中国黄土研究的历史、现状和未来—一次事实与故事相结.pdf

第2 1 卷第 3 期 2 0 0 1 年5月 第四纪研究 QUAT E R NAR Y S C I E NCE S Vo I 2I No 3 M a y 2001 中 国黄 土研 究的历史 现状 和未来 一 次事实与故事相结合的讨论 刘东 生 孙继敏吴文祥 中国科学院地质与地球物理研究所 北京 0 0 0 2 9 摘 要 地质 科 学 研究 要 人 为 奉 从 可 持续 发 展 出发 开 拓 地 质多 样 性 有 所 为 有 所 不 为 中国 黄 土研 究经 历 了 发现 研究 此较研 究 和 目的研究 3个层 次 阶 段 今 后需 要 加 强 目的研究 中国 已有 条件 从 黄土 所 保存 的各 种信 息 以揭 示 新 生代 以来 全 球 干旱 化 的机 制 规 律 和 人类 活 动 影 响为 目的 从 区域 眭走 向全 球性研 究 提 出 黄 土 地质 生态 系 坑 研 究 的概念 基础 研 究 方 面 讨论 了 1 黄 土序 列连 续 性和 间 断性 的 间断平 衡 P UN CT U AT E D E QU I L I B RI U M 问题 2 黄 土全 球分 布形成 机 制 一元 论 问题 3 黄 土地 貌形 态 与地 壳运 动表 现 问题 应用 研究 方 面 讨 论 了 1 健康 与黄 土 区域 地 球化 学 与 地 质 生理 学 GE O P H YSI OL OGY 问题 2 建 设城 乡 与 黄 土地 质 生 态 结 构 问题 3 丧 业 与 黄 土 区域 生 态 系 统 管 理 评 价 R E G I oN AL E C OS YS TE M AS S E S ME N T 认 为 在黄 土研 究 中会 遇到 社 会和 技术 发 展方 面 的 挑 战 但 关键是科 学工 作者 自己的挑 战 主题 词 中国 黄 土黄 土研 究黄 土生 态 系 统 1引言 里 约 2 0 0 0 的启 示 2 0 0 0年 8月 6 1 7 13 第 3 1 届 国际地质 大会在 巴西 里约热 内卢 召开 主题 是 地质 学 与 可 持续 发 展 新 千 年 的挑 战 Ge o l o g y a n d S u s t a i n a b l e D e v e l o p me n t Ch a l l e n g e f l0 r血e T h i r d Mi l l e n n i u m 这次 世纪之交 的地质大会反 映了 当前地质科 学的状况 和未来 的走 向 对讨 论第 四纪研 究在 2 l 世 纪的发展 战 略很有 参考价值 概括起 来说有 3个重要 的迹象可循 1 地 质多样 性 是 地质 学 强大 生命力 的基础 会议 的 主要 活 动 大宇报 非常 活 跃 报告和论 文有 6 3 0 0多 篇 涉及 的专题 近 4 0 0个 从宇宙空 间到地球深 部和地层 中的细 菌 都有文章 讨论 会上把 它归纳为 2 8个小 学科 有所 为 有 所不为 凡 地球 上与人类 活 动有 第一作者筒舟 刘东生男8 3岁研究员 中国科学 窿院士第四纪地质学与环境埯质学专业E t mi l t s l i u p u b l i c bh mc n 国 家 自然科 学基 金 批 准号 4 9 8 9 4 1 7 0 重大 项 目资 助 2 0 0 1 0 3 1 9收稿 2 0 0 1 04 06 收修改稿 维普资讯 第 四 纪 研 究 2 0 0 1正 关的各 个 圈层 中都有地 质学 的工作 形 成 了一个 有机 的地 质科 学 系统 这一现 象可 以称 之 为地质多 样性 它 表 明地 质科学具 有十分强 大 的 多 方 面的创 新能力 这种 地质 多样 性 是 地质科 学发展 的潜 能 也是地质科 学系统具有生命 力 的基础 2 可 持续 发展 思 想 统一了资源 与环境研究 之方 向 在地质科 学 中 从 3 O届 地 质大 会在北 京召开 时 提 出了环境 与资源 协调发展 的思 想 这 次 里约 2 0 0 0 会议上 在 人 类 可 持 续发展 的要 求下 把 资源 开发 和环境 保护 这一对 看似矛 盾却 互为条 件 的工作在 研 究 思 维 上 统 一 起来 了 3 以人 为本 的精神是 地质学今 后发展 的保障 从会上 由著 名学 者所 作的大 会 报 告 以及 专题讨 论 等方 面 的呼 吁来 看 人们 感 觉到 当前和未 来资 源 与环境研 究发展 的趋 势 是从 人 出发 从人 类 的利益 和他 们未来 的需要 出发 以人 为本 的要求更 为强烈 这 和我 国提倡 的科学研究 与国家需求 和人 民利益相 结合 的精神更 为一致 4年以后 的 2 0 0 4年 第 3 2届国际地质大 会将在意大 利弗罗伦 萨召 开 其 主题 是 从 地 中海 到全球 地 质学 的文艺复兴 它将发扬 里 约 2 0 0 0 大 会所取 得 的成绩 以文 艺复 兴的精神 使地质学走 出低谷 迎接新 时代 的到来 中国第 四纪研究委员会在世纪之交 在 3 1 届 国际地质大会之后 2 0 0 3年第 1 6 届 国际第 四纪 大会之前 召 开一 次和 资源与环境 密切相 关的第 四纪发展 战略研讨 会 十分必要 也 十 分重要 这次研讨会 由国家 自然科学基金 