故事從臨夏盆地開講
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當(dāng)年被視為“最漂亮的陸地磁性剖面”,20年后,穩(wěn)居精彩之最,且越發(fā)精準(zhǔn)精致;當(dāng)年“來自青藏北部的第一個(gè)聲音”,如今可說是多聲部、是交響樂了——2004年,臨夏盆地記錄的高原隆升和氣候變化被GeoTime雜志點(diǎn)評(píng)為當(dāng)年“全球盆地研究亮點(diǎn)”;2011年,“晚中新世以來青藏高原東北部隆升與環(huán)境變化”榮膺國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng),青藏高原東北部大大小小一眾盆地從寂寂無名到蜚聲海內(nèi)外,一舉而為當(dāng)下國際研究熱點(diǎn)地區(qū),也將主持研究者推向國際舞臺(tái),成為構(gòu)造—?dú)夂蜿P(guān)系研究方面的知名學(xué)者。
1963年出生的方小敏可謂生逢其時(shí):16歲考入蘭州大學(xué)地質(zhì)地理系,地質(zhì)專業(yè)學(xué)士,留校任教,在職讀研再讀博,正趕上蘭州大學(xué)與英國萊斯特大學(xué)地理系合作聯(lián)培,所學(xué)專業(yè)正是“環(huán)境演變”。1992年結(jié)束學(xué)業(yè),一步邁進(jìn)臨夏盆地天然實(shí)驗(yàn)場(chǎng),從構(gòu)造學(xué)到沉積學(xué),正好學(xué)以致用,建功立業(yè)。1998年秋天我第一次采訪他,正值國際第四紀(jì)研究聯(lián)合會(huì)古土壤委員會(huì)的學(xué)術(shù)會(huì)議在蘭州召開后不久,臨夏盆地最初綻放,訪談中留下深刻印象的,不全是專業(yè)成果,反倒是另外有兩點(diǎn),令我感慨至今:一是作為同窗兼同事的方小敏和潘保田,均在三十四五歲年紀(jì)當(dāng)了博導(dǎo),那么年輕??!二是這位小方老師對(duì)于人文生態(tài)的觀察。臨夏回族自治州及其周鄰,多民族聚居,他注意到河谷低地有漢族農(nóng)民耕作,山坡高地是藏族的牧場(chǎng),之間回民則以商貿(mào)流通為主業(yè)……已屬人類學(xué)范疇了。
那時(shí)他還是李吉均院士的主要助手,之后做了歷次國家大項(xiàng)的盆地研究首席。單單一個(gè)臨夏盆地,一做就是20年,還會(huì)持續(xù)做下去。研究者和研究對(duì)象之間的關(guān)系微妙,看似主動(dòng)與被動(dòng),實(shí)則平等:投入心力的多寡,往往決定著回報(bào)的豐歉,成就從來是相互的成就。臨夏盆地天然具備了優(yōu)良的研究條件,不過再漂亮的地層也需要慧眼識(shí)珠,并且悉心經(jīng)營。這個(gè)盆地位于青藏高原東北隅,大半為山地環(huán)護(hù),緊鄰甘南高原、西秦嶺,以及祁連山東延余脈的雷積山、馬銜山,西北方有黃河流過,只有東側(cè),連接隴西盆地。從地貌看,周邊山地不算高,3000~4000米;盆地海拔僅在2000~2400米,可是沉積層巨厚,最厚的地方1600米!可以在長達(dá)數(shù)千萬年的時(shí)間里,承接四面八方物質(zhì)沉降,集合了高原構(gòu)造隆升的信息、氣候及生態(tài)環(huán)境變化的信息,未曾間斷過,皆因位置優(yōu)越,面積夠大。若是小型盆地,恐怕早已超載,沉積中斷,轉(zhuǎn)而為剝蝕之地了。
