中南阿拉斯加的岩土和化石

大卫·卡尔·施耐德 著；戴长雷，杨朝晖 译

(1.阿拉斯加大学安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508； 2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；3.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

中南阿拉斯加的岩土和化石

大卫·卡尔·施耐德1著；戴长雷2,3，杨朝晖1译

(1.阿拉斯加大学安克雷奇分校，阿拉斯加州 安克雷奇 99508； 2.黑龙江大学 寒区地下水研究所，黑龙江 哈尔滨 150080；3.黑龙江大学 水利电力学院，黑龙江 哈尔滨 150080)

每个地区的岩土和化石都能反应当地地质年代的变化，确定地层的年代等。文章在梳理岩石的类别以及黄土概念的基础上，对阿拉斯加中南部地区的岩土和化石情况进行了说明,指出：①中南阿拉斯加的岩石种类丰富，绝大部分基岩起源于各地体向北美克拉通贴附时隆起的海相沉积物；②马塔努斯卡河谷地区黄土层土壤十分肥沃，主要是由楚加奇山吹出的强风将附近冰川上的泥沙颗粒搬运到马塔努斯卡河谷的帕尔默周边地区后沉积下来形成的；③在中南阿拉斯加只发现了两处恐龙化石并且第三纪哺乳动物的化石和更新世的大型已灭绝的动物化石都很罕见。

岩石；黄土；化石；地质；中南阿拉斯加

1 中南阿拉斯加的岩石

1.1 岩石的类别

岩石在化学组分和成因上差异巨大。每块岩石都有自己独特的故事。要想懂岩石们这些独特的故事首先要确定它们的类型。尽管岩石是不同矿物的集合体，但是，从一位地理学家的视角来看，即便不去深入探究这些名目繁多的矿物，也常能弄明白各类地形的岩体类型。本文主要描述在自然界较为常见的几类岩石。

1.1.1 沉积岩

沉积岩可以分为碎屑沉积岩、化学沉积岩和生物沉积岩三种类型(图1)。

碎屑沉积岩由在某地侵蚀后又在异地沉积的黏土、淤泥、沙子、卵石和碎石等组成。侵蚀可以在下述营力作用下进行：冻融营力、流水营力、波浪作用、裂隙中生长的植物形成的压力、冰川研磨营力、地质构造营力，甚至风的营力。侵蚀物常常以泥沙的形式在山脚下、河谷里、湖床上、洋底上聚集起来。当沉积物越积越多时，在上覆压力的作用下，下伏的沉积层就会黏合起来。泥岩和页岩常由湖床或洋底泥粒和黏土颗粒压实而成。砂岩则常形成于沙丘、河流沉积物或古沙滩处。砾岩由砂粒、卵石或较大个的混合碎石组成，常常形成于河床或大陆斜坡处。

化学沉积岩由悬浮在水中的微粒沉积而成。石灰岩由生活在浅海处的蛤蚌、珊瑚、浮游生物以及众多微生物的贝壳和骨骼中的碳酸钙沉积形成。角岩和燧石是在水中沉积的二氧化硅质的岩石。玛瑙与之相似，且因有时会在沉积岩中由腐败的有机物遗留下来的空隙中累积形成，所以常与化石伴生。

煤块和泥炭块都是生物沉积岩，它们是由腐烂的动植物躯体在诸如沼泽这样的缺氧环境中形成的。

1.1.2 火成岩(岩浆岩)

火成岩(岩浆岩)由岩浆直接形成。火成岩(岩浆岩)有两种分类方法，一是基于组分，二是基于固化成型的位置(图2)。

图1 沉积岩样品图

酸性火成岩(岩浆岩)类(如花岗岩)包含密度较小的矿物，诸如长石(一种铝硅酸盐)和石英(二氧化硅)。基性火成岩(岩浆岩)类(如玄武岩)则包含密度较大的矿物，如铁镁质矿物。

侵入型火成岩(岩浆岩)类在地下慢慢冷却和固化，使得大型晶体可以在其中发育。花岗岩是一种非常常见的侵入酸性火成岩(岩浆岩)。它常以深成岩体的形式形成，即自地幔处慢慢涌升的大量岩浆在到达地表前固化形成。

