(guī)模不相應(yīng)的困惑，尤其重要的是無法解釋地層層序的顛倒問題，冰磧物上部較新者先沉積，冰磧層下部較老者后沉積，不可能形成現(xiàn)今按疊覆律層序堆積的黃土。既然黃土是造成第四紀(jì)大冰期的火山灰遺跡，那么，它還應(yīng)當(dāng)出現(xiàn)在所有冰磧層中，現(xiàn)今冰芯里應(yīng)當(dāng)存在火山灰，在第四紀(jì)冰蓋區(qū)尤甚，這正是冰芯值得研究的根本原因，僅僅是其中的火山灰并非現(xiàn)今研究的重點對象而已，開始認(rèn)識冰芯中的火山灰和重視火山灰研究[1]，必將成為冰芯研究的又一個發(fā)展方向。

（一）冰磧物中的“泥質(zhì)”與格陵蘭冰芯中的“礦物粉塵”都是火山灰

冰磧層泥質(zhì)與礫石同時沉積成為泥礫巖，從來被視為冰川刨蝕作用的分選性極差的典型特征，但是，震旦紀(jì)大冰期前，地表是否存在現(xiàn)今所見之風(fēng)化土？此為質(zhì)疑之一；即使存在表層土，可以因為冰川的刨蝕作用形成泥礫巖中的泥質(zhì)，也只能成為首期冰川作用的組成物，不可能為后續(xù)冰川繼續(xù)提供泥質(zhì)，這就與冰磧層始終為泥礫巖的事實不相符。這個事實，只能說明冰磧物中的“泥質(zhì)”，與冰川的刨蝕作用無關(guān)，不是地殼表層土，而與大冰期相關(guān)，與造成大冰期的火山作用有關(guān)，是造成大冰期火山作用中的陸殼型火山灰的堆積。

從另一個角度——對冰芯研究表明，格陵蘭冰蓋中存在“礦物粉塵”[1]，其濃度在間冰期至冰期時增加100倍，并且是快速的。礦物粉塵的“粒徑分布表現(xiàn)出氣候越冷，顆粒越大”。該研究經(jīng)過對比，稱“已經(jīng)清楚地確定了礦物粉塵的源區(qū)，即位于中國西部和內(nèi)蒙古的東亞沙漠”[1]；這些礦物粉塵或者直接被稱之為火山灰[2]，稱“利用火山灰年代學(xué)可以精確地對比這一時期的陸地、海洋和冰芯的記錄。其目的是驗證火山噴發(fā)后氣候隨之發(fā)生變化的假說（Turney et al.，2004）”，“20世紀(jì)90年代中期，Termination 1年代-Vedde和Saksunarvata這兩個重要的火山灰標(biāo)志層在GRIP巖心內(nèi)被識別出……其他時期的火山灰層在GRIP和GISP2記錄內(nèi)也能分辨出來，如Settlement層和灰?guī)?層”。“最近研究表明格陵蘭冰芯存在豐富的火山灰，有時lcm厚的火山灰層用肉眼清晰可辨，有時僅出現(xiàn)通常為20～40μm、偶爾出現(xiàn)不超過5～15μm大小的少量碎屑”，“目前，NGRIP序列的詳細(xì)研究不僅揭示了某些關(guān)鍵標(biāo)志層的存在，如Vedde和Saksunarvata。火山灰層，在Termination 1時期的NGRIP記錄中已識別出總計12個火山灰層”。

這些研究表明，冰芯里有火山灰并且有多層、可以與中國黃土對比的事實，堪稱“洋殼型、陸殼型火山交響曲”[11]大冰期成因論的有力佐證。這些研究的某些結(jié)論，如礦物粉塵的粒度與氣溫的相關(guān)關(guān)系、礦物粉塵濃度與氣溫的相關(guān)關(guān)系，與中國黃土的研究成果和筆者的論點相當(dāng)合拍，為事物是有機(jī)聯(lián)系的哲學(xué)原理提供了地質(zhì)學(xué)證據(jù)。

黃土堆積之所以屬于“冰緣環(huán)境”，不是冰磧物中的細(xì)粒部分被風(fēng)積成為黃土，而是火山灰向冰川堆積的同時，也向冰緣環(huán)境堆積。格陵蘭冰芯中的礦物粉塵與中國黃土可以對比，不是因果關(guān)系，而是有共同的來源。

海洋地質(zhì)學(xué)的研究也能夠察覺冰期與間冰期的差別，例如塵埃：“在間冰期時……整個大氣中塵埃物質(zhì)減少。這種狀態(tài)在冰期時完全被倒轉(zhuǎn)過來。”[14]303同樣說明冰期大氣充滿火山灰，而間冰期火山灰塵埃落定，“完全被倒轉(zhuǎn)過來”。