還有一點(diǎn)也很不錯(cuò),是起初沒想到,當(dāng)它被國際公認(rèn)為經(jīng)典案例后追加的,那就是距離蘭州市區(qū)不過百公里,相當(dāng)于家門口,方便研究,尤其方便外來專家觀摩:露天可見地層剖面,室內(nèi)可見幾千萬年以來的動(dòng)物化石,以及古環(huán)境的情景再現(xiàn)——21世紀(jì)初,由國家投以巨資,在臨夏的和政縣興建起兩座大型古動(dòng)物化石博物館,復(fù)原了的古環(huán)境直觀呈現(xiàn),形形色色的古生物也讓古地層生動(dòng)起來。
所以臨夏盆地值得投入,反復(fù)去做。做什么?主要有三個(gè)方面的內(nèi)容。
一是建立高精度地層年代序列。前文已說到,“八五”攀登計(jì)劃課題成果,初步建起臨夏盆地3000萬年以來的地層年代序列,連續(xù)的天然剖面由東鄉(xiāng)毛溝剖面(3000萬~360萬年)、王家山剖面(1500萬~180萬年),以及相鄰的東山頂剖面(360萬~170萬年),以及黃河、大夏河的7級(jí)階地160萬年以來的黃土沉積,疊相續(xù)接而成。方小敏團(tuán)隊(duì)后續(xù)的工作則是精益求精——采樣地點(diǎn)增多,剖面在盆地中央且被黃河切穿的,露天采,未被切穿的邊緣地帶,未被古湖覆蓋的地帶,動(dòng)用了鉆機(jī);采樣密度加大,從先前間隔20~50厘米,加密到10厘米。與土壤剖面研究并駕齊驅(qū)的,是這期間古生物化石的巨量發(fā)現(xiàn),從而為精確定年提供了依據(jù)。從前臨夏盆地的第三紀(jì)紅層被籠統(tǒng)地稱為臨夏組,現(xiàn)在呢,細(xì)化為12個(gè)組,從漸新世到晚更新世的地層年代序列,跨度之長、記錄之完整,比之南亞西瓦利克群經(jīng)典剖面,豈止不遜色。
又有更老地層重見了天日,臨夏盆地形成年代,現(xiàn)在可以上推4000多萬年了。
精準(zhǔn)而連續(xù),就為第二項(xiàng)工作——構(gòu)造隆升研究奠定了基礎(chǔ)。
自從中國科學(xué)家原創(chuàng)性提出青藏高原在地質(zhì)史晚近時(shí)期大規(guī)模強(qiáng)烈隆升的觀點(diǎn),這一議題納入國際地學(xué)視野,由此開啟了一個(gè)新方向兼新熱點(diǎn)。20世紀(jì)90年代中期前后,較早一批成果問世,其中多位研究者注意到800萬年前后構(gòu)造隆升跡象,在高原中部、南部多個(gè)地點(diǎn)的體現(xiàn),包括地層的變化和環(huán)境的變化:巴基斯坦北部地區(qū)森林植被急劇演變?yōu)椴荼局脖?、拉薩羊八井地塹盆地邊緣出現(xiàn)正斷層、東喜馬拉雅發(fā)生構(gòu)造熱事件……另有學(xué)者綜合多方證據(jù),以模型推演出此時(shí)存在隆升運(yùn)動(dòng)——認(rèn)為800萬年前大高原就已達(dá)現(xiàn)代高度的觀點(diǎn),即與這批成果有關(guān)。
方小敏同樣盯住了這一重要時(shí)間節(jié)點(diǎn),借助構(gòu)造學(xué)領(lǐng)域新近發(fā)展起來的前陸盆地和生長地層的知識(shí),在精細(xì)化描繪了從臨夏盆地到高原東北部諸盆地晚新生代構(gòu)造變形隆升序列之后,確認(rèn)本次隆升始自800萬年前,歷經(jīng)緩慢隆升的超長序幕,方才進(jìn)入360萬年前的“青藏運(yùn)動(dòng)”主幕,隆升提速,越來越高。歷數(shù)其間主要構(gòu)造變形隆升事件,主要發(fā)生在距今約800萬年、360萬年、260萬年、180萬~170萬年、120萬~80萬年和15萬年前。
說起如何識(shí)別隆升或不隆升,方老師說方法有多種,從地質(zhì)到地貌都有跡可循。外行人聽來有意思的是,隆升的效應(yīng)不限于向高處生長,還導(dǎo)致了盆地旋轉(zhuǎn)——測(cè)得臨夏盆地600萬年前后的地層,從38°傾角迅速轉(zhuǎn)至18°,影響所及,帶動(dòng)整個(gè)盆地沿順時(shí)針方向快速旋轉(zhuǎn)了10°!
