地質(zhì)期氣候變遷得到印證
山西壺關(guān)縣東南的太行山大峽谷，有濃蔭蔽日的林海，有刀削斧劈的峭壁，有千奇百態(tài)的山石，有如練似銀的瀑布,有碧波蕩漾的深潭，又有引人神往的溶洞。險(xiǎn)峰、奇石、深潭、銀瀑，虛實(shí)明暗，參差不齊，錯(cuò)落有致，相映成趣。谷中的天橋是迄今為止我國(guó)北方最大的天然石拱橋,而八泉峽以斷巖流水、飛瀑蒼松而被稱為“世界級(jí)極品旅游資源”。2005年8月被地質(zhì)礦產(chǎn)資源部列為“國(guó)家地質(zhì)公園”。
峽谷里眾多的巖壁是典型的地質(zhì)斷層，是難得的地質(zhì)科研場(chǎng)所，經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年的地殼運(yùn)動(dòng)和巖槳侵蝕作用沉積下來(lái)的地質(zhì)遺跡開始吸引中外科學(xué)家的眼球。同時(shí)，峽谷氣候獨(dú)特，氣候資源豐富，廣大的崇山峻嶺間，人跡罕至，常年霧靄繚繞，絕壁之上，常年流瀑下瀉。但廣大的太行峽谷地區(qū)的年降雨量有多少，我們不知道，氣溫高低差異也不知道。面對(duì)撲朔迷離的峽谷氣象和眾多地質(zhì)遺跡，我們是很難抑制探究大自然秘密的好奇心的，這里也應(yīng)該是研究古代氣候變遷的一個(gè)場(chǎng)所。
通過(guò)對(duì)太行山大峽谷斷層的考察，我們可以了解地球的形成、地殼運(yùn)動(dòng)，以及太行山大峽谷在古代地質(zhì)時(shí)期所處的位置和發(fā)生的變化，還能了解古代地質(zhì)時(shí)期的氣候變遷。按照這個(gè)思路，2005年10月，筆者對(duì)大峽谷古代氣候遺跡進(jìn)行了為期一個(gè)月的調(diào)查，竭力尋找從太古代、元古代、古生代寒武紀(jì)、奧陶紀(jì)，直到新生代第四紀(jì)各個(gè)地質(zhì)時(shí)期的遺跡。經(jīng)過(guò)初步研究發(fā)現(xiàn)，斷層里蘊(yùn)含著豐富的地質(zhì)時(shí)期氣候信息，地質(zhì)時(shí)期的“冷-熱-冷-熱-冷”氣候變遷在這里得到印證。
10月初的大峽谷，峭壁夾縫中吐出的灌木，一綹綹掛在上面。我們首先來(lái)到峽谷的底部青龍峽，順著當(dāng)?shù)氐氐V局工程師給我們的草圖，沒費(fèi)多少勁就找到了那片新太古代贊皇群變質(zhì)巖，盡管分布區(qū)域有限，但我們還是非常興奮，畢竟這是我們能看到的最古老的巖石了。隨后，我們一路插到谷底的橋上鄉(xiāng)大河村一帶，在這里從中元古代到古生代石炭紀(jì)的巖層出露非常典型，地質(zhì)學(xué)家稱為“大河組地層”，比較完整的出露和比較大的厚度，成為太行山大峽谷地層的典型代表。主要分布有：中元古代的紫紅色石英狀砂巖、粉砂巖，夾少量泥巖，巖石中鐵質(zhì)含量高；古生代寒武紀(jì)的碎屑巖—碳酸鹽混合沉積，巖性以紫紅色頁(yè)巖、泥灰?guī)r、顆?；?guī)r為主；古生代奧陶紀(jì)的典型的陸表海碳酸鹽沉積，代表性巖石有：礫屑灰?guī)r、砂屑灰?guī)r、鮞?；?guī)r、疊層石灰?guī)r等；古生代石炭紀(jì)的海陸交互相的含煤沉積巖，主要巖性有泥巖、頁(yè)巖、砂巖、鐵質(zhì)粘土巖等，這里分布有大量的鐵礦、鋁土礦、煤礦。