委员会支持和第 四纪研究委员会双方联合召开 这是我 国地 学界 第一次 由决策 者与研究 者相互 沟通 的会 从这个意义 上说 我们将 在科研 战略研 究方 面能够符 合国家 的需求 使之更具有 时代 价值 本文在基金委对今 后地学 发展 思想 的指导下 提 出我 国黄 土研究 中的一些 问题 并 考虑到 国际地 圈与生物 圈计划 T h e I n t e r n a ti o n a l G e 0 s p h e r e B i 0 s p h e r e P r o g r a m I G B P于 2 0 0 1 年秋 在荷兰 阿姆斯 特丹 召开 的 一 次 公开科学会议 O p e n S c i e n c e Me e t i n g 所提到的 全球变化 战略的 内容 讨 论 中 国黄 土研 究 的未来 应 从现 在 出发 而一谈 现在 的状况 就 会很 自然 地联想 到 现在和 未来之源 历史 2 0 0 0年 l 1 月本 文作者刘东 生应台湾 中央研 究 院地球科 学研究 所 之邀 赴 台北 参加 台湾第 四纪之 第 8次研讨 会及亚 洲古环境 变迁计划成 果发表 会 在基 隆作 了题 为 中国黄土研究 的历史 现状和未来 的演讲 从台北 回来后修 改和 增加 了部分 内容 并在上 海 由中国第 四纪研 究委 员会组织 召开的 2 l 世纪 中国第 四纪研究 战略研讨 会 上作 了报 告 在本 文出版之 前 把讲稿 又作 了修订 这次增 加了一个 副标题 一次 事 实与故 事 My t h 相结合 的讨 论 My t h 一词译为神 话 故事 虚 构或猜 想 用 以表述 当前 还不 成 熟 不确切 的事 物 说它 是真 的 距事 实可能 还 有一 段 距离 说 它 荒诞 不 经 又 似乎 太过 因为有 些 说法 还有 一 定 的道理 最 近 不少 人 不 少文章 中常用 My t h 这 个字 以表达 文章或 发 言中科学 论据未 明 的部分 本 文中有 一 些说 法应 是 一种 My t h 用 My t h 故事 这 个词 可 以使 本文在 讨 论 问题 时更 大 胆一 些 更 接近 于挑 战 而读者也 可 以从这个 字的涵义获 得各 自的理解 2 中国黄土研 究的历史和现 状 现在 所说 的过去都说 过 了 只是表达 不同 而 已 本 文不是 就过 去谈 过去 而是从 现在 的状况 看过 去 这是一种 挑 战 性 的做法 但绝 维普资讯 3期 刘 东 生 等 中国 黄 土研究 的 历 史 现 状 和 未来 一次 事实 与 故事 相 结合 的 讨 论 l 8 7 不是 堂 吉哥德式 的无谓 的挑 战 而是一种 文艺复 式的挑 战 是 在 当前 工作 中寻找最 为 有利 的 机遇 和 思维 所以本文 把过 去和现在 一起 讲 人类 的进步 是 对 自然界 的认识不 断深化 的过 程 研究 黄 土 的过 去和 历史 也应 当从 人类 认识 自然界 过程 p r o c e s s 的不断 深化为基 础进行 讨论 本 文对历史 人物 工作的评 价 是从他某 一个方 面来讲 的 不 是全 面 的评价 从 一个侧 面观察历史 人物过 去的工作 特别 是其未 竟 的事 业 就 会激 发我们 对今 后 工作 的 一些 想法 这就 是为 什 么我们要 回顾历 史 的缘 故 了 2 1 黄土 的 自然成 因研 究 A 灾 变 论 的先 行 者 班 固 3 2 9 2 A D 他 已具备 了 天 灾变的思 想 但今 天地质 学需要从 人 来 思 索 在 我 国 关于黄土 成因 的最早记 载可能是 见于汉 朝班 固所著 汉 书 亦 即该书提 到 的 雨土 王嘉阴 也对此 有 专门的记述 后期历史 书上 关于雨土的记述多来 自关于灾 异 方面 关于 历史 上的雨 土现象 张德 二 曾作 过很 出色的研 究 从 雨土 二字 即可 看出 古人 认 为土从 天降 是一种 天气 的变异 是 一种不 同于有 规律 的 可 以看得见 的 正常 的天 气 气候 现 象 的 非规 律 性 现象 仅从 这 一 点来 说 班 固 的灾变 论 思 维 要 比法 国 的 居 维 叶 Ge o r g e s L i o p o l d Ch r 6 t i e n F i r e d e r i c Da g 0 b e r B a r o n C u v i e r 1 7 6 9 1 8 3 2 早 l 0 0 0多 年 关于这个 科学 历 史问题 本文不多讨论 了 班固与李希霍芬 的不 同之处 在于 李 希霍芬 只谈 到 了搬 运 黄土 的营力 风 和黄 土 的沉 积 过程 并未 探讨 黄土 的形 成 机制 和成 因 而班 固 当时虽 然不 具备 现代的科 学知识 却能够 在 2 0 0 0年前 记 录下来 自然界 特别 是地 质过 程 中的异 常现象 超 前认识 到 了雨土代表 我 们看 到 的现 在颇 为人们 注意 的气候 变化 在不 同时间尺度 上 的稳定性 和 非稳 定性 正常 的 突 变性 的 现象 关于 对灾 害性气 候 的 研究 有人 已把 尘暴 与黄 土 共 同进行研 究 我国是 一个完 整 的从黄 土物质 的源 区到搬 运 与沉 降成岩 1 o e s s i f i c a t i o n 区 对黄 土的地 质 