黃土天書(shū)——破解黃土身世之謎（下）

1

在洛川黃土國(guó)家地質(zhì)公園里，

不僅可以看到黃土的百態(tài)千姿，

更為重要的是，

這里有著極為完整的

黃土和紅色土系列，

當(dāng)年劉東生破解了黃土成因之謎后，

轉(zhuǎn)戰(zhàn)洛川探察黃土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

對(duì)地質(zhì)工作者來(lái)說(shuō)野外考察

充滿(mǎn)了艱苦和危險(xiǎn)，

然而探究并獲知自然界奧秘的天職，

又使得他們不畏險(xiǎn)阻不斷前行，

每年總會(huì)有不同學(xué)校的學(xué)生

來(lái)此實(shí)習(xí)考察 。

在同一黃土剖面上為什么會(huì)出現(xiàn)

這么多紅色條帶？

黃土變紅是因?yàn)槭苡晁牧芟?/p>

碳酸鈣流失含鐵礦物氧化而成，

這說(shuō)明紅色土是在濕潤(rùn)的氣候

條件下堆積而成。

按照這個(gè)邏輯推理，

較少受到雨水沖積的黃土

很可能是在氣候干燥的情況下形成的，

那么這是否意味著在兩種顏色的土層間

存在著氣候環(huán)境的差異呢？

順著這個(gè)思路，

劉東生查閱國(guó)內(nèi)外早期有關(guān)

紅色條帶的地質(zhì)文獻(xiàn)，

并采集了大量紅色土樣品帶回

實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行分析研究，

同時(shí)與團(tuán)隊(duì)的成員展開(kāi)討論，

之后他又咨詢(xún)了土壤學(xué)家朱顯謨，

從而確定了黃土剖面中這些

顏色偏紅的層位

是遠(yuǎn)古地質(zhì)時(shí)期的古土壤。

2

黃土高原的蝸牛品種大體可以歸入

兩大生態(tài)類(lèi)型，

一種是干冷型，

喜歡寒冷干燥的氣候環(huán)境。

另一種是濕暖型 ，

在溫暖濕潤(rùn)的自然條件下才能生存。

既然他們生存的條件差別如此之大，

它們的化石自然就成為

揭示當(dāng)時(shí)氣候環(huán)境特征的證據(jù)。

由此劉東生和他的團(tuán)隊(duì)在黃土剖面上

從新黃土到古土壤自上而下

逐層采集蝸?；?/p>

最終他們發(fā)現(xiàn)在古土壤中保存有大量

濕潤(rùn)型蝸?；?/p>

而在黃色土壤中則主要是

干冷型蝸?；?/p>

這個(gè)現(xiàn)象就充分說(shuō)明古土壤代表了

地質(zhì)歷史時(shí)期較為溫暖濕潤(rùn)的階段，

而黃土層對(duì)應(yīng)的是地質(zhì)歷史時(shí)期

相對(duì)干冷的階段。

然而當(dāng)劉東生和團(tuán)隊(duì)根據(jù)

這樣的冷暖關(guān)系對(duì)

黃土高原地區(qū)不同的黃土剖面

展開(kāi)更為細(xì)致的研究后，

發(fā)現(xiàn)他們正面臨巨大的挑戰(zhàn)，

那就是來(lái)自當(dāng)時(shí)在國(guó)際地學(xué)界

已通行許久并占據(jù)第四紀(jì)學(xué)術(shù)界

穩(wěn)固地位的“四次大冰期學(xué)說(shuō)”。

3

所謂第四紀(jì)是指

從大約260萬(wàn)年前直到現(xiàn)在的時(shí)間段

是地球發(fā)展史進(jìn)入的最新階段。

當(dāng)時(shí)西方地學(xué)界的主流觀(guān)點(diǎn)是

第四紀(jì)僅出現(xiàn)過(guò)4次大規(guī)模的冰川期，

按照這個(gè)理論同樣形成于

第四紀(jì)的黃土高原上，

也應(yīng)該存在4次古土壤和黃土

交替的現(xiàn)象。

然而通過(guò)對(duì)洛川黃土分層

的研究和測(cè)算，

劉東生和其科研團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)交替

條紋遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了4次，

竟然達(dá)到了32次之多。

也就是說(shuō)劉東生的研究

結(jié)果表明在第四紀(jì)

