揭开黄土高原形成之谜

提起陕西北部的地形，人们脑海中一定会浮现出千沟万壑的黄土高原。黄土不是中国所特有的，在世界上其他地区也有分布。但是，中国的黄土最具典型性。中国的黄土分布最广，地层最全，厚度最大，而且有独一无二的黄土高原，黄土覆盖最厚的地区厚度可达180米。在这片区域内，有着中国五分之一的耕地面积，生活着2亿人，他们的衣食住行无不与黄土息息相关。那么，中国的黄土是怎么形成的？近代以来，随着地质科学的不断发展，人们对黄土成因的认识形成多种学说，最著名是“水成说”“风成说”“残积说”“多种成因说”和“新风成说”。

水成说：水带来了黄土？ 最早研究中国黄土的欧洲人是德国地质学家庞培利，他也是黄土成因“湖积说”的最早提出者。

1864年，庞培利受清政府邀请，调查中国西北煤田。几年后，庞培利任哈佛大学采矿学教授，并发表了在中国以及中亚考察的成果。庞培利是“水成说”的先驱和代表人物，他认为中国的黄土来自黄河携带的泥沙，后流入淡水湖泊，慢慢在湖泊中沉积形成。这个想法的提出，可能和他观察到黄河携带大量泥沙有关。但是，提出这个观点不久后，庞培利自己认为这个提法不够详细准确，证据不足，改为中国黄土的形成与岩石风化有关。但无论如何，庞培利开了“湖积说”的先河。

金斯密尔是另一位研究中国黄土的欧洲学者，他认为中国黄土是因为海水作用而成，是“海成说”的代表人物。金斯密尔是英国地质学的先驱，曾在中国考察，业余时间还是一位多产的汉学家，曾经翻译过中国的《道德经》。在和英国著名博物学家赫胥黎讨论后，金斯密尔认为，中国黄土区域曾经是一片汪洋大海，黄土物质在海洋中不断沉积，后来在地质作用下逐渐隆起而成。金斯密尔曾在长江下游和大运河北段做过考察，也曾考察过山东和四川的煤矿，还在中国居住多年。或许通过对考察区域的了解，他提出了“海成说”的观点。但毕竟金斯密尔没有真正到过中国西部干旱半干旱的黄土高原地区，所以他的观点论据不够充分。

风成说：天上掉下的“尘”是黄土？ 早在我国汉代，班固在《汉书》中就有对黄土的记载：“大风从西北起，云气赤黄，四塞天下，终日夜下，著地者黄土尘也。”从该段文字可以看出，天上掉下的“尘”是黄土，而且这种“尘”是由风从西北方向带来的。但是，真正把黄土的形成原因与风的作用科学地联系起来，是在近代科学产生之后。

1933年，中国地质学会召开会议，纪念一位德国地质学家诞辰100周年。著名地质学家翁文灏在这次纪念会上说：“今日中国学者所刊之报告中，往往不提李氏之名，此并非由于数典忘祖，实因李氏之功绩尽人皆知，自无庸屡屡提及。”翁文灏所提的这位名为李氏的德国人，就是李希霍芬。他是中国黄土“风成说”的最早提出者和代表性人物。

1860年，李希霍芬应邀随同德国经济使团前往东亚考察，还于1861年到达上海，但是因为清政府的限制，他未能进行任何考察活动。1868年，李希霍芬再次来到中国，这一次他精心设计了7条考察路线，在4年时间内，考察了中国18个省区。李希霍芬在对华北、西北的调查中，提出了中国黄土成因“风成说”。李希霍芬认为，中国的黄土分布在半干燥的草原地带，有两个特点：一是和内陆水系的多荒漠盆地相邻，二是附近都有高山。黄土物质的来源，就是附近山地和岩石风化后的产物。搬运黄土的动力，首先是风，其次是流水。风化物质在风力作用下，被搬运到凹地草原上，草原上生长的植物将其固定下来，逐渐增厚，形成黄土，这种黄土是原生黄土；原生黄土经过流水再次搬运形成了次生黄土。

李希霍芬认为，当黄土沉积时，中国北方是一个复杂的草原盆地，边缘有高耸的岩石、裸露的山岭，气候寒冷而干燥，并且常常有频繁发生的猛烈大风，这些都利于黄土的形成。黄土的土层深厚，物质均一，不具层理，发育有垂直节理和钙质结核，这些成为李希霍芬“风成说”的有力证据。