成 因全 过程 的研 究有 难得 的有利 条件 特 别 是 对全 过 程 中正常和 突 发现 象 的研究 此 中除考虑气 溶胶 的研 究外 还应 考虑 现 代的 尘暴研 究 2 0 0 0年影响到北京 的沙尘暴和 2 0 0 1 年 1 月 以来 几 乎同时发 生在河西走 廊和 内蒙 古并 造 成巨大灾 害 的尘暴和 雪 沙暴 说 明人类 活动造 成 的地质现 象 已是 急需 重视 的 研 究 课 题 了 B 成因论 的倡 导者 庞培 利 R P u mp e l l y 1 8 7 7 1 9 2 3 认 为黄土是 湖积 为近代 湖 泊研究提 出了一个难题 庞培利 刚可能是外 国地 质学家 中提到 黄土 的第 一人 他观察 了 中国北方 的黄土 追究 黄 土 的 成 因 打 开 了黄 土 近代 科 学研 究 的 大 门 他 认 为 黄 土 是 湖泊 沉 积 物 并使 用 了 H u a n g t u这个英 文名 称 这个 词后来 由李 四光先生建议 被刘 东生 张宗枯所 著的 中国黄 土 1 1 1 e Hu a n g t u o f Ch i n a 一文所采 用 现 在 虽 然 湖积 学说 已不再 多讲 但 是却 给我 们提 出 了一个 十分重 要的课题 D k R e a I 曾发表文 章指 出 北 太平洋深 海沉 积 物 中有 来 自中亚 太陆 中国 的粉尘 物质 黄土型 堆 积 以前 曾报道阿 拉斯加 的 巴罗有 粉尘 黄土 B u s a c c a A e d Du s t A e l O t S L o e s s S o i l s a n d G o b a l C h a n g e L 9 9 9 维普资讯 第 四 纪 研 究 2 0 0 1年 状 来 自亚 洲 还有 人认为格 陵 兰的冰 芯中细粒 气溶胶 类 的物质也有 来 自亚洲大 陆的成 分 然 而在 中国第 四纪 湖相 沉积 的研究 中很少 有 关于黄 土堆积 的报道 这 种现象 给我 们提 出了一个 问题 即 中国的第 四纪湖 泊 中有 没有 风成 黄 土物质沉 积 如有 它们 到 哪里 去 了 我们 能不能找 出来 既然 在深海 的岩芯 格 陵兰的冰 芯 阿拉 斯加和 夏威夷都 可以 分 析出来 自亚洲大 陆 的风尘物 质 黄 土 像 肖举乐 曾在 日本 琵琶湖 中找到过 那 为什 幺 我们 中国大 陆的许多 湖泊 中找不 到黄 土物 质 的痕迹 呢 很 少见在 中国湖泊研究 论文 中有 关于 黄土物质和 行为 的报道 夏正 楷口 关 于水 下黄 土的研究是 很值得继 续深入的 我们 已从黄 土地层 中得 到了第 四纪 2 6 Ma B P以来的连续 沉积记 录 那 么 在它附近 的华北 西 北 三门峡 游 河 泥河湾等 许多第四纪河 湖相沉 积盆地 中黄 土以什 么形式存 在 1 0 0 多 万 年 庞培利就 认为黄 土和湖泊有 关 最 近我 国对湖泊 的研究 形成 了一个热潮 是否 黄 土研究 者 和湖泊研究 者共 同合作 以解开 2 6 Ma B P以来 黄 土之谜 C 李 希 霍 芬 r F Vo i l R i c h t h o f e n 1 8 3 3 1 9 0 5 1 从 黄土 水成说 中创新 出一个黄土风成 学说 他还是地球 圈层 学说 的创始 人 对 于这 位凡谈 到 中 国黄 土就要 提及 的德国地 质大 师 与其说 他对 黄 土风成 说 的贡 献 不如说是他 在地 质科 学领 域 特别是 在第 四纪和有 关的黄土研究 中的更 为可贵 的创 新 精 神 李希 霍芬 来 中国 工作 的 时候 1 8 6 8 1 8 7 1 是 莱 伊 尔 E e 1 1 的 地 质 学原 理 P r i n c i p l e o f G e o l o g y 一 书于 1 8 3 0 1 8 3 3 年 出版 时 也 是庞培 利关 于 中国 黄 土湖 积说 发 表 1 8 6 6 1 8 6 8 后不 久 李希霍芬 不仅能够 把他所 见 的中国黄 土和故 乡莱茵河 流域的黄 土 L OS S L oE s s 对 比 还能够 不受 莱伊 尔 关于莱 茵 黄土是 河流冲 积而 成 的说 法和 庞培 利亲 自观 察过 中国 黄 土后所 得 出的黄 土湖积 成 因结论 的影 响 实事 求是 地依 据 自己在 中 国野 外实地 观 察到 的情况提 出了黄 土风成学 说 这是 一种创 新 他 所提 出 的地 球 由大气 圈 水 圈 岩 石 圈形成 的学说 是 近 代地球 系统科 学 的来 源 他为捍 卫 自己的黄土风 成说 曾写 过一篇 论战性 文章 刊登 在英 国地质 杂志 G e o l o g i c a l Ma g a z i n e 这是一 篇很 有战 斗力 的文章 可惜 限于 他所在那 个 时代 他仅 对黄土形 成是 由于 风力搬运 和粉尘 为 植被阻 挡堆积 为 黄土这 一地质 现象进 行讨 论 但对 黄土颗 粒被 风扬起来 的 动力 学和 力 学机 制以 及黄 土在大气 层 中的传 播还没 有形成 近代 物理学 观念 如近代把 大气 物理学 的研 究应 用 于粉尘 的吹扬作 用 黄土作 为第 四纪冰 期 的一 种 产物 其形 成的气 候 背景 和 驱动 力便 能 很好地说 明黄 土的成 因 对现代粉尘 传播 的模 