識(shí)別強(qiáng)烈隆升和緩慢隆升的方法也多,表現(xiàn)在盆地沉積物顆粒,諸如量的多寡、粒度粗細(xì),皆成依據(jù);觀察地層是否錯(cuò)斷或錯(cuò)而不斷也很重要——隆升速率大小,直接影響到原有沉積層。從術(shù)語講,前者形成的稱“角度不整合”,即削掉了先前層面頂部;后者為“生長地層”,只會(huì)擾動(dòng)成波形曲線。方小敏團(tuán)隊(duì)繪制了一幅“臨夏盆地地貌地層演化揭示的青藏高原東北部變形隆升過程”彩圖,有時(shí)間,有高度,有地形地貌變化,很能說明問題,而且說明的不僅是臨夏一地,亦可視為廣及高原東北部幾乎所有盆地的縮影。對(duì)于高原中部南部盆地是否適用?方教授說,高原隆升由南及北,南部要早一些。
圍繞這幅圖示,方老師耐下心來解說原理,外行人依舊似懂非懂,單單一個(gè)整合不整合,就足以讓我這個(gè)采訪者“暈菜”,再次體會(huì)到專家與大眾的區(qū)別,倒不如直言結(jié)果來得明白:該圖所揭示的“變形記”若干階段,是在約800萬年以前的漸新世到中新世的漫長時(shí)期里,高原受到長期風(fēng)化剝蝕和夷平,導(dǎo)致高原和周邊盆地形成高差不大的準(zhǔn)平原景觀;從距今約800萬~700萬年開始,高原東北部開始明顯隆升,臨夏盆地作為一個(gè)擠壓坳陷盆地,斷層向盆內(nèi)擴(kuò)展,形成生長地層;至約360萬年,高原開始大規(guī)模強(qiáng)烈隆升,地層由此強(qiáng)烈變形,并迅速被隆起的高原上奔涌而下的厚層巨礫巖所覆蓋;至約260萬年,該區(qū)再經(jīng)歷一次明顯隆升,盆地局部斷陷成新的湖盆;至約180萬~170萬年,高原再次強(qiáng)烈隆升,黃河溯源侵入盆地,早期湖泊消失,黃河誕生;隨后高原階段性隆升和氣候變化,形成了黃河系列階地,逐步接近今天的地貌格局。
臨夏盆地所做工作的第三個(gè)內(nèi)容,是緊隨變形隆升序列其后,建立起高分辨率環(huán)境變化序列。其中基本連續(xù)的孢粉記錄,提示了3000萬年以來的古氣候環(huán)境變化:整個(gè)地區(qū)相對(duì)暖濕的環(huán)境持續(xù)到800萬年前,那之后,伴隨隆升進(jìn)程,干旱化降臨,逐漸加劇,森林縮小,草地?cái)U(kuò)大,到360萬年前,越發(fā)寒涼干旱,疏林草原變而為干草原……與此相呼應(yīng)的是,臨夏盆地儼如一個(gè)生物演化大舞臺(tái),在古動(dòng)物學(xué)家所建新生代哺乳動(dòng)物地層框架中,3000萬年里陸續(xù)走過活躍在森林地帶的巨犀動(dòng)物群、鏟齒象動(dòng)物群,到800萬年前,已為稀樹草原上的三趾馬動(dòng)物群所取代,之后便是干草原上的真馬動(dòng)物群了。
涉及古氣候變化,還有對(duì)于“冷黃土”的發(fā)現(xiàn)。高原東北部連接黃土高原,中國大地最高一級(jí)階梯在這里向次一級(jí)階梯過渡。舉步走向臨夏盆地之初,方小敏接觸黃土的契機(jī),來自施雅風(fēng)先生布置的任務(wù)。綜合多方資料,施先生推斷青藏高原進(jìn)入冰凍圈,似應(yīng)在80萬年前,遂委托方小敏從沉積物中尋找證據(jù)。果不其然,年輕人從采自甘孜的黃土中找到了冰川遺跡石英顆粒,證實(shí)進(jìn)入冰凍圈的時(shí)間不遲于80萬年前。