今年6月，我們又一次來(lái)到大峽谷尋找中生代時(shí)期的地質(zhì)遺跡。位于峽谷北部的石河沐鄉(xiāng)一帶分布著的中性閃長(zhǎng)巖（花崗巖）類巖體。從侵入形成時(shí)間先后大致分早晚兩期，早期形成偏基性橄欖角閃長(zhǎng)巖、輝長(zhǎng)輝綠巖、角閃輝長(zhǎng)巖、角閃閃長(zhǎng)石等，分布在沙陀村附近；晚期形成閃長(zhǎng)巖，與石灰?guī)r接觸形成接觸交代型磁鐵礦，分布在梁家溝附近。
按照地球氣候變遷史的劃分，一般分為地質(zhì)時(shí)期（距今22億年—1萬(wàn)年）的氣候變遷、歷史時(shí)期（距今1萬(wàn)年以來(lái)）的氣候起伏和近代（最近一、二百年）的氣候變動(dòng)三個(gè)階段。對(duì)于后兩個(gè)階段的氣候變化，有史書記載，有氣象記錄，研究結(jié)論比較詳細(xì)；而對(duì)地質(zhì)時(shí)期氣候變化主要是靠對(duì)地質(zhì)沉積物和古生物化石等遺跡去研究，研究結(jié)果較簡(jiǎn)單，漫長(zhǎng)的地質(zhì)時(shí)期氣候變化可分為三個(gè)冷期和兩個(gè)暖期，在冷暖交替的過(guò)程中兼有干濕的變化。
地質(zhì)時(shí)期地球氣候史與太行山大峽谷地質(zhì)巖層對(duì)照表
我們把地質(zhì)時(shí)期地球氣候史與太行山大峽谷地質(zhì)巖層進(jìn)行一個(gè)對(duì)比，可以看出：
對(duì)太古代和元古代的氣候狀況，由于年代久遠(yuǎn)，證據(jù)缺乏，研究不太詳細(xì)，只能說(shuō)明當(dāng)時(shí)地球上已經(jīng)有大氣圈和水圈，真正的冷暖和干濕變化是從距今6億年前的元古代震旦紀(jì)開始的，此時(shí)是冷期，即第一個(gè)冷期。震旦紀(jì)之后是距今5億年前的古生代寒武紀(jì)，此時(shí)氣候轉(zhuǎn)暖，太行山大峽谷地層中寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)地層分布極廣，說(shuō)明當(dāng)時(shí)地殼運(yùn)動(dòng)非常劇烈，峽谷由海洋上升為陸地，寒武紀(jì)的碎屑巖——碳酸鹽混合沉積和奧陶紀(jì)的陸表海碳酸鹽沉積巖就是在潮坪、潮下淺灘的沉積環(huán)境下形成的，地層中含鹽層，說(shuō)明當(dāng)時(shí)氣候干燥，地層中帶紅色或紫色，說(shuō)明當(dāng)時(shí)氣候炎熱，氧化作用強(qiáng)，這是第一個(gè)暖期；志留紀(jì)和泥盆紀(jì)的地層遺跡較少，說(shuō)明當(dāng)時(shí)地殼運(yùn)動(dòng)相對(duì)平靜，溫暖的氣候狀況一直延伸，干燥現(xiàn)象卻有所緩解；到石炭紀(jì)時(shí)已是典型的溫暖濕潤(rùn)氣候，濕潤(rùn)環(huán)境有利于煤的形成，峽谷以西的百尺鄉(xiāng)、黃山鄉(xiāng)一帶有豐富的煤炭資源；隨后進(jìn)入二迭紀(jì)，氣候轉(zhuǎn)冷，這第二個(gè)冷期相對(duì)短暫，之后又變暖，濕潤(rùn)則被干燥取代，此時(shí)已是中生代。中生代時(shí)，峽谷的地質(zhì)巖層已基本成型，后來(lái)又經(jīng)過(guò)兩次地殼運(yùn)動(dòng)，即中生代的燕山運(yùn)動(dòng)和新生代的喜瑪拉雅山運(yùn)動(dòng)造就了今天的山脈和峽谷。到新生代后期的第四紀(jì)，大峽谷的地形地貌已具有現(xiàn)在的特征，大氣中的含氧量也達(dá)到現(xiàn)在的水平。中生代和新生代期間，一直是比較溫暖的氣候，干濕則交替出現(xiàn)，第四紀(jì)后期氣溫下降，轉(zhuǎn)入第三個(gè)冷期。大概在距今1萬(wàn)年前，地質(zhì)時(shí)期結(jié)束，進(jìn)入歷史時(shí)期。