拟 已有人作 过工作 但 还不够 我们还 需要 像李希 霍芬 那样 对黄 土的研 究 从实践 中发扬创 新精神 不仅研 究 中国的黄土也研究 地 球上 其他地 区的黄土 n B A 奥勃鲁契夫 B A Ob r u c h e v 1 8 6 3 1 9 5 6 黄 土成 因类型论 者 深八 于黄土地质形 成机制而 引出二 元论 来 讨 论 黄 土成 因的大学 问家 中 延续 时问最长 的一位 应是把 黄 土分为冷 黄 土和热黄 土 的前苏 联地 质学 家奥 勃鲁契夫 1 8 6 3 1 9 5 6 l 9 5 5 年 刘东生 曾接 到他来 信讨论 红色黄土 问题 他认 为红色 土是黄 土 苏联 学者是第 四纪 研究 中成 因类型的提 出者 他们 的贡献是 超越 了描 述地 质学 范 畴 走人 了成 因论 的新 天地 奥勃 鲁契夫 认 为西 欧黄 土形成 于冰 1 R j c h血 n F Ch i na I 8 7 7 维普资讯 3期 刘东生等 中国黄土研究 的历史 现状和未来 次事实与故事相结台的讨论 l 8 9 川前 的风力作 用 叫冷黄 土 而 中国黄土则是 在干 旱地区 沙漠外 围的风力 作用下形 成的 叫热黄 土 这种玲 黄土 与热 黄土 的说法可 能与 当时地质 学思想 对 区域性 的重视有 关 奥 勃 鲁契 夫从全 球 黄土 出发 进行 区域性 的 黄土划分 这 种 区域 性概念 的重 要 意义 是科 学 地 表达 了第 四纪 以来 气候带 的形 成和 移动 动植物 的分 布和 迁移 土壤 的形 成和 时间上的 变化 特别是 后者 它是地 表各 圈层交互作 用 的结果 这 虽然是 自然地理学 的概念 但对第 四纪 的 研 究 是 至 关 重 要 的 最 近 为 地 质 学 者 所 接 受 的 地 球 系 统 科 学 f e a r 1 h s y s t e m s c i e n c e 是从 区域 性概念到 全球 性概念 的 深人 苏联 学者 区域 性地质 概念来 自他 们生 长 的地 区面积 的广大 这一 思想在 后来 葛拉 西奠夫 的时代 对黄土和第 四纪 的研究 中就 表现 得 更 为 突 出 了 E 葛拉 西莫 夫 I P Ge r a s i mo v 1 f 1 9 0 5 1 9 8 5 1 赋 予黄土 区域 形成 概念但 又是 全球性研 究的先驱 葛拉西莫 夫是 2 0世 纪 5 0 年代 在 中国西北实地 考察 黄土高原 的土壤 地 质和地貌形态 后 肯 定了 中国黄 土 中的古 土壤 层 并提 出中国黄 土的 洪积 成 因 认为 黄土是 区域形成 的 产 物 他 对黄土 化 的概念和 干 旱 区的特 征有 强烈 的 区域感 早 在 1 9 6 0年就提 出由中苏 科学家 合作 研究 从北极 西伯 利亚 蒙 古 中 国到东 西亚 讨 论跨 南北 两半球从 极地穿越 赤 道 的第 四纪地质 大 断面 的构想 这是 他从 区域 系统性 出发而 提 出全 球 地学 概 念 这 一思 想超 前于 国际地 圈与生物 圈计 划所 提 出的 现 在正 在进行 的 P o l e E q u a t o r P o l e P E P 计 划 3 0年 从 这 一方 面说 他无疑是第 四纪全球性 研究的思想家和 先驱 历 史 上黄土 的研究 虽然 已经 过去 但 使 人吃惊 的是 这一历 史却 带着整 个地质 学发展 的智慧 走进今 天 黄土成 因研 究的思 维在过 去表 现得如 此 强烈 很 可能在今后 仍然 是人 们追 求 的 目的 但其 表达的科学 意义 则不 一样 了 2 2 黄 土的人地关系 论者 2 0世纪 2 0年代 之前 中国学 习地 质的 人数很 少 对 中 国黄土 的研究 基 本上 以 国外的 科学 家为主 当时 中国的地 质 学研究 尚处 于 一个探 险家发 现 处女地 的时 代 所 以他们 在黄 土高原 区虽然工 作不 多 但却都 能有 所建 树 2 0年 代 以后 中 国黄土 的研 究开 始有 中国科学 家参加 从而使 中国 黄土的研 究进 人 了一个 崭新 的时代 一方 面黄土的岩 石矿 物 成 因 等纯 地质学 的研究仍 继续 发展 同时黄 土的人 文学 研究 方 面更加 突 出 取得 的成就也 最大 A 安特 生 G An d e r s s o n f 1 8 7 4 1 9 6 0 开拓 了中国新 生代 的研究 发现 了灿烂 的彩 陶文化 瑞 典安特 生 J l G An d e rs o n 于 1 9 2 2年应 中 国政 府 之聘来 中国作 为矿 业方 面的顾 问 但 中国新生代地 质的 丰富多彩 吸引 了安特 生转 移 注意力于新生 代地 质 特别是 黄土 高 原 和黄河 流域 的人类 文化 和它 的起 源 他是 中国彩陶 文化 的发现 者之 一 他 是 以地层学 方法 对 中国彩 陶文 化进行 分期 的创 始人 有 经验 的欧 美地 质 学家在 中 国北 方工 作初期 多半把具 有 继承性 的新 生界地层 看成是 一套整 体 这是 一个很值得 重视 的问题 因为从它 r e p a c 删 呻M r L r I E e e It 1IT 11 H 肛 p D H c x 啊 e 日 H e 1 9 5 5 维普资讯 第 四 纪 研 究 2 0 0 1 妊 