喷出型火成岩(岩浆岩)类形成于岩浆喷出地表迅速冷却之时，常生成非常小的晶体。玄武岩是一种喷出型基性火成岩(岩浆岩)。它们在诸如夏威夷和冰岛这样的裂谷带的洋底和火山口喷出并固化形成(表1)。

图2 火成岩(岩浆岩)样品图

酸性岩类中性岩类基性岩类晶体大小侵入岩类花岗岩闪长岩辉长岩晶体较大喷出岩类流纹岩安山岩玄武岩晶体较小颜色浅深

1.1.3 变质岩

变质岩是指在足够温压作用下发生化学或结构变化的各种型式的岩石(图3)。它们可以沿着断层、洋底深海沟或者造山带等固定的地带发育形成。沉积岩有多种型式，可分为层状变质岩和非层状变质岩。层状变质岩包括片麻岩(粗粒、大块、常有条带状外观)、板岩(粉粒、板状)和片岩(中粒、片状、表面常有光泽)。非层状变质岩包括由石灰岩变质形成的大理石和由砂岩变质形成的石英岩[1]。

图3 变质岩样品图

1.2岩石的发育

由于地质条件差异巨大，所以在阿拉斯加，各种类型的岩块皆可以找到。图4展示了整个中南阿拉斯加地区各种类型岩石的分布情况。弄清楚一块岩石可能来自什么地方以及它是怎样来到当前这个位置的，将有助于我们去了解它的历史。

在中南阿拉斯加，尽管绝大部分基岩是自远方随着不同的地体而来的，但是，也有一些是极近的时代在当地发育而成。新生代的火山运动产生了大量的火成岩(岩浆岩)，它们或者侵入到已有岩石中，或者喷出到已有岩石上，那些已有的岩石多数为沉积岩。喷出型的玄武岩发育在兰格尔山区、库克湾火山群周边的地区，以及阿拉斯加山脉停喷很久的死火山区。

在阿拉斯加山脉、塔尔基特纳山以及威廉王子湾地区常可见侵入型的花岗岩。这些花岗岩在新生代时期侵入，嗣后隆升形成包括麦金利峰在内的一些高大的山峰。

中南阿拉斯加的多数岩体起源于在太平洋板块上聚集的沉积物(图5)。这些沉积物或者刮聚于古俯冲沟的岸边，或者自北美克拉通冲蚀下来后随着板块运动被向北搬运。这些沉积岩体中相当大的一部分后来隆升形成了阿拉斯加的山体，基奈山、楚加奇山和圣伊莱亚斯山就满载着砂岩、页岩及由其变质形成的岩石。

在某些地方，由古山体上冲蚀下来的沉积物被再次隆升，形成新的由陆相沉积岩组成的山峰。德奈利国家公园入口南边的许多山峰就是这样形成的，在帕尔默和瓦西拉北边的塔尔基特纳山的一段也是这样形成的。

主导库克湾流域和科珀河(铜河)流域的第四纪沉积物在性质上差异巨大[2]。随着时光的流逝，冰川和河流从这些流域的一边流到另一边，将从周边大山上侵蚀的泥沙沉积下来。在安克雷奇海滨，我们可以发现来自远处山体的花岗岩、来自塔尔基特纳山的砾岩、来自楚加奇山的变质的沉积岩、来自海相环境或湖相环境的黏土、火山灰薄层，以及许许多多其他的东西。

图4 中南阿拉斯加基岩地图

中南阿拉斯加绝大部分基岩起源于各地体向北美克拉通贴附时隆起的海相沉积物。深成花岗岩体在塔尔基特纳山、威廉王子湾，以及阿拉斯加山脉地区出露出来。兰格尔山上和阿拉斯加山脉的部分地区常可见喷出的岩浆。复活节半岛可清楚识别出蛇绿岩组合层序(在洋底扩张中心形成的一种独特的火山岩层序)。威廉王子湾的喷出火成岩估计来源于大洋底板。库克湾和科珀河(铜河)流域的大部分已为非常近期的沉积物所充填。