硅化木石佐證燕山運(yùn)動(dòng)前期氣候
<<山海經(jīng).北山經(jīng)>>說(shuō)：“發(fā)鳩之山，其上多柘木。有鳥焉，其狀如烏，文首，白喙，赤足，名曰精衛(wèi)，其名自詨。是炎帝之少女，名曰女娃。女娃游于東海，溺而不返，故為精衛(wèi)。常銜西山之木石，以堙于東海?！?“精衛(wèi)填海”的傳說(shuō)就發(fā)生在太行之巔發(fā)鳩山。又據(jù)<<述異記>>卷上云：“昔炎帝女溺死東海中，化為精衛(wèi)，偶海燕而生子，生雌狀如精衛(wèi)，生雄狀如海燕。今東海精衛(wèi)誓水處，曾溺此川，誓不飲其水。一名誓鳥，一名冤禽，又名志鳥，俗稱帝女雀?！睍x代詩(shī)人陶淵明曾在<<讀山海經(jīng)>>中寫道：“精衛(wèi)銜微木，將以填滄海。刑天舞干戚，猛志固常在?！本l(wèi)的故事悲切而壯麗，這只小鳥鍥而不舍，一點(diǎn)一滴地從事征服海洋的故事，長(zhǎng)治人把她作為艱苦卓絕、銳意進(jìn)取精神的象征世世代代激勵(lì)自己。
發(fā)鳩山是太行山主峰之一，位于長(zhǎng)治西50公里處，海拔1646.8米，山勢(shì)矗立，雄偉壯觀，山頭云籠霧罩，翠奔綠涌。發(fā)鳩山蜿蜒向東南是她的支脈仙翁山。1977年，在這里發(fā)現(xiàn)了總面積達(dá)21平方公里的木化石，目前可直接觀賞的共有100余株。其中樹身最長(zhǎng)的為14米，最短的直徑為1.24米，呈褐色，有松、柏等多個(gè)樹種，甚至有亞熱帶才有的樹種。據(jù)地質(zhì)學(xué)家鑒定，長(zhǎng)治木化石群形成于2.5億年前的晚二疊紀(jì)，屬新生代第三紀(jì)范疇，為國(guó)家第一類古跡，舉世無(wú)雙。長(zhǎng)治木化石群的發(fā)現(xiàn)，填補(bǔ)了世界木化石種類的空白。木化石又名樹化石、化石木，在地質(zhì)學(xué)上稱為硅化木，在2.5億年前劇烈的地殼運(yùn)動(dòng)中，被泥土、沙石和火山灰覆蓋的原始森林，由于二氧化硅水溶液的長(zhǎng)期作用，逐漸形成為具有原始樹木結(jié)構(gòu)的硅質(zhì)巖石。它所遭遇的氧化物的不同，又使它呈現(xiàn)出紅、黃、黑、紫等不同的顏色。而紅褐色的年代則最為久遠(yuǎn)，它的形成要比普通木化石早１億年左右。因此，長(zhǎng)治木化石群規(guī)模之浩大，分布之均勻，保存之完整，品種之珍貴，都令人嘆為觀之。它的發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是對(duì)考古、科研，還是旅游、觀賞，都具有不可估量的價(jià)值。1996年，經(jīng)山西省人民政府批準(zhǔn)，長(zhǎng)治木化石自然保護(hù)區(qū)正式成立，木化石森林公園正在建設(shè)之中。
兩億五千萬(wàn)年前，這里水草豐美，溝深林密，松柏常青。兩億五千萬(wàn)年前，風(fēng)生水起，天地造化了這塊神奇土地。想來(lái)那時(shí)的氣候一定是另外一個(gè)樣子，滄海桑田，這里發(fā)生過(guò)怎樣的故事，我們無(wú)從知道。但是，一座山的神話傳說(shuō)與地質(zhì)奇觀同時(shí)存在，兩者之間有沒有關(guān)聯(lián)？氣候發(fā)生了怎樣變遷？氣候變化對(duì)環(huán)境變化起了什么作用？那只神鳥棲息過(guò)的植物園為何消失？殘留在木化石里的古代氣候信息有多少？