发育 的 古环境 和古生 物演 化来看 它 们是 具有相 当强 的成 因上 的联 系 这一套地 层 同人 类 的 出现和 今天 的 生活 关系密 切 这 导致 了后来 法 国德 日进 r P T e i l h a r d d e Ch a r d i n 1 提 出 大 陆地 质 c o n t i n e n t a l g e o l o g y 这 一概 念 这是 对 中 国地 质 学研 究 的具 有 思想 性的 意见 因为单纯从 地层学 可 以划分为很 细的地层 单位 从地质 年代 可分 到万 年 千年甚 至到 年或 季 从构造划 分 可以判别 若干新 生代 盆地 但 是 如果我们 不以时代 概念 不以 构造地质 的空间概 念 而换一种 以气候 与生态 环境 的思维看 中国北方 的新 生代 地质时 则 会得 出一个全新 的认识 中国新 生代的生态 环境 的特 点是 干旱 化 从 干旱化 环境 来辨认新 生代历史 时 则它们 的继承性 可以说是很 明显 的 这 种继 承性是 一种血缘 型 h i e r a r c h y 性 质 的继 承 这一点在李 希霍芬 安特生等 的工作上 表现得 最为 突出 虽然 当时对地层 的划分 并 不清楚 而且 对这 一套地层 的强烈 的继 承性 的认识 也 不充分 但 安特生 在中国 发 表的 一部地质 报告是 以 中国的新 生界 为题 表达 了他 用统一 的观点 来看 中 国新 生界 的思想 李希霍芬 认为 中国黄土有 4 0 0 m厚 实 际上其 中包括 了晚 中新世 时代 的三趾马红 土等地层 过 去说他 把地层 认 错了 那是从 地层 划分 不够 精细来 说 的 现在看 来李 希霍 芬 安特生等把 黄 土和红土划 分为一个单元 不仅是 一种巧台 而是受 这一套地 层强烈 的继 承性 的感染 所致 今 天 人们 认识 到 马兰 黄土继承 了离 石 黄土的某种特 征 而离石黄 土继 承 了午 城黄 土的某些特 征 而午城 黄土又继承 了三趾 马红 土 甚 至更老 的红土的某 些 特征 如 构造运 动导 致的 干旱化 和季风 气候 产生 的沉积 韵律 现在 对新生 代 以来 中 国北 方干旱 化继承性 的认识 和对黄 土的研 究和安特 生 时代 的区别是那 时是从相 同中 去发现不 同 而今 天则是在 不同中去寻找相 同了 安特 生在对 中国北方新 生界研究 的过 程 中 发现 黄土不仅记 录了地质信 息 而且还记 录 了人 文信息 黄 土高原 很早 以来就是 中华 儿女 生产 劳动 的场所 所 以他把讲 述个 人在 中 国的调查 研究经历 的书名 叫做 黄土的儿 女们 C h i l d r e n o f t h e Y e l l o w E a r t h 2 0 1 并探 讨 了生 长在 这个黄 土地带上 的人类历 史 特 别是 黄河流域 的 黄土与人类 活动发展 的关系 他建 立 了中国彩陶文化 考古的分 期 促 进 了中国新 生代地质 和古脊椎 动物研究 的发展 打 开了在 中国发现猿 人 即直 立北京人 Ho mo e r e c t u s P e k i n g e n s i s 的大 门 这一时期 侯德 封的黄河 研究 和 马溶之 的北京风尘 研究 都取 得 了新 认识 但 都不 及 黄土 的人文 研究声 势浩大 安特 生的工作 留给我们 的另 一些印象是 他所强调 的黄 土的 儿女 们 目前 研究人类 生存条件 生 物多样性 这一新的 形势 为我们研 究黄 土高原人类 活 动作 为 一种地质 营力 以及 由此 引起 的生态 地质 学 e c o g e o l o g y 上 的变 化是 一个较好 的 机 遇 我们 祖先 对黄 土高原 上 土地利 用的地质 的信息对第 四纪工作 者来说是 一份还 没有充 分 开发的宝贵 遗产 B 梭颇 T h r o p e 1 9 0 6 1 9 9 2 土壤 学家对 黄土的应 用研 究 引发 了黄 土基 础理论 的根 本 改变 棱颇最 早 认 出了黄土 中的 古土壤层 这是 第 四纪 地质 学基 础理论 中的 一个重 要 问 题 即古气 候信 息 的全球 可对 比性 他 注意到 了黄 土地 区的地 方病 以及 黄土高 原 的生态 条件 他 注意 古 土壤 是 从 土地 利用 的观点 出 发 但今 天 人们 已把古 土壤 的磁 化率看 作是 季风气 候 的代 用指标 并以此 来和 间冰 期的气 候对 比 进行全 球 变化 的理论研 究 今 天 我 们还 不能 以 生 态 系统评 估 e c o l o g i c a l s y s t e m ma n a g e me n t a s s e s s me n 0的科 学理论 和 方 维普资讯 3期 刘东 生 等 中 国黄 土研 究 的 历史 现状 和 未来 一 次事 实 与故 事相 结 音 的讨 论 I 9 1 法要求 梭颇 他 的著作 中国的土壤地 理 G e o g r a p h y o f t h e S o i l o f C h i n a 2 4 提到 的土 壤地 理 在 某种 意义上 说是 一种 区域地理 概念 而这 种 区域 地理 思想 包告 黄土 高原 治理 的一些重要思 想 朱 显谟 曾提 出了黄 土高原治理 2 8字 方略 张新 时提 出了 