图5 中南阿拉斯加地表沉积物分布图

中南阿拉斯加的沉积物有几个主要的来源。低地处的大部分岩石和沉积物是冰川运动的结果；或者是同冰川直接沉积的粒径大一些的物质，或者是由冰川河和冰川河沉积的粒径小一些的物质。细粒的黄土在末次冰川运动的末期由风力吹积而成。在全新世，当代的河流是主要沉积源，偶有在构造运动作用下隆升的海相沉积物。

2 中南阿拉斯加的黄土

黄土是一种在风力作用下沉积下来的富含矿物的淤泥层，常见于冰川或者曾经是冰川的地区。从楚加奇山吹出的强风将附近冰川特别是克尼克冰川上的泥沙颗粒搬运到马塔努斯卡河谷的帕尔默周边地区沉积下来，并在地面上累积形成一厚层黄土。在干燥风大的时候，漫天的黄土沙尘云会将帕尔默地区笼罩起来[3]。

黄土层土壤十分肥沃，这是马塔努斯卡河谷成为整个阿拉斯加州最好的农业区的原因之一。夏日温暖的气候和充裕的阳光同样是开展农业的有利条件。每年八月在帕尔默召开的阿拉斯加州展览会上，马塔努斯卡河谷出产的巨型疏菜，特别是巨型卷心菜，广受赞扬并使它的产地声名远播。

3 中南阿拉斯加动物化石

中南阿拉斯加只发现了两处恐龙化石。它们都是在马塔努斯卡地层中的泥岩里被发现的，这里的泥岩是在半岛地体和部分兰格里亚复合体南缘的海洋形成的。这两只恐龙在古太平洋突然死亡，它们的遗体被迅速掩埋并封存在泥岩当中。

比这两只恐龙更为古老的是昵称为“莉齐”的一种不明类型的鸭嘴龙。莉齐生活在大约9千万年前的白垩纪中期。这使她成为所发现的化石中最古老的鸭嘴龙。阿拉斯加常能发现鸭嘴龙化石，但是，莉齐是不在北极斜坡地区发现的唯一一只鸭嘴龙化石。由于鸭嘴龙是陆生恐龙，所以，莉齐化石的发现表明，兰格里亚复合体可能在9千万年前更早的时候就已经贴附到北美克拉通之上。“更年轻一些”的恐龙样品是一个埃德蒙顿甲龙的头骨化石。埃德蒙顿甲龙是一种披甲结龙，与甲龙相似但是没有杵状的尾巴。埃德蒙顿甲龙生活在大约7千万年前的白垩纪晚期。

近年，在德奈利国家公园发现了大量的恐龙遗迹。有些脚印是鸭嘴龙和某个貌似在追捕这些鸭嘴龙的中等个头的兽脚类肉食恐龙留下的。其他的是由重达6 t身披羽毛的镰刀龙和包括5脚高个的“买格诺维皮·德奈利丝”在内的众多鸟类遗留下来的。这些动物曾在白垩纪晚期在此地漫步，在松软的沉积物上留下脚印，而这些沉积物随后变成了坎特韦尔地层。这一地层位于德奈利国家公园东半部与公园路相距不远的地方。

第三纪哺乳动物的化石在中南阿拉斯加很罕见。科迪亚克岛上发现了一个索齿兽(图6)的头骨化石。这一现已灭绝的生物生活在比冰河时期更早的大约1500万年前的时候。索齿兽与大象有远亲，与现在的海狮生活习性相近。它们不但能在陆地上行走，而且能在海滨和河口游泳[4]。

德米特里 ·波格丹诺夫绘图，获授权使用。图6 在科迪亚克岛发现的1500万年前的索齿兽颅骨化石

中南阿拉斯加发现的史前动物化石在不断增加。有些是恐龙(1500万年前的一种奇特动物)时代的化石，有些化石则与数万年前灭绝的动物更为相似。图7 中南阿拉斯加地表沉积物分布图