（二）中緯度地帶海洋區(qū)應(yīng)當(dāng)也存在火山灰沉積

這是本理論的必然推論。火山灰既然在大陸堆積于中緯度地帶，在海洋一定也按此規(guī)律堆積。這個推論很容易得到相關(guān)學(xué)科研究的印證。海洋沉積物中“風(fēng)成粘土”，其分布規(guī)律正是產(chǎn)出于中緯度地帶。如“太平洋內(nèi)伊利石的分布最明顯的特征是20°～40°N之間有一寬的高含量帶”[14]298； 30°N有一條狹窄的石英高值帶橫穿太平洋[14]301（參見圖3）；這種“風(fēng)成粘土”就應(yīng)當(dāng)是火山灰，是經(jīng)過海水浸泡、漂移改造的火山灰。這個論點，有助于海洋地質(zhì)學(xué)關(guān)于粘土的成因和來源的爭論（陸源或海洋來源）[14]296。在北大西洋，卻不一定存在沉積層序清晰的“風(fēng)成粘土”。筆者未查詢相關(guān)資料，因為按照邏輯推理，北大西洋在第四紀(jì)大冰期中的每一次冰期，水位都大幅下降并且全部冰封，火山灰隨雪堆積于冰封的海面，需待升溫至冰面融化時期之后，整個冰封期堆積的火山灰，包括因為高濃度CO2缺氧和劇熱、驟冷造成天空的、水生的生物死滅的遺骸殘留，一并沉積到海底，這樣的沉積，既不可能在北緯30°有像北太平洋這樣穩(wěn)定的線性沉積，也不可能有像中國黃土那樣保存清晰、良好、連續(xù)和遞變的年代記錄。

（三）關(guān)于全球變暖與碳循環(huán)問題

因為全球變暖說興起，地球系統(tǒng)碳循環(huán)就自然成為研究熱點。中國氣象學(xué)家張家誠說，1979～1982年CO2排放量連年下降，之前趨勢分析的基礎(chǔ)已經(jīng)變了，現(xiàn)在仍處在第四紀(jì)大冰期的間冰期中[15]；地理學(xué)家施雅風(fēng)、大氣物理學(xué)家王明星說：“地球氣候系統(tǒng)極為復(fù)雜，包括日、日地關(guān)系、海、陸、生物圈（包括人類），影響氣候的這些因子本身也足夠復(fù)雜，這些子系統(tǒng)的擾動都可能造成不同尺度的氣候變化，現(xiàn)代科學(xué)至今還不能對大氣成分變化引起氣候變化準(zhǔn)確預(yù)測，源（來源）和匯（去向）研究得比較清楚的CO2濃度的變化趨勢無力預(yù)測，其他影響氣候的大氣成分的變化，更談不上預(yù)測了。”[16]這些就屬于對全球變暖說的不同聲音。“對冰期一間冰期氣候變化尺度上的解釋涉及諸多因素。自1982年以來，學(xué)者們對大氣的CO2濃度變化的原因進(jìn)行了大量的辯論，最近對該問題的關(guān)注已經(jīng)消退，并非由于問題得以解決，而是因為參與者己精疲力竭（Bender et al.，1997）[4]70。”地球環(huán)境問題，對大氣的CO2濃度變化的原因，沒有地質(zhì)學(xué)和對地質(zhì)作用的理解，不認(rèn)識大冰期成因，是不可能解決的，由此可見地質(zhì)學(xué)的基礎(chǔ)學(xué)科性質(zhì)。火山作用能夠噴發(fā)CO2己經(jīng)眾所周知，但是噴發(fā)數(shù)量如此之大、其干冰制冷作用能夠制造大冰期，卻無人認(rèn)識和理解。由火山爆發(fā)產(chǎn)生的火山灰，竟然就是世界研究上百年、中國研究半個多世紀(jì)的黃土，也只有查明大冰期成因之后，才可能得到正確的認(rèn)識。

（四）第四紀(jì)冰期與間冰期的劃分問題

第四紀(jì)冰期與間冰期被四分，由先而后歐洲地區(qū)是群智冰期一民德冰期一里斯冰期一玉木冰期及之間的和現(xiàn)今的間冰期，中國對比劃分出來的鄱陽冰期一大姑冰期一廬山冰期一大理冰期及之間的間冰期和現(xiàn)今的間冰期；中國謂之“黃土”的火山灰劃分出的冷暖交替有11次；格陵蘭冰芯研究發(fā)現(xiàn)的火山灰層難以勝數(shù)，都代表氣溫的冷暖交替。這就提出一個問題，是否應(yīng)當(dāng)以研究深入細(xì)致并且采用了碳、氧同位素的成果，去取代原先的冰期一間冰期劃分？筆者認(rèn)為，應(yīng)當(dāng)按照傳統(tǒng)的冰磧層代表冰期的粗略方式劃分。在歐洲，阿爾卑斯地lX是可以按冰磧層劃分冰期的地區(qū)，中國的西部山區(qū)也是可以按冰磧層劃分冰期的地區(qū)，離北大西洋一定距離的山區(qū)，都是可以按冰磧層劃分冰期的地區(qū)。所有冰磧層既發(fā)育，又距第四紀(jì)冰蓋有一定距離的山區(qū)，都可以憑借冰川的有限次數(shù)的活動所遺留下來的冰磧層劃分第四紀(jì)冰期一間冰期。冰芯、黃土研究的成果只能是為充實前人劃分的四大冰期，描繪細(xì)節(jié)。只有這些研究成果可以認(rèn)定前人的劃分出現(xiàn)了錯誤，才予以糾正，確立新的劃分標(biāo)準(zhǔn)。因為在火山作用旋同中，眾多火山此起彼伏的爆發(fā)與停歇，應(yīng)當(dāng)是無序的，即使有規(guī)律，也不是人類可以一一查明的。另外，格陵蘭冰芯中多層火山灰，顯示頻繁的降溫事件，大多僅屬于地域性，將它們稱為地球的冰期，顯然不適當(dāng)。