生态 经济带 和过 去若 干年 实施 的 中国科学 院提 出的 水 土保 持治 理措 施 及水 利 部提 出的 小流域 治理 等 方案 都需 要 一个 多学 科的 综 合 的 系 统的生态 和地 质规划及 其实施 的评估 在 这 方面 梭颇 多年前 首先把 土壤 和地质 与地理 等 学科结 合起来 考 虑环境 问题 的做法 是 十 分有意义 的 古土 壤的形 吱和环境意义 说 明它仍 是今后研 究 黄土高原 全球 变化的 一把金 钥 匙 C穗 日进 f P r e i h a r d d e Ch a r d i n 1 8 7 5 l 9 5 5 1 黄土 高原 哺育 出来 的科学哲 学家 他从 生物 演化认识 了黄土 的历史 1 9 6 1年 为参加在 波兰华1抄举行 的第 6届 国际第 四纪大会 Vl I NQU A C ONGR E S S 由李 四光建议 刘衷 生 张宗枯在 中国的黄土 一 文中提 出了上更新 统马兰 黄土 中更新统 离石黄土 早更 新统午城黄土的岩石地 层命 名 在此之前 德 日进和杨钟健 已将马兰黄 土 之前的地 层命名 为红色土 A B c 3层 后来 大量 的工作 表明 我们 对黄土地 层的划分 和德 杨 的划分基本是一致 的 早在 2 0世纪 3 0 年 代初德 日进 和杨钟健对黄土地 层有如此 精确 的观察和认识 实在使人敬佩 黄土不仅哺育 出像安特生那样可以从黄 土高原发现中国灿烂 的彩陶文化而联想到东方文 化与西方文化 的交流和影响 同时也蕴育 了像德 日进这样 他 1 9 2 0年到宁夏水洞淘 2 0 世纪 3 0年代研究山西 陕西红色土删 将人类发展前景作为一种地球发展的必然延续的学者 他从 黄土高原所蕴育的直立人 北京人 河套人到历史时期和现代人演化 的不停的旋 回中 看到人 从原始 的石器一铜 器一铁器一 机器到现 代所形 成的一个智慧 圈 N S o s p h e r e 的形成过程 现在当我们把地球作为一个整体来探讨岩石 圈 水圈 土壤 圈 生物圈 大气圈等各个圈层之间 的关系 把人 的活动作为一种活跃的地质营力时 智慧圈 6 o s p h e r e 这一 富有哲学意义的科 学 概念对人类发展的意义逐渐愈来愈为重要 德 I t 进在黄土高原所涉及到的以及 他后来发展 成 为 人的现象 ne P h e n o me n o n o f Ma n 一书中的哲学思想 可能和我们并不一致 但是黄 土高原作为东方文明的发源地之一 它的人文学 的意义是不容忽视的 甚至在整个 自然界和人 类文明研究 中也是一个极其重要的环节 在新千年到来之 际 现在 已经是应该有人 注意到这 些挑 战的时候 了 n 我国研 究黄 土的前 辈们 我国研究 黄土的前 辈们 在 2 0世纪 5 0年代以前 曾随黄河 流域的治理口 风秒 对环境影 响 和 土壤 农业 关系 等工作开展 过不少 5 0年代 以后 随着 水土保持 和黄土地基下 沉 等工作 以及 中国和前 苏联学者们 对黄土的兴趣 曾有过一个小的研究高潮 这 一高潮 的 贡献是 开阔了领域 培养 了人才 建立 了机构 积累 了经验 是 近代 研究黄 土问题 的基 础 其 中早期 有叶 良辅 李 庆远 李 四光 竺 可桢 侯 德封 杨钟健 张伯 声 近期有 王永 炎 朱显 谟 张宗枯 等的工作对黄土 的研究是有 时代意义的 他们是我 国黄土研究的先驱和奠基人 我们 还应该感谢 在黄 土高原工作过 的各种学科 的工程 师和科学家们所做的贡献 在此短文 科学规 划 委员 会建筑组 黄 土工程性 质研究 小 组 黄 土贷料 9 5 8 维普资讯 1 9 2 第 口 纪 研 究 2 0 0 1年 中不可 能对他们 的科学工作 作任何 表述 了 他们在黄 土高原 为我们 留下 的是 他们 对黄土的 热情和对黄土的思想 和他们 为我国第 四纪黄 土研究所培养 的人才 现在和将来 无论是直 接或是 间接 是第 1代 是第 2代 还是第 3代 都是受他们 思想的影 响对黄土进行研究 的人们 这是不能忘 记的 青年人才是 回答 2 1 世纪挑战的真正的主力军 1 9 9 5年 在第 1 4 届 I NQU A大 会在柏林 召开时 人们介 绍研究黄土鼻祖之一 的李希霍芬 许多德国青年人不 知李希 霍芬做过 的工 作 难 怪德国人说他们 的黄土研究落后 了呢 时代在不断的前进 黄 土的研究如何 站在 已有 的基础上前进是我们在 2 1 世纪将 会遇到 的挑 战1 3 中国黄土研究的现在和未来 我们无 法预 测未 来 因为我 们无法想像 未来 在 2 0 0 0 年 第 3 1 界 国际地质 大 会上 国际地科 联前 主席 美 国地质 调查所所 长 B r e t t 曾 回顾 以前美 国地 质学界权 威 地貌旋 回学说创始 人 Wi l l i a m D a v i s 于 1 9 0 5年 对 2 0世纪 的 地质学 作过 的 预测 他认 为除 了板块 运 动引起地 质学 革命 以外 地 质学似 乎没有 什么很 大的突破 这使人想起 地质 学很需要像 魏格纳 当初提 出大陆漂移 学说 时 的想像 力 像爱 因斯 坦说 过 的 想像力 比知 识更重 要 在讨论 未来 世纪 第 四纪 的研 究方 向和 内容 时 作 者 们感 觉 映乏 足够 的想 像 力 只 