兩億五千萬(wàn)年前，正是燕山運(yùn)動(dòng)前期，我們無(wú)從詳細(xì)知道漫長(zhǎng)的一億多年的造山運(yùn)動(dòng)如何讓太行山變成了今天的模樣，但這些木化石至少佐證了燕山運(yùn)動(dòng)前期即二疊紀(jì)三疊紀(jì)交叉期太行山地區(qū)的氣候有過(guò)短暫的暖濕期，期間種類繁多的植物郁郁蔥蔥。
太行山大峽谷是最古老的嗎
淮南子說(shuō)：“往古之時(shí)，四極廢，九州裂；天下兼覆，地不周載?；鸨O(jiān)焱而不滅，水浩洋而不息；猛獸食顓民，鷙鳥攫老弱。于是女媧煉五色石以補(bǔ)蒼天，斷鰲足以立四極，殺黑龍以濟(jì)冀州，積蘆灰以止淫水”。女媧補(bǔ)天，就在天臺(tái)山，天臺(tái)山是太行山一脈。這個(gè)傳說(shuō)讓我們聯(lián)想到，億萬(wàn)年來(lái)，淫水洶涌，山洪肆虐，一路下切，以至太行山東側(cè)萬(wàn)千溝壑。
傳說(shuō)歸傳說(shuō)，聯(lián)想歸聯(lián)想，那么這個(gè)大峽谷到底是怎樣形成的呢？
在地質(zhì)學(xué)中有一個(gè)名詞叫“中朝準(zhǔn)地臺(tái)”，即中國(guó)加上南北朝鮮是一個(gè)很穩(wěn)定的地區(qū)，地臺(tái)就象一個(gè)臺(tái)子一樣，它的基礎(chǔ)是新太古代（25億年以前）時(shí)期的變質(zhì)巖系，上面是蓋層，元古代、古生代等時(shí)期的巖層一層一層地蓋上去。
太行山大峽谷中的地層主要是古生代寒武紀(jì)和奧陶紀(jì)時(shí)期形成的石灰?guī)r，下面是寒武紀(jì)，上面是奧陶紀(jì)，這是構(gòu)成大峽谷地層的基礎(chǔ)。在奧陶紀(jì)以前，地臺(tái)非常穩(wěn)定，整個(gè)山西淹沒在一片海洋之中，中奧陶紀(jì)時(shí)期的加里東地殼運(yùn)動(dòng)，這里抬升為陸地。隨后經(jīng)過(guò)幾個(gè)時(shí)期如志留紀(jì)、泥盆紀(jì)、石炭紀(jì)的大規(guī)模造山運(yùn)動(dòng)，在奧陶紀(jì)侵蝕面上形成了鐵礦、金礦、鋁土礦等礦藏。中生代時(shí)期的燕山運(yùn)動(dòng)，整個(gè)山西向上升起，形成高原（相對(duì)于平原而言）。新生代第三紀(jì)時(shí)期的喜瑪拉雅山運(yùn)動(dòng)，高原升的更快，上升過(guò)程中抬升了垂直運(yùn)動(dòng)，使得太行山急速上升，形成山脈。
在八泉峽、紅豆峽等景區(qū)的地層中有兩組節(jié)理，即石頭中間有兩條縫，一個(gè)南北向，一個(gè)東西向，流水滲進(jìn)去以后，沿著這兩條縫向下切割。燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，由于石灰?guī)r很容易溶解，太行山在抬升過(guò)程中，隨著流水的入侵，巖石不斷溶解，形成了縱橫交錯(cuò)的峽谷，因此峽谷是深切的，很窄也很深。峽谷也是沿兩個(gè)方向延伸，與地質(zhì)構(gòu)造方向一致或近乎一致（南北向）的縱谷，有八泉峽、紅豆峽、五指峽等，與地質(zhì)構(gòu)造方向正交或近乎正交（東西向）的橫谷主要是龍泉峽和王莽峽。
