地质旋回和气候旋回的不同 [[转载]太行山大峡谷:地质期气候档案]

地质期气候变迁得到印证

山西壶关县东南的太行山大峡谷，有浓荫蔽日的林海，有刀削斧劈的峭壁，有千奇百态的山石，有如练似银的瀑布,有碧波荡漾的深潭，又有引人神往的溶洞。险峰、奇石、深潭、银瀑，虚实明暗，参差不齐，错落有致，相映成趣。谷中的天桥是迄今为止我国北方最大的天然石拱桥,而八泉峡以断岩流水、飞瀑苍松而被称为“世界级极品旅游资源”。2005年8月被地质矿产资源部列为“国家地质公园”。

峡谷里众多的岩壁是典型的地质断层，是难得的地质科研场所，经过亿万年的地壳运动和岩桨侵蚀作用沉积下来的地质遗迹开始吸引中外科学家的眼球。同时，峡谷气候独特，气候资源丰富，广大的崇山峻岭间，人迹罕至，常年雾霭缭绕，绝壁之上，常年流瀑下泻。但广大的太行峡谷地区的年降雨量有多少，我们不知道，气温高低差异也不知道。面对扑朔迷离的峡谷气象和众多地质遗迹，我们是很难抑制探究大自然秘密的好奇心的，这里也应该是研究古代气候变迁的一个场所。

通过对太行山大峡谷断层的考察，我们可以了解地球的形成、地壳运动，以及太行山大峡谷在古代地质时期所处的位置和发生的变化，还能了解古代地质时期的气候变迁。按照这个思路，2005年10月，笔者对大峡谷古代气候遗迹进行了为期一个月的调查，竭力寻找从太古代、元古代、古生代寒武纪、奥陶纪，直到新生代第四纪各个地质时期的遗迹。经过初步研究发现，断层里蕴含着丰富的地质时期气候信息，地质时期的“冷-热-冷-热-冷”气候变迁在这里得到印证。

10月初的大峡谷，峭壁夹缝中吐出的灌木，一绺绺挂在上面。我们首先来到峡谷的底部青龙峡，顺着当地地矿局工程师给我们的草图，没费多少劲就找到了那片新太古代赞皇群变质岩，尽管分布区域有限，但我们还是非常兴奋，毕竟这是我们能看到的最古老的岩石了。随后，我们一路插到谷底的桥上乡大河村一带，在这里从中元古代到古生代石炭纪的岩层出露非常典型，地质学家称为“大河组地层”，比较完整的出露和比较大的厚度，成为太行山大峡谷地层的典型代表。主要分布有：中元古代的紫红色石英状砂岩、粉砂岩，夹少量泥岩，岩石中铁质含量高；古生代寒武纪的碎屑岩—碳酸盐混合沉积，岩性以紫红色页岩、泥灰岩、颗粒灰岩为主；古生代奥陶纪的典型的陆表海碳酸盐沉积，代表性岩石有：砾屑灰岩、砂屑灰岩、鲕粒灰岩、叠层石灰岩等；古生代石炭纪的海陆交互相的含煤沉积岩，主要岩性有泥岩、页岩、砂岩、铁质粘土岩等，这里分布有大量的铁矿、铝土矿、煤矿。

今年6月，我们又一次来到大峡谷寻找中生代时期的地质遗迹。位于峡谷北部的石河沐乡一带分布着的中性闪长岩（花岗岩）类岩体。从侵入形成时间先后大致分早晚两期，早期形成偏基性橄榄角闪长岩、辉长辉绿岩、角闪辉长岩、角闪闪长石等，分布在沙陀村附近；晚期形成闪长岩，与石灰岩接触形成接触交代型磁铁矿，分布在梁家沟附近。

按照地球气候变迁史的划分，一般分为地质时期（距今22亿年—1万年）的气候变迁、历史时期（距今1万年以来）的气候起伏和近代（最近一、二百年）的气候变动三个阶段。对于后两个阶段的气候变化，有史书记载，有气象记录，研究结论比较详细；而对地质时期气候变化主要是靠对地质沉积物和古生物化石等遗迹去研究，研究结果较简单，漫长的地质时期气候变化可分为三个冷期和两个暖期，在冷暖交替的过程中兼有干湿的变化。