能是 想像 一 些 现在 需要 重视 问题 将 其 作 为一种 新 的挑 战 也许 这些 是不成 问题的 问题 正 如爱 因斯坦所 说 知识是 有 限的 而 想像力 概括着世 界上 的一 切 推 动着 进 步 本文 希望 引起 所 有第 四纪 工作 者 对 中国第 四纪研 究 的发展都 充分 发挥 自己的想像 力 3 1 黄土的地 质生态 系统 黄土地 质 生态 系 统把地 质学和生 态学结合起 来作 为 自己的 研究 方 向 它强调把 人作 为一种地质 营力 把 人作 为生态 系统 中的一员 这是 一个新 的尝试 本文不 详尽地讨 论这 一 问 题 这 里所 要提 的是 黄 土的研究 无论从 历史 的 回顾 从 当前研 究的 内容 还是对未来 的 需 要 和 发 展 来 看 黄 土可 能是 一 个 研 究 地 质 生态 系 统 的较 好 的 实 例 e x am p l e 和 范 例 p a r a d i g m 从 我们现 在对 黄土高原 了解 的程度来 看 作为一种地质 体 黄土是探 索人类生 产环境 可持 续 发展 并 需要 深人研 究 的对象 黄 土除 了对 黄土高 原人 民生 活的实 际意义 外 还 因 为它是 记录新生 代晚期 以来 全球 自然环境 和气 候变 化的最好 载体 与深邃 的海洋 或寒冷 的极地相 比 黄土保存 环境信 息的数量 和 内容都 比前 两者为多 为好 而且 陆地是我们 人类 自己生存 的环境 它所 提供 的气 候 生物 和化学 以及物理 变化 的信 息远 比深 海和极地 对人 类生存 更为 直 接和 重要 当然 对 于全 球变化 的研究 来说 海洋 和极 地也 同样重 要 丁国 瑜说 俄 罗斯最 近 总结第 四纪研 究时提 出了生态 地质学 这也是 我们应 参考 和学 习的 不 能简单 的仅 以研 究 黄土来 代替其他第 四纪 研究 工作 对于研 究人类 未来 的可 持续 发展 在 下 1 节谈到 黄 土人文 环境研 究 时 还将 对黄 土地 质 生态 系统再加 以讨论 黄土研 究 有其 在空 间上 和 时间上的 有利 条件 我 国黄 土的面积 多 于 4 4 1 0 k m2 3 口 已 知 最 大 厚 度 在 兰 州 西 津 村 可 达 4 0 9 9 3 m 3 其 年 代 一 般 从 维普资讯 3期 刘 东 生等 中 国黄 土研 究 的历 史 现状 和 未 来 一次 事 实 与故 事相 结 合 的讨论 9 3 2 6 Ma B P 算起 最 近 的研 究 已将 风成 红牯 土 的年代 向下 延 长可到 中新 世 的 晚期 可达 7 2 Ma B P 以前 以前 曾将 这套 典型黄 土之下具有 风积特征 的沉积称作 三趾 马 红土 刘 东生 曾在 1 9 9 8年 兰州 的黄 土与古 土壤 国际讨 论 会上 将其称 作红色黄 土 以示 区别 于黄色 黄 土 目前 对 这 一 早 期 风 成 沉 积 的 黄 土 问题 还 在 深 人 的 研 究 之 中0 即使 暂 时 把 7 2 Ma B P 的风成 沉积 不算 在 内 从第 四纪黄 土算起 也有 2 6 Ma B P 的较连 续 的记 录 它 记 录了气候 生物 和构造运 动的 活动 和事件 其 中包括 了人类 自己本 身的化 石记 录以及 几 千年来有 记载 的文化 历 史 因此从 人类 史前 文 明信 息 的生态 系 统学角度 来 看 黄土高 原 确是一 个无可争 议的人类认 识 自己历史 的信 息宝藏 黄 土的基础研究 是有联 系的和互补 的 3个方面 1 发现研究 科 学的发现是 第一位 的 这类 工作需要 实地野 外考察和 实验 室实 验 虽然这 已是 传统 的科 学方法 但 在今天仍 有其潜 在的价值 科 学发 现在于敢 去探 索未 来 根 据现有 的考古材料 以及古 环境分析 在黄 土地 层 中发现 比兰 田直立 人更老 的人化石 这并不是 不可 能的 如果 实验 能够说 明黄 土和古 土壤 的磁 化率 形成 的机制 像 MI S的阶 段 划分一样 制定一个 磁化率 阶段 年代 表 这也不是不 可能 的 它将 改变 人们 对 黄土和陆 地 生态 系统和 地球 系 统的认识 所 以在 列完 许许 多多 的黄 土 的可 能 发现之 时 应 当永 远 有 一项 x一 的发 现 研究 以代 表我们对黄 土发现 的研究 永无止境 2 比较研究 比较是科 学 的属性 这一类研 究包括 H e l l e r 等 1 9 8 2年 黄土磁 化 率 和深 海 氧 同位 素 阶段 ma r i n e i s o t o p e s t a g e s MI S 对 比研究 工作 和 我们 现 在在 进行 中 的大量工作 如物 质成 分 的 地 质时代 的 变 化规 律 的 形成机 制 的 也 包括 地理位置 的 气 候条 件的等等 目前我们对 于黄 土作为 2 6 Ma B P 以来一 个地质历 史的信息库 特别是 古 气 候环境 的信息 库 的研 究 对于 黄土 的时代进 行高 分辨 率地层 的 比较研 究 对于变 化规律 进行 了氧 碳 等同位 素 的 比较 分析 对 于形成机 制 的研 究 进行 了各种 假说 如米兰柯 维奇 假说 的 比较 而 比较 中含 有新的认识和 发展 目前我们 正在这方面做 大量 的工 作 3 目的研 