揭開黃土高原形成之謎

提起陜西北部的地形，人們腦海中一定會浮現出千溝萬壑的黃土高原。黃土不是中國所特有的，在世界上其他地區也有分布。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厚度可達180米。在這片區域內，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。那么，中國的黃土是怎么形成的？近代以來，隨著地質科學的不斷發展，人們對黃土成因的認識形成多種學說，最著名是“水成說”“風成說”“殘積說”“多種成因說”和“新風成說”。

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學家龐培利，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，調查中國西北煤田。幾年后，龐培利任哈佛大學采礦學教授，并發表了在中國以及中亞考察的成果。龐培利是“水成說”的先驅和代表人物，他認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。但是，提出這個觀點不久后，龐培利自己認為這個提法不夠詳細準確，證據不足，改為中國黃土的形成與巖石風化有關。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者，他認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學的先驅，曾在中國考察，業余時間還是一位多產的漢學家，曾經翻譯過中國的《道德經》。在和英國著名博物學家赫胥黎討論后，金斯密爾認為，中國黃土區域曾經是一片汪洋大海，黃土物質在海洋中不斷沉積，后來在地質作用下逐漸隆起而成。金斯密爾曾在長江下游和大運河北段做過考察，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，所以他的觀點論據不夠充分。

風成說：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：“大風從西北起，云氣赤黃，四塞天下，終日夜下，著地者黃土塵也。”從該段文字可以看出，天上掉下的“塵”是黃土，而且這種“塵”是由風從西北方向帶來的。但是，真正把黃土的形成原因與風的作用科學地聯系起來，是在近代科學產生之后。

1933年，中國地質學會召開會議，紀念一位德國地質學家誕辰100周年。著名地質學家翁文灝在這次紀念會上說：“今日中國學者所刊之報告中，往往不提李氏之名，此并非由于數典忘祖，實因李氏之功績盡人皆知，自無庸屢屢提及。”翁文灝所提的這位名為李氏的德國人，就是李希霍芬。他是中國黃土“風成說”的最早提出者和代表性人物。

1860年，李希霍芬應邀隨同德國經濟使團前往東亞考察，還于1861年到達上海，但是因為清政府的限制，他未能進行任何考察活動。1868年，李希霍芬再次來到中國，這一次他精心設計了7條考察路線，在4年時間內，考察了中國18個省區。李希霍芬在對華北、西北的調查中，提出了中國黃土成因“風成說”。李希霍芬認為，中國的黃土分布在半干燥的草原地帶，有兩個特點：一是和內陸水系的多荒漠盆地相鄰，二是附近都有高山。黃土物質的來源，就是附近山地和巖石風化后的產物。搬運黃土的動力，首先是風，其次是流水。風化物質在風力作用下，被搬運到凹地草原上，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；原生黃土經過流水再次搬運形成了次生黃土。

李希霍芬認為，當黃土沉積時，中國北方是一個復雜的草原盆地，邊緣有高聳的巖石、裸露的山嶺，氣候寒冷而干燥，并且常常有頻繁發生的猛烈大風，這些都利于黃土的形成。黃土的土層深厚，物質均一，不具層理，發育有垂直節理和鈣質結核，這些成為李希霍芬“風成說”的有力證據。

李希霍芬經過實地考察，對黃土性質有一定了解，但是對黃土的復雜性了解不夠，有些地方難免臆斷。不過，在當時黃土資料缺乏的情況下，李希霍芬的學說得到了廣泛的承認，流傳許久。

殘積說和多成因說 除了以上學說外，對黃土成因的認識還有“殘積說”。蘇聯自然地理學家貝爾格（1875～1950）在1916年提出了黃土是風化作用和成土作用的產物。“殘積說”與“水成說”“風成說”最大的區別在于，該學說認為黃土是在原地生成的。貝爾格認為，黃土和黃土狀巖石是在原地風化和成土作用下及干燥氣候條件下生成的。1947年，貝爾格又補充了他的黃土殘積生成理論，認為黃土是在干燥地帶，由富含碳酸鹽的各種細粒的巖石經過風化作用和成土作用形成，經過沖刷作用的冰磧物也是形成黃土的母質。由于巖石發生破壞，孔隙度增大，同時加上生物的活動，孔隙度更增高，經過此地質作用形成黃土。

美國地質學家維理士和中國地質學家張宗祜都認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行了考察，并在回國后著有《中國的研究》一書，他認為中國的黃土粉塵物質是風成的，但是搬運這種粉塵的營力主要是河流和洪流，他的學說被稱為“風成-沖積說”和“風成-洪積說”。張宗祜認為，中國的黃土是多種地質營力（包括殘積作用、坡積作用、沖積作用、風積作用、冰川作用）作用堆積，并在相似的氣候條件下，經過地質作用形成。它的物質來源于區內和鄰近地區的早期堆積物和基巖風化碎屑物。

新風成說：最終揭開了黃土形成之謎 “新風成說”是目前最主流的黃土成因學說，得到了學界廣泛的承認，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。

我國地質學家、中科院院士劉東生（1917～2008）提出了黃土“新風成說”。這個學說是在吸收前人的“風成說”的基礎上發展形成的。通過實地科學考察、采集樣品在室內細致分析，劉東生得出結論：黃土是風成的，是西北地區戈壁、沙漠中的細粒物質被風吹到黃土高原堆積而成的。黃土和古土壤都是在風力作用下、氣候環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境。

黃土“新風成說”在三方面突破了以前的學說。

第一，概念擴展。以前的“風成說”只強調黃土的搬運作用，“新風成說”則對黃土物質來源、搬運過程、搬運時的風力情況、沉積時候的環境面貌，以及沉積以后的變化等全過程進行了闡述，形成了一套完整的理論。

第二，時代延伸。過去的“風成說”認為，黃土高原頂部黃土沉積（又稱馬蘭黃土）是風成的，劉東生則證明黃土高原整個第四紀（在地質年代中，第四紀是新生代最后一個紀，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，空間細分。約在11萬年前至公元前9700年之間，第四紀更新世內發生了一次冰河時期，這是距今最近的冰期，被稱為末次冰期。劉東生的研究發現，在末次冰期內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方向（西北方向）逐漸變薄。除此之外，劉東生還發現，黃土的顆粒自西北向東南逐漸變細，并據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方向變細，這些均是黃土風力搬運的有力證據。

劉東生的研究結果說明，黃土沉積過程和我們現在看到的沙塵暴一樣，是逐漸從沙漠里搬運出來，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境變化的信息。

“新風成說”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據，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。（張佳靜）