地质时期地球气候史与太行山大峡谷地质岩层对照表

我们把地质时期地球气候史与太行山大峡谷地质岩层进行一个对比，可以看出：

对太古代和元古代的气候状况，由于年代久远，证据缺乏，研究不太详细，只能说明当时地球上已经有大气圈和水圈，真正的冷暖和干湿变化是从距今6亿年前的元古代震旦纪开始的，此时是冷期，即第一个冷期。震旦纪之后是距今5亿年前的古生代寒武纪，此时气候转暖，太行山大峡谷地层中寒武纪和奥陶纪地层分布极广，说明当时地壳运动非常剧烈，峡谷由海洋上升为陆地，寒武纪的碎屑岩——碳酸盐混合沉积和奥陶纪的陆表海碳酸盐沉积岩就是在潮坪、潮下浅滩的沉积环境下形成的，地层中含盐层，说明当时气候干燥，地层中带红色或紫色，说明当时气候炎热，氧化作用强，这是第一个暖期；志留纪和泥盆纪的地层遗迹较少，说明当时地壳运动相对平静，温暖的气候状况一直延伸，干燥现象却有所缓解；到石炭纪时已是典型的温暖湿润气候，湿润环境有利于煤的形成，峡谷以西的百尺乡、黄山乡一带有丰富的煤炭资源；随后进入二迭纪，气候转冷，这第二个冷期相对短暂，之后又变暖，湿润则被干燥取代，此时已是中生代。中生代时，峡谷的地质岩层已基本成型，后来又经过两次地壳运动，即中生代的燕山运动和新生代的喜玛拉雅山运动造就了今天的山脉和峡谷。到新生代后期的第四纪，大峡谷的地形地貌已具有现在的特征，大气中的含氧量也达到现在的水平。中生代和新生代期间，一直是比较温暖的气候，干湿则交替出现，第四纪后期气温下降，转入第三个冷期。大概在距今1万年前，地质时期结束，进入历史时期。

硅化木石佐证燕山运动前期气候

>说：“发鸠之山，其上多柘木。有鸟焉，其状如乌，文首，白喙，赤足，名曰精卫，其名自詨。是炎帝之少女，名曰女娃。女娃游于东海，溺而不返，故为精卫。常衔西山之木石，以堙于东海。” “精卫填海”的传说就发生在太行之巅发鸠山。又据>卷上云：“昔炎帝女溺死东海中，化为精卫，偶海燕而生子，生雌状如精卫，生雄状如海燕。今东海精卫誓水处，曾溺此川，誓不饮其水。一名誓鸟，一名冤禽，又名志鸟，俗称帝女雀。”晋代诗人陶渊明曾在>中写道：“精卫衔微木，将以填沧海。刑天舞干戚，猛志固常在。”精卫的故事悲切而壮丽，这只小鸟锲而不舍，一点一滴地从事征服海洋的故事，长治人把她作为艰苦卓绝、锐意进取精神的象征世世代代激励自己。

发鸠山是太行山主峰之一，位于长治西50公里处，海拔1646.8米，山势矗立，雄伟壮观，山头云笼雾罩，翠奔绿涌。发鸠山蜿蜒向东南是她的支脉仙翁山。1977年，在这里发现了总面积达21平方公里的木化石，目前可直接观赏的共有100余株。其中树身最长的为14米，最短的直径为1.24米，呈褐色，有松、柏等多个树种，甚至有亚热带才有的树种。据地质学家鉴定，长治木化石群形成于2.5亿年前的晚二叠纪，属新生代第三纪范畴，为国家第一类古迹，举世无双。长治木化石群的发现，填补了世界木化石种类的空白。木化石又名树化石、化石木，在地质学上称为硅化木，在2.5亿年前剧烈的地壳运动中，被泥土、沙石和火山灰覆盖的原始森林，由于二氧化硅水溶液的长期作用，逐渐形成为具有原始树木结构的硅质岩石。它所遭遇的氧化物的不同，又使它呈现出红、黄、黑、紫等不同的颜色。而红褐色的年代则最为久远，它的形成要比普通木化石早１亿年左右。因此，长治木化石群规模之浩大，分布之均匀，保存之完整，品种之珍贵，都令人叹为观之。它的发现，无论是对考古、科研，还是旅游、观赏，都具有不可估量的价值。1996年，经山西省人民政府批准，长治木化石自然保护区正式成立，木化石森林公园正在建设之中。

两亿五千万年前，这里水草丰美，沟深林密，松柏常青。两亿五千万年前，风生水起，天地造化了这块神奇土地。想来那时的气候一定是另外一个样子，沧海桑田，这里发生过怎样的故事，我们无从知道。但是，一座山的神话传说与地质奇观同时存在，两者之间有没有关联？气候发生了怎样变迁？气候变化对环境变化起了什么作用？那只神鸟栖息过的植物园为何消失？残留在木化石里的古代气候信息有多少？

两亿五千万年前，正是燕山运动前期，我们无从详细知道漫长的一亿多年的造山运动如何让太行山变成了今天的模样，但这些木化石至少佐证了燕山运动前期即二叠纪三叠纪交叉期太行山地区的气候有过短暂的暖湿期，期间种类繁多的植物郁郁葱葱。

太行山大峡谷是最古老的吗

淮南子说：“往古之时，四极废，九州裂；天下兼覆，地不周载。火监焱而不灭，水浩洋而不息；猛兽食颛民，鸷鸟攫老弱。于是女娲炼五色石以补苍天，断鳌足以立四极，杀黑龙以济冀州，积芦灰以止*水”。女娲补天，就在天台山，天台山是太行山一脉。这个传说让我们联想到，亿万年来，*水汹涌，山洪肆虐，一路下切，以至太行山东侧万千沟壑。