至少出現(xiàn)了32次的冷暖輪回

而不是僅僅4次，

這是什么原因呢？

4

20年間不同領(lǐng)域的科學(xué)工作者

將各個(gè)階段研究出的學(xué)術(shù)成果

用于治理黃土高原水土

流失的實(shí)踐中去。

由于他們清晰地劃分出了

不同地區(qū)黃土的成因、性質(zhì)、

地層結(jié)構(gòu)和厚度，

因此明確了土壤的侵蝕規(guī)律，

得出了黃土在水的沖刷下

流失速度有所不同。

這一結(jié)論對(duì)指導(dǎo)高原地區(qū)農(nóng)戶(hù)

如何通過(guò)種植不同植被來(lái)保護(hù)水土流失

起到了關(guān)鍵性的作用，

至此，黃土高原貧瘠荒涼

的面貌大為改觀(guān)。

5

此時(shí)正值上世紀(jì)七十年代末期，

中國(guó)的科技事業(yè)步入

快速發(fā)展的新時(shí)期。

中國(guó)科技工作者與國(guó)際同行的

合作與交流開(kāi)始增多，

劉東生念念不忘的黃土與

古土壤的氣候多旋回問(wèn)題

有了新的研究方向。

用古地磁技術(shù)來(lái)測(cè)定

黃土的年齡和第四紀(jì)的年齡是否一致，

就可以判定第四紀(jì)是經(jīng)歷了4次

還是32次冷暖變化。

帶著這個(gè)謎題時(shí)年64歲的劉東生

利用到國(guó)外從事研究的機(jī)會(huì)，

在瑞士聯(lián)邦地質(zhì)研究所開(kāi)展了

黃土古地磁和磁化率研究。

他和瑞士科學(xué)家海勒教授合作，

將從中國(guó)帶去的100多份黃土巖芯樣品

進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)一年的測(cè)量和分析。

研究結(jié)果證實(shí)了中國(guó)黃土記錄了

整個(gè)第四紀(jì)時(shí)期的古地磁極性變化。

表明中國(guó)黃土形成于第四紀(jì)。

開(kāi)始直到近代，

測(cè)得的磁化率曲線(xiàn)清晰反映了

黃土和古土壤相應(yīng)的峰谷變化，

每個(gè)黃土層和古土壤層的旋回交替

都有其具體的年代

均代表一次獨(dú)立的氣候環(huán)境。

這一系列的研究結(jié)果表明：

地球百萬(wàn)年以來(lái)不只是

發(fā)生了四次大的氣候冷暖振蕩，

而應(yīng)該是多次。

可以說(shuō)正是劉東生用中國(guó)的黃土

打造了一把測(cè)算第四紀(jì)古氣候

與環(huán)境演化的標(biāo)尺，

在科學(xué)界如此重要的發(fā)現(xiàn)

往往需要另一把標(biāo)尺與其進(jìn)行“比對(duì)”，

才能驗(yàn)證它的準(zhǔn)確性。

那么和黃土具有同樣宏觀(guān)尺度的

參照體系究竟在哪里呢？

6

有孔蟲(chóng)形態(tài)各異、體型微小，平均

在一毫米左右，

只有砂礫那么大。

有孔蟲(chóng)生活在深邃的海洋里，

和黃土中的蝸牛一樣，

它們的殼體也可以反映出非常

有用的環(huán)境信息，

被稱(chēng)為“大海里的小巨人”。

用深海鉆探技術(shù)提出海底沉積物里

的有孔蟲(chóng)化石，

并對(duì)它進(jìn)行氧同位素的研究。

是西方科學(xué)家參破古氣候之謎的

一種行之有效的手段。

上世紀(jì)六十年代，

美國(guó)和英國(guó)的科研工作者

就利用氧同位素來(lái)研究

第四紀(jì)氣候變化。

劍橋大學(xué)的沙克爾頓教授通過(guò)深海鉆孔

獲取了豐富的海底有孔蟲(chóng)化石。

測(cè)定了氧同位素值，

繪制出了對(duì)應(yīng)遠(yuǎn)古地質(zhì)時(shí)期

氣候冷暖變化曲線(xiàn)