在中南阿拉斯加，更新世的大型已灭绝的动物化石也很少见到。尽管在末次冰期时一直未冻结的阿拉斯加的内陆地区发现了一些，但是，在中南阿拉斯加，只有近期才发现了这类化石的存在(图7)。基奈半岛南部发现了猛犸象的长牙、牙齿、骨骼化石以及西伯利亚野牛的牛角化石。它们毫无意外地可以追溯到4万年前的拿破汤冰期及其之前的冰期之间的时期，在这两个冰期的时候中南阿拉斯加淹没在水面之下。

4 结 论

(1)中南阿拉斯加的岩石种类丰富，绝大部分基岩起源于各地体向北美克拉通贴附时隆起的海相沉积物。深成花岗岩体在塔尔基特纳山、威廉王子湾，以及阿拉斯加山脉地区出露出来。兰格尔山上和阿拉斯加山脉的部分地区常可见喷出的岩浆。复活节半岛可清楚识别出蛇绿岩组合层序(在洋底扩张中心形成的一种独特的火山岩层序)。威廉王子湾的喷出火成岩估计来源于大洋底板。库克湾和科珀河(铜河)流域的大部分已为非常近期的沉积物所充填。

(2)马塔努斯卡河谷地区黄土层土壤十分肥沃，主要由楚加奇山吹出的强风将附近冰川上的泥沙颗粒搬运到马塔努斯卡河谷的帕尔默周边地区后沉积下来形成的。

(3)在中南阿拉斯加只发现了两处恐龙化石并且第三纪哺乳动物的化石和更新世的大型已灭绝的动物化石都很罕见。

[1] Beikman H M, compiler. Geologic Map of Alaska[R]. Washington: Geological Survey, 1980.

[2] Brabets, Timothy P. Geomorphology of the Lower Copper River, Alaska[R]. Washington: Geological Survey, 1997.

[3] Karlstrom, Thor N V. Geology of the Kenai Lowland, Alaska; Plate 4. Quaternary Geology of the Kenai Lowland the Glacial History of the Cook Inlet Region Alaska[R]. Washington: Geological Survey, 1964.

[4] Crowell, Aron L, Mann, et al. Archaeology and Coastal Dynamics of Kenai Fjords National Park, Alaska[R]. Anchorage: Alaska Support Office, National Park Service, Dept. of Interior, 1998.

Rocks, loess and fossils of Southcentral AlaskaWritten by

David K.Snyder1； Translated by DAI Changlei2,3, YANG Zhaohui1

(1.UniversityofAlaska-Anchorage,Anchorage99508,USA;2.InstituteofGroundwaterinColdRegion,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China;3.SchoolofHydraulic&Electric-power,HeilongjiangUniversity,Harbin150080,China)

Rocks, loess and fossils can response the local geological changes. Studying them is benefit to understand the morphogenesis of Southcentral Alaska. This paper explains the situation of rocks, loess and fossils in Southcentral Alaska on the basis of combing the category of the rock and the loess concept under the premise of knowledge. It points out: ①There are abundant rock types in Southcentral Alaska. Most of the bedrock of Southcentral Alaska originated as marine sediments that were uplifted when terranes accreted onto the continent.②Soil that develops on a loess layer is particularly fertile Matanuska Valley. The landscape around Palmer in the Matanuska Valley has thick layers of loess that have accumulated as strong winds blow out of the Chugach Mountains carrying particles of silt off nearby glaciers.③Only two dinosaur fossils have been located in Southcentral Alaska. Tertiary mammal fossils and the fossils of large, extinct Pleistocene mammals are a rarity.

rocks; loess; fossils; geology; Southcentral Alaska

中科院寒旱所冻土工程国家重点实验室开放基金项目(NO.SKLFSE201310)；国家自然科学基金项目(NO.1202171)

大卫·卡尔·施耐德(1969-)，男，助理教授，主要从事自然地理及地理信息系统方向的科研和教学工作。

译者简介：戴长雷(1978-)，男，教授，主要从事寒区地下水及国际河流方向的教学及科研工作。

P585

A

2096-0506(2016)12-0015-07