從此這位有心人開始注目于高原邊緣黃土層,促成了他個(gè)人及其團(tuán)隊(duì)較早一批成果問世:發(fā)現(xiàn)以昆侖山—布青山—阿尼瑪卿山—秦嶺為界,以北為來自亞洲內(nèi)陸干旱地區(qū)的熱黃土,以南為冷黃土——高原是一個(gè)重要的粉塵新源地,物質(zhì)主要來自高原本身,大致形成于約120萬~80萬年前,與高原冰凍圈和西風(fēng)塵暴活動(dòng)密切相關(guān)。舉一反三,方小敏提出高原中更新世隆升—冰凍圈—大氣環(huán)流—全球降溫模型,同時(shí)發(fā)現(xiàn)末次冰期旋回中,東亞夏季風(fēng)千年尺度不穩(wěn)定性變化及其與北半球高緯氣候的聯(lián)系。論文發(fā)表,世界知道了,中國黃土的構(gòu)成,有少部分來自青藏高原。
反演古環(huán)境,涉及一個(gè)國際社會(huì)都在關(guān)注、備感困擾的重大科學(xué)問題:干旱化何來?何時(shí)發(fā)生?事關(guān)青藏高原,方小敏設(shè)定的具體提問還有,高原隆升和全球變冷對(duì)干旱化進(jìn)程的影響,孰輕孰重,孰先孰后,孰因孰果?
晚新生代數(shù)千萬年里,我們的地球經(jīng)歷了一系列重大地質(zhì)事件,導(dǎo)致氣候和環(huán)境一變?cè)僮?,?jì)有全球變冷、北美和亞洲內(nèi)陸干旱化、亞洲季風(fēng)形成等等,其中干旱化問題深刻影響到人類生存環(huán)境,因?yàn)楦珊祷竺婢o跟著荒漠化。尤其中國西北部,干旱化還在加劇,而且越來越多的證據(jù)將亞洲內(nèi)陸干旱化成因指向青藏高原的急劇隆起和全球變冷兩大因素。以此作為盆地研究的一個(gè)重點(diǎn),是因這項(xiàng)研究具有基礎(chǔ)研究和應(yīng)用研究雙重價(jià)值和意義——通過對(duì)亞洲內(nèi)陸干旱化過程的科學(xué)認(rèn)識(shí),一方面可以反演高原隆升和全球變冷的演化史,另一方面,有助于為正確決策提供科學(xué)依據(jù),確保干旱地區(qū)環(huán)境資源的合理利用、保護(hù)和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展——回望,是為前瞻。
僅有臨夏一地的證據(jù)顯然不夠,沉積年代、構(gòu)造隆升、環(huán)境變化,同一答卷應(yīng)當(dāng)在更大范圍得到印證。自1999年“973”項(xiàng)目第一期起,方小敏團(tuán)隊(duì)就將研究區(qū)擴(kuò)展到蘭州盆地,祁連山南北的柴達(dá)木盆地和酒泉盆地,拉脊山南北的貴德盆地和西寧盆地,等等。而李吉均院士帶領(lǐng)蘭州大學(xué)一支,則轉(zhuǎn)戰(zhàn)于西秦嶺和天水盆地。這樣一來,研究范圍涵括了南起東昆侖、阿尼瑪卿山,東接西秦嶺、六盤山,西迄阿爾金,中經(jīng)祁連山的整個(gè)青藏高原東北部。由于現(xiàn)成地套用臨夏經(jīng)驗(yàn)和范式,動(dòng)作夠快,僅僅10多年工夫,就在群山環(huán)抱、多條支脈余脈分隔的各盆地中,相繼完成了高精度磁性地層序列,獲取了與變形隆升和環(huán)境變化相關(guān)的信息——果然一個(gè)臨夏故事的放大版,比預(yù)期效果還要棒!