李希霍芬经过实地考察，对黄土性质有一定了解，但是对黄土的复杂性了解不够，有些地方难免臆断。不过，在当时黄土资料缺乏的情况下，李希霍芬的学说得到了广泛的承认，流传许久。

残积说和多成因说 除了以上学说外，对黄土成因的认识还有“残积说”。苏联自然地理学家贝尔格（1875～1950）在1916年提出了黄土是风化作用和成土作用的产物。“残积说”与“水成说”“风成说”最大的区别在于，该学说认为黄土是在原地生成的。贝尔格认为，黄土和黄土状岩石是在原地风化和成土作用下及干燥气候条件下生成的。1947年，贝尔格又补充了他的黄土残积生成理论，认为黄土是在干燥地带，由富含碳酸盐的各种细粒的岩石经过风化作用和成土作用形成，经过冲刷作用的冰碛物也是形成黄土的母质。由于岩石发生破坏，孔隙度增大，同时加上生物的活动，孔隙度更增高，经过此地质作用形成黄土。

美国地质学家维理士和中国地质学家张宗祜都认为黄土的成因有很多种，提出了“多成因说”。1903年，维理士对中国黄土进行了考察，并在回国后著有《中国的研究》一书，他认为中国的黄土粉尘物质是风成的，但是搬运这种粉尘的营力主要是河流和洪流，他的学说被称为“风成-冲积说”和“风成-洪积说”。张宗祜认为，中国的黄土是多种地质营力（包括残积作用、坡积作用、冲积作用、风积作用、冰川作用）作用堆积，并在相似的气候条件下，经过地质作用形成。它的物质来源于区内和邻近地区的早期堆积物和基岩风化碎屑物。

新风成说：最终揭开了黄土形成之谜 “新风成说”是目前最主流的黄土成因学说，得到了学界广泛的承认，它的提出，基本平息了170多年的黄土成因之争，最终揭开了黄土形成之谜。

我国地质学家、中科院院士刘东生（1917～2008）提出了黄土“新风成说”。这个学说是在吸收前人的“风成说”的基础上发展形成的。通过实地科学考察、采集样品在室内细致分析，刘东生得出结论：黄土是风成的，是西北地区戈壁、沙漠中的细粒物质被风吹到黄土高原堆积而成的。黄土和古土壤都是在风力作用下、气候环境变化的条件下形成的，它们形成时处于一种干旱的气候环境。

黄土“新风成说”在三方面突破了以前的学说。

第一，概念扩展。以前的“风成说”只强调黄土的搬运作用，“新风成说”则对黄土物质来源、搬运过程、搬运时的风力情况、沉积时候的环境面貌，以及沉积以后的变化等全过程进行了阐述，形成了一套完整的理论。

第二，时代延伸。过去的“风成说”认为，黄土高原顶部黄土沉积（又称马兰黄土）是风成的，刘东生则证明黄土高原整个第四纪（在地质年代中，第四纪是新生代最后一个纪，包括更新世和全新世，下限年代距今约250万年）的沉积都是黄土，将风成作用从黄土高原顶部（大约7万年）拓展到整个黄土序列（约250万年）。

第三，空间细分。约在11万年前至公元前9700年之间，第四纪更新世内发生了一次冰河时期，这是距今最近的冰期，被称为末次冰期。刘东生的研究发现，在末次冰期内生成的马兰黄土堆积厚度自西北向东南逐渐减小，而黄土厚度沿着冬季风方向（西北方向）逐渐变薄。除此之外，刘东生还发现，黄土的颗粒自西北向东南逐渐变细，并据此将黄土分为砂黄土、黄土和黏黄土三个带，黄土颗粒的组成向下风方向变细，这些均是黄土风力搬运的有力证据。

刘东生的研究结果说明，黄土沉积过程和我们现在看到的沙尘暴一样，是逐渐从沙漠里搬运出来，在黄土高原慢慢沉積下来的，也就是说黄土是几百万年来一次次沙尘暴的叠加，它的沉积过程同时记录了环境变化的信息。

“新风成说”不仅最终解决了黄土形成的难题，还从250万年的黄土沉积中获得数据，建立了完整的陆相古气候记录，为全球气候变化研究奠定了基础。（张佳静）