讓我們把太行山大峽谷與美國(guó)科羅拉多大峽谷和我國(guó)雅魯藏布大峽谷作個(gè)比較，可能會(huì)得出一個(gè)有意思的結(jié)論：太行大峽谷沒有其他兩個(gè)更深更長(zhǎng)，但它卻更古老。
億萬(wàn)年前，北美洲內(nèi)陸，亞利桑那州和猶他州之間，這里也同喜馬拉雅山一樣，曾是一片汪洋大海，造山運(yùn)動(dòng)使它崛起。然而由于石質(zhì)松軟，經(jīng)過(guò)數(shù)百萬(wàn)年（也有說(shuō)幾千萬(wàn)年甚至上億年）的漫長(zhǎng)歲月里，科羅拉多河的激流在一片高原上雕刻切割出了一道巨大的橫溝，兩岸巖壁被磨擦切割成今天全長(zhǎng)近400公里、寬約20公里、平均深度1500米的世界著名大峽谷。兩側(cè)谷壁呈現(xiàn)階梯狀，由各種代表不同地質(zhì)年代的巖石重疊而成，像億萬(wàn)卷圖書層層疊疊構(gòu)成了變化莫測(cè)、繽紛絢麗的七彩圖案。但是請(qǐng)注意，它的切割是靠了科羅拉多河的巨大流量和石質(zhì)的松軟。
雅魯藏布大峽谷則更為年輕，這與青藏高原年輕有關(guān)。但是，較年輕又何以形成如此奇麗壯觀的大峽谷？直接原因與該地區(qū)地殼3百萬(wàn)年來(lái)的快速抬升及深部地質(zhì)作用有關(guān)。15萬(wàn)年以來(lái)，大峽谷地區(qū)的抬升速度達(dá)到30毫米／年，是世界抬升最快的地區(qū)之一。最新地質(zhì)考察獲得的證據(jù)表明，大峽谷形成的根本原因是該地區(qū)存在著軟流圈地幔上涌體。雅魯藏布大峽谷地區(qū)地幔上涌體可能是大峽谷水汽通道形成的一個(gè)重要因素，也可能是以該地區(qū)為中心的藏東南成為所謂“氣候啟動(dòng)區(qū)”的原因，還可能是該地區(qū)生物緯向分布北移3至5度的重要原因。
雅魯藏布大峽谷形成的地質(zhì)特征和美國(guó)科羅拉多大峽谷基本相似，無(wú)論如何，太行山地區(qū)都沒有出現(xiàn)過(guò)科羅拉多河和雅魯藏布江那樣大的水系，巖層又是比較堅(jiān)硬的石灰?guī)r層，它是靠洪水沖刷和溪水侵蝕形成的，因此成型時(shí)間漫長(zhǎng)，前面說(shuō)過(guò)，太行大峽谷形成于燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，說(shuō)它是古老的峽谷，難道沒有道理嗎？?jī)H僅靠涓涓細(xì)流來(lái)溶解，萬(wàn)丈深淵的形成該是怎樣的一種細(xì)工滿活兒呀。這真有點(diǎn)像這里的人民，堅(jiān)韌不拔，毅力卓絕。這也讓我們聯(lián)想到愚公移山的故事，那個(gè)倔犟老頭門前的這座太行山阻礙了交通，他發(fā)動(dòng)子子孫孫挖山不止，感動(dòng)了天帝，把太行山背到了現(xiàn)在的位置，或許這千溝萬(wàn)壑是愚公挖出來(lái)的？但是我們寧愿相信這是神話。億萬(wàn)年的滴水穿石，在我們的心靈深處感知到了她的莊嚴(yán)、靜穆和深邃，現(xiàn)代文明不斷征服大自然的同時(shí)，卻仍然留下了如此壯麗的原始洪荒，使得我們能夠喟嘆大自然的無(wú)所不能，也讓我們能夠有機(jī)會(huì)窺探大自然的種種秘密。
于2006年10月
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