首先是沉積年代更早。蘭州盆地、西寧和貴德盆地,直到柴達(dá)木盆地,諸盆地的生成年代均突破了5000萬年。那是在印度板塊和歐亞板塊碰撞之初,青藏大地形成不久,當(dāng)持續(xù)的碰撞變形自南方傳遞而來,遙遠(yuǎn)的北方響應(yīng),山地隆起了,盆地陷落了,開始接納沉積物。盆地中要數(shù)柴達(dá)木面積最大,以至于沉積層厚度可觀,最厚的地方足有上萬米。
沉積層越厚,記錄的信息越翔實(shí)。方小敏團(tuán)隊(duì)為柴達(dá)木盆地建檔,一部新生代地層的精細(xì)年代學(xué)和變形縮短史,伴隨著三次隆升兩次夷平的輪回,見證了高原之所以成為高原的滄桑演化。從量化得出的各種數(shù)據(jù),判讀出每一輪造山運(yùn)動(dòng)的大致時(shí)間和幅度,就隆升問題提出一個(gè)新模式:碰撞—擠出—碰撞框架下的同步異幅變形隆升過程。
至于干旱化證據(jù),尤其典型。西寧盆地膏鹽沉積200多米厚度,有芒硝有石膏有鹽,顯見曾為鹽湖中心,顯見經(jīng)歷了漫長的干旱時(shí)期,顯見盆地面積曾經(jīng)廣大。的確如此。同一時(shí)段形成的膏鹽層,西寧以南漸薄,100多米;隔了一座拉脊山,到貴德盆地,膏鹽層只余幾米厚了。原來,拉脊山是歷次構(gòu)造活動(dòng)的產(chǎn)物,早在幾千萬年前,貴德和西寧同屬一古湖盆地,周邊古河向心流淌,匯聚于今天的西寧。當(dāng)拉脊山最初輕微隆起時(shí),河流一度改向;剝蝕夷平了,盆地重新連接。然而800萬年前開始的本次隆升,拉脊山又做了分水嶺,從此南北分流,盆地隔斷,地貌改觀——黃河及其支流湟水分別從貴德和西寧盆地流過,切穿整個(gè)新生代地層,袒露出絕佳天然剖面。
大同小異,甚至一模一樣,高原東北部諸盆地經(jīng)歷了共同命運(yùn)。此前不僅貴德和西寧的盆地一體相連,它們其實(shí)是偌大隴中盆地的一個(gè)組成部分。地跨甘、青,天水—臨夏—蘭州,化隆—循化—共和,概莫能外地歸屬于這個(gè)盆地大一統(tǒng)。共同的命運(yùn)有共同的指向,同臨夏一起復(fù)述著同一個(gè)地質(zhì)演化史壯麗篇章,從起初的“一個(gè)聲音”,變而為多聲部合唱。
盆地研究成長起一代又一代人。十幾年前在蘭大初見,還是風(fēng)華正茂的年紀(jì),現(xiàn)在正當(dāng)盛年,依然激情滿滿;當(dāng)年跟從導(dǎo)師做骨干,現(xiàn)在帶團(tuán)隊(duì),骨干30多人,來自青藏所、蘭州大學(xué)和南京師范大學(xué)。方小敏教授現(xiàn)任中科院青藏所副所長兼環(huán)境變化與地表過程重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室主任,最近這次采訪,就是在青藏所北京部他的辦公室里進(jìn)行的。方教授站在三維立體的青藏高原掛圖前講解,語速很快,山脈盆地,抬升剝蝕,多少萬年,多少個(gè)百萬年,皆在倏忽之間。采訪者也在恍惚中,感覺那人那圖遠(yuǎn)在現(xiàn)實(shí)世界之外,融入浩瀚時(shí)空。
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