（五）其他問題

冰芯研究指明，所謂“格陵蘭與南極CO2濃度梯度太大，超出了可能的實際值，因此不可能實現(xiàn)對兩極間的CO2濃度梯度變化。造成這一現(xiàn)象的原因是格陵蘭冰芯中含有較高的雜質(zhì)，通過碳酸鹽反應(yīng)或有機(jī)質(zhì)的氧化可以產(chǎn)生CO2 （Delmas，1993； Anklin et aL，1997； Haan and Raynaud，1998）”，冰芯研究還指明，火山灰層（或者稱礦物粉塵濃度高）與氣溫的冷期相對應(yīng)[4]63。實際上，南極記錄的高溫事件分別對應(yīng)于格陵蘭島冷期。……大氣CO2濃度的升高分別對應(yīng)于南極冰芯記錄的升溫事件及格陵蘭冰芯記錄的降溫事件。”[4]67學(xué)者們的“超出了可能的實際值”和“格陵蘭冰芯中含有較高的雜質(zhì)通過碳酸鹽反應(yīng)或有機(jī)質(zhì)的氧化可以產(chǎn)生CO2”透露出來的事實和“論證”，是認(rèn)定大氣圈CO2濃度具有一致性基礎(chǔ)上的誤解。須知大氣圈CO2濃度是極不均勻的，在對流層尤其如此，不可能獲得“代表性數(shù)據(jù)”，那種將CO2濃度以ppm為單位，試圖突出其數(shù)值變化的做法，毫無意義。正是認(rèn)定大氣圈CO2濃度的一致性，也必然因此對格陵蘭冰芯中的所謂“含有較高的雜質(zhì)”，會試圖以“碳酸鹽反應(yīng)”和“有機(jī)質(zhì)的氧化”去解釋其中CO2高濃度的原因。這是對陸殼型火山可以災(zāi)變性地噴發(fā)大量CO2的基礎(chǔ)學(xué)科地質(zhì)學(xué)一無所知。所有這一切，使得對CO2濃度變化原因的尋求者精疲力竭。至于南極記錄的高溫事件分別對應(yīng)于格陵蘭島冷期，應(yīng)當(dāng)是一種普遍現(xiàn)象。因為當(dāng)?shù)谒募o(jì)冰蓋分布區(qū)殼型火山爆發(fā)，產(chǎn)生大量CO2干冰制冷作用范圍有限，降溫范圍之外CO2逸散的所有地區(qū)，都是CO2溫室效應(yīng)的升溫區(qū)。干冰制冷作用完成之后，高濃度CO2擴(kuò)散并以其溫室效應(yīng)迅速制造升溫事件，包括第四紀(jì)冰蓋區(qū)的所有區(qū)域，都同時出現(xiàn)升溫事件。因此冰期降溫區(qū)可以有先有后，大范圍升溫區(qū)卻有全球一致性。

祁連山郭德冰芯與西昆侖古里雅冰芯，小冰期以來存在3次冷暖交替循環(huán)，3次冷期分別為1451～1500、1601～1690、1791～1880和1420～1520、1570～1680、1770～1890，郭德冰芯記錄的氣溫變化要早于上海10～20年[17]。這就清楚顯示這些區(qū)域與第四紀(jì)冰蓋之間氣溫變化的關(guān)系，即愈靠近環(huán)北大西洋的區(qū)域（第四紀(jì)冰蓋分布區(qū)），冷期開始愈早、延續(xù)愈長，而愈遠(yuǎn)離的地方則其影響愈滯后。那種要求精確對比，在冰芯和黃土中尋覓世界性的統(tǒng)一的低溫期的思路，在絕大多數(shù)情況下，并不符合大冰期的氣溫變化規(guī)律，只有抓主要矛盾，確認(rèn)幾個全球范圍的降溫期，才可能有綱有目。這同樣要求按照廣泛分布冰磧層及其疊覆關(guān)系所確認(rèn)的降溫期，才是第四紀(jì)大冰期中的冰期，冰芯和黃土研究可確認(rèn)大綱、充實細(xì)目。

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