传说归传说，联想归联想，那么这个大峡谷到底是怎样形成的呢？

在地质学中有一个名词叫“中朝准地台”，即中国加上南北朝鲜是一个很稳定的地区，地台就象一个台子一样，它的基础是新太古代（25亿年以前）时期的变质岩系，上面是盖层，元古代、古生代等时期的岩层一层一层地盖上去。

太行山大峡谷中的地层主要是古生代寒武纪和奥陶纪时期形成的石灰岩，下面是寒武纪，上面是奥陶纪，这是构成大峡谷地层的基础。在奥陶纪以前，地台非常稳定，整个山西淹没在一片海洋之中，中奥陶纪时期的加里东地壳运动，这里抬升为陆地。随后经过几个时期如志留纪、泥盆纪、石炭纪的大规模造山运动，在奥陶纪侵蚀面上形成了铁矿、金矿、铝土矿等矿藏。中生代时期的燕山运动，整个山西向上升起，形成高原（相对于平原而言）。新生代第三纪时期的喜玛拉雅山运动，高原升的更快，上升过程中抬升了垂直运动，使得太行山急速上升，形成山脉。

在八泉峡、红豆峡等景区的地层中有两组节理，即石头中间有两条缝，一个南北向，一个东西向，流水渗进去以后，沿着这两条缝向下切割。燕山运动时期，由于石灰岩很容易溶解，太行山在抬升过程中，随着流水的入侵，岩石不断溶解，形成了纵横交错的峡谷，因此峡谷是深切的，很窄也很深。峡谷也是沿两个方向延伸，与地质构造方向一致或近乎一致（南北向）的纵谷，有八泉峡、红豆峡、五指峡等，与地质构造方向正交或近乎正交（东西向）的横谷主要是龙泉峡和王莽峡。

让我们把太行山大峡谷与美国科罗拉多大峡谷和我国雅鲁藏布大峡谷作个比较，可能会得出一个有意思的结论：太行大峡谷没有其他两个更深更长，但它却更古老。

亿万年前，北美洲内陆，亚利桑那州和犹他州之间，这里也同喜马拉雅山一样，曾是一片汪洋大海，造山运动使它崛起。然而由于石质松软，经过数百万年（也有说几千万年甚至上亿年）的漫长岁月里，科罗拉多河的激流在一片高原上雕刻切割出了一道巨大的横沟，两岸岩壁被磨擦切割成今天全长近400公里、宽约20公里、平均深度1500米的世界著名大峡谷。两侧谷壁呈现阶梯状，由各种代表不同地质年代的岩石重叠而成，像亿万卷图书层层叠叠构成了变化莫测、缤纷绚丽的七彩图案。但是请注意，它的切割是靠了科罗拉多河的巨大流量和石质的松软。

雅鲁藏布大峡谷则更为年轻，这与青藏高原年轻有关。但是，较年轻又何以形成如此奇丽壮观的大峡谷？直接原因与该地区地壳3百万年来的快速抬升及深部地质作用有关。15万年以来，大峡谷地区的抬升速度达到30毫米／年，是世界抬升最快的地区之一。最新地质考察获得的证据表明，大峡谷形成的根本原因是该地区存在着软流圈地幔上涌体。雅鲁藏布大峡谷地区地幔上涌体可能是大峡谷水汽通道形成的一个重要因素，也可能是以该地区为中心的藏东南成为所谓“气候启动区”的原因，还可能是该地区生物纬向分布北移3至5度的重要原因。

雅鲁藏布大峡谷形成的地质特征和美国科罗拉多大峡谷基本相似，无论如何，太行山地区都没有出现过科罗拉多河和雅鲁藏布江那样大的水系，岩层又是比较坚硬的石灰岩层，它是靠洪水冲刷和溪水侵蚀形成的，因此成型时间漫长，前面说过，太行大峡谷形成于燕山运动时期，说它是古老的峡谷，难道没有道理吗？仅仅靠涓涓细流来溶解，万丈深渊的形成该是怎样的一种细工满活儿呀。这真有点像这里的人民，坚韧不拔，毅力卓绝。这也让我们联想到愚公移山的故事，那个倔犟老头门前的这座太行山阻碍了交通，他发动子子孙孙挖山不止，感动了天帝，把太行山背到了现在的位置，或许这千沟万壑是愚公挖出来的？但是我们宁愿相信这是神话。亿万年的滴水穿石，在我们的心灵深处感知到了她的庄严、静穆和深邃，现代文明不断征服大自然的同时，却仍然留下了如此壮丽的原始洪荒，使得我们能够喟叹大自然的无所不能，也让我们能够有机会窥探大自然的种种秘密。

于2006年10月