究 科学研究 的价值和意义 目的研 究是 发现与 比较研究 的结 果 也可 以是从一 个 目的出发而有所 发 现和 进行 比较 研究 我 国曾在这 方面作 了不少有 意义的探 索 但在新世纪到来 之际应 当汇集力量 从事 目的研究 黄土 的 目的研究是 什么 也许 会有 不 同的看 法 作 者 认为黄 土是一 个 干旱 半干 旱环境 的产物 它 的分 布地 区 包 括从 干旱 的 戈壁 沙漠 源 区 到沉 积再沉积 的半 干旱的 中纬度地 区 以及 它随西 风带传送到远距离 的海 洋和陆地 从全球角度看 应该说黄 土指示 了全球地理干旱 中 t5 的存在 黄土指示 了干旱环 境 的出现 黄土说 明了季风 对干旱的作用 黄土指示 了干旱发 生 发展 的历史以及对生物界 演化 以及人类文 明的过程 地球上 的干旱环境不止是 中国的黄土高原所特有 的 但是能够 像 黄土高原这样 保存有 自第三 纪以来 的基本连续 的生物 界和 非生物界 的干旱演化历史信 息 的陆地沉积物恐怕是很 少的 南极 冰芯保存 了极地环境 的历 史 深海 和大洋 保存了海洋 环境 的历史 而黄 土高原是地球 上保存 干旱环境 的地 质历 史 的地方 我 们研究黄 土和黄 土 高原的价值 和意义在 于把地球 上干旱 半 干旱地 区的形成机 制 历 史和 过程以及它 的影 响 作 为研究 目的而不是别的 而这 一研究 也是 为黄 土应用研 究的发展 打下基 础 3 1 1 黄土序 列的连 续性 和间断性的 间断平衡 问题 这 实 际上是黄 土堆积 的时 间分 布与空间分 布的格局 和变异 问题 这 些年对 黄土的连 维普资讯 1 9 4 第 四 纪 研 究 2 0 0 1 年 续性 作了一 些工作 但 和深海 的钻孔研究相 比 我们 黄土和古 土壤 的各种 地质信 息的揭 示 工作 还有 许 多工作 要做 其 中有 项需 要清 理 和整理 的是 黄 土剖面 的登 录和保 护 工作 这需要 由中 国第 四纪 研究 委员 会的 黄土专 业委员 会拟 定一 个办法 把 做 过的和 以后 要做 的每 一个完 整的 或 较为 完整 的连续 的 黄土一 古 土壤 剖面依工 作先后 年代 次序编 号 像深 海 钻孔那样每 一个钻孔有 一个编号 这种 档案工 作 十分重要 深海研究 的成功 有许 多方 法 是值得借 鉴的 对我们今后 工作 的挑战是 什么 作 者认为是 如何 解释 和认识我们 黄土 古 土壤 序列 曲线 代 表的地 质意义 的问题 过 去我们一 直是 以黄土序列所得 的古气候 曲 线 和深海氧 同位 素曲线 对 比和 比较 我们可 不 可以从 中国 的黄土 古土壤序 列建立一 个 自 己的概念 呢 这是 一个严 肃 的科学 问题 作者 认为在新 的时期 到来 之 际 应 当提 出来 相 信 我们 可以 做出成绩 我们说 黄土序列在 地质上是 连续 的 那 么我们 可 以把 黄土与古 土 壤在 一个 剖面 上的连 续 出现 看成 是 一种现象 与另 一种现 象 连续 的转换 另外 也可 以看作 是 地 质意义 上 的连续 间断 气象界 的 均质 突变 变 率 突变 等 概 念对于 我们 认识 这种 间断性 的变化 可能 是很有意 义 的 值得研 究 过 去 我们 比较重 视黄 土的地质意义 而忽视 了其物 理 化学 意义 现 在某些 工作 中则 对地 质现象 的意 义有所 忽 略 在 黄 土 剖面 上 黄 色与 红色是 用 肉眼都 可 以分 辨的界 限 需 要 了解 的是 它们 所代 表 的物理 化学 指标从 量 变 到 质变 的地 质 过程 如何 这 种现 象在 深海 沉积 冰岩 芯 中似 乎是 不太 容 易解 决 的问 题 而 黄 土堆积 中大量 的 黄土和古 土壤层 给 了我 们很好 的机会去观 察 去实验 是否有可 能 得到解 决 1 9 8 7年 在 渥太华 的第 l 3 届 I NQUA大 会报告 中刘东生 曾对于整 个黄 土和 古 土 壤序 列 的 既连 续 单 个 黄 土和 古 土壤 层 又 不连续 的现 象 借 用 问断 平衡 p u n c t u a t e d e q u i l i b r i u r a 这一 个古生 物学 关于 生物进 化的连续 性和 问断性 相 结合进 程来解 释 当时也 有人很 注意这种 认识 的说 法 Os c a r Ba k e r 同样 用 间断平衡 的理论解释 大冰期 时地质现 象 因此 今 天我们 觉得 还有 对这 个 问题 再提 的必要 限于篇 幅不 可能详 细的讨 论 黄土 古土壤 序列 的 间断平 衡论 有 关 间断平衡理 论 的 书和文章 很多 希望 有兴 趣 的人能够 对 这 个 问题 加 以注 意 当然 地质 现象 与生物现 象 不 同 间 断平衡 的 问题 是 一个 生物学 上关 于演化 的学 说 本文 只是借 用 它来描 述 中国黄土 高原 的黄 土与古 土壤在 时间上 的 连续 和 物质上 的 间断二 者 的转换 与 连续 的关系 这是一 种无机界 的发展演化 的关系 这 一 问题 仍有许 多工 作要作 有 实 际的野 外及 室 内地 质 地球 化学 地球 物理 和气象 水 文等观 测工 作要 做 另外也有 许多理 论 概 念等 问题需要探 讨 在今 后工作 中建 立起 黄土高原