推翻了經(jīng)典的“四次大冰期學(xué)說(shuō)”。

7

當(dāng)沙克爾頓的氧同位素曲線(xiàn)

被劉東生拿來(lái)與黃土的磁化率曲線(xiàn)

進(jìn)行對(duì)比時(shí)，驚人的發(fā)現(xiàn)！

這兩條曲線(xiàn)幾乎完全吻合！

也就是說(shuō)在遙遠(yuǎn)的大洋彼岸

打造出的這把古氣候演化標(biāo)尺，

與相隔萬(wàn)里的中國(guó)黃土所反映的第四紀(jì)多旋回氣候變化

產(chǎn)生了一種最高級(jí)別的無(wú)聲呼應(yīng)。

8

劉東生的這一發(fā)現(xiàn)代表了

中國(guó)地學(xué)界發(fā)出的最強(qiáng)音！

在以西方海洋文明主導(dǎo)的國(guó)際地學(xué)界，

孕育中國(guó)華夏文明的黃土

展現(xiàn)了傲人的風(fēng)姿，

開(kāi)辟了陸地沉積物與海洋沉積物

對(duì)比的先河。

至此黃土高原成為地質(zhì)學(xué)家窺探遠(yuǎn)古氣候環(huán)境變化的重要窗口，

與極地冰芯和深海沉積并列成為

研究全球氣候環(huán)境變遷的三大支柱，

組成了一個(gè)可以互相參照的標(biāo)尺系統(tǒng)。

作為地球上唯一的一座黃土高原，

其蘊(yùn)含的科學(xué)奧秘最終交由一個(gè)

黃皮膚的中國(guó)人來(lái)解答，

這既是一種使命

也是對(duì)中國(guó)科學(xué)家孜孜

探索自然的最好回報(bào)！

然而從科學(xué)角度來(lái)說(shuō)

任何一種學(xué)說(shuō)得以新的延展和創(chuàng)新

無(wú)不來(lái)源于大膽的想象力

和富有開(kāi)拓的實(shí)踐探索精神。

2002年4月12日，

一場(chǎng)隆重的頒獎(jiǎng)典禮

在美國(guó)洛杉磯舉行，

由于在古氣候古環(huán)境研究中

做出的特殊貢獻(xiàn)

劉東生在85歲的耄耋之年，

獲得了國(guó)際環(huán)境科學(xué)的

最高獎(jiǎng)—泰勒獎(jiǎng)，

這是有環(huán)境領(lǐng)域諾貝爾獎(jiǎng)之稱(chēng)的

世界級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，

截至目前劉東生是唯一一個(gè)

獲得此項(xiàng)大獎(jiǎng)的中國(guó)大陸人。

9

嚴(yán)格、勤奮、好奇、謙遜

這是學(xué)生們對(duì)劉東生的描述，

也是所有熟悉他的人對(duì)他由衷的評(píng)價(jià)。

74歲在常人看來(lái)應(yīng)該休閑的年紀(jì)

但劉東生依然行走在科考第一線(xiàn)，

79歲在他生日那一天赴北極科考，

84歲時(shí)他第七次踏上青藏高原的征程，

87歲時(shí)他又出現(xiàn)在羅布泊。

劉東生一生致力于黃土與第四紀(jì)

地質(zhì)學(xué)研究，

發(fā)表了許多影響深遠(yuǎn)的論文和專(zhuān)著

并留下了大量的考察筆記和

珍貴的錄音資料，

在他錄制的最后一盤(pán)錄音帶里

老人留下了這樣的聲音。

10

將中國(guó)的黃土推向世界科學(xué)的舞臺(tái)，

這是劉東生和幾代地質(zhì)工作者

努力探索和研究的結(jié)果！

在劉東生看來(lái)他只是有幸翻開(kāi)了

黃土天書(shū)的部分內(nèi)容

而這一領(lǐng)域的科學(xué)探索終將還會(huì)繼續(xù)。

天書(shū)無(wú)垠、行者無(wú)疆

這便是一代又一代地學(xué)人對(duì)科學(xué)探索的最好詮釋?zhuān)?/p>

黃土天書(shū)已經(jīng)翻閱完畢，

其中蘊(yùn)藏的地質(zhì)哲理、科學(xué)精神

是否觸碰到你的心底？

作者：張志越