中国科学院科普云平台
中国科学院科学传播局中国科学院网信办指导   中国科学院计算机网络信息中心主办

关于作者

 中国科学院成都山地灾害与环境研究所研究员,一九七○年毕业于兰州大学,冰川专业,多来与冰川结伴,曾多次去南北极进行科学考察,与冰川结下了不解的情缘。

风光别致的元谋土林

2019年03月29日
在《徐霞客游记》中有这样的描述:“……涉枯涧,乃蹑坡上,其坡突石,皆金沙烨烨,如云母堆叠,而黄映有光。时日渐开,蹑其上,如身在祥云金粟中也。”徐霞客在这里所说的就是云南元谋土林景观,如今已成为我国著名旅游景观之一。 2010年1月中旬,我因到云南省元谋县参加一个学术会议,有幸去了距县城约30千米的物茂土林考察。虽然以前我也到过元谋,但只是路过,匆匆而来又匆匆而去,只知道这里属于金沙江南岸一个比较干燥的盆地,而这次考察使我对元谋特别是元谋土林有了更多的认识和了解。 土林:特殊地质构造和气候环境综合作用的产物 元谋土林主要分布在金沙江南岸的元谋盆地,总面积大约为50平方千米,平均海拔1000米左右,包括新华土林、班果土林、虎跳滩土林、物茂土林等13座土林,其中景观品位最佳的当数物茂土林,目前这里已成为外地游客来元谋参观的主要景点。 在我国的土林景观中,以云南的元谋盆地和西藏的阿里扎达盆地最为发育,此外,在云南的江川、南涧,四川的西昌、甘肃的天水和新疆的叶城等地也有土林分布,但就面积、观赏性、典型性和密集程度看,它们都不能与元谋土林相比。土林作为一种独特的流水侵蚀地貌,其形成是特殊的岩性组合、构造运动、风雨动力和生态环境等条件综合作用的结果。元谋土林之所以能形成今天的规模和形态,与其特殊的地质和气候环境背景有关。 元谋盆地的降雨量不足200毫米,而且雨、旱季分明,降水量集中在夏天的6、7、8三个月,降水次数少,但每次降水量集中、强度大、持续时间短。这种干燥少雨的气候环境为元谋土林的形成和发育提供了有利条件,再加上第四纪以来元谋盆地多次间歇式的抬升、构造运动,使盆地中的沙土沉积在隆升停歇时期处于迭加富集状态,同时形成一层密度较大,胶结尚好的“硬夹层”。正是这些硬夹层在后来的雨水侵蚀过程中对下层土柱或土塔起到了很好的保护功能,这也正是元谋土林得以形成今天这种规模和形态的主要原因之一。 任何一处土林景观的形成和发育均离不开干燥少雨且雨量集中的气候环境,土林中的土柱和土塔个体要想保护得更长久,那就必须要有石碛、石砾或胶结较好的硬夹层覆盖在土柱和土塔的顶端,否则土柱和土塔便会在风吹雨打中逐渐变矮变小,直至倒塌折断甚至被夷为平地。所以,无论是西藏的扎达、四川的西昌,还是云南的元谋,大凡形态完整、个体硕大的土柱和土塔,其顶盖处必然托附着一块石碛或保存有厚厚的硬质沙碛壳,它们是土林个体的天然的保护神。 土林:此消彼长、今非昔比的变化美 与另一种著名地质景观——石林相比,土林的演替历史周期要短暂得多。无论云南的路南石林、四川的兴文石林,还是广西的石灰岩峰丛峰林,除了某些构造作用之外,其外貌形态主要依靠在一定温度条件下碳酸钙和水彼此之间的化学反应而完成。对于大如房屋高似山的石林、石峰而言,这种化学反应的过程是十分缓慢的。据研究,在水解化学作用下,碳酸钙质石林、峰林以及石钟乳的消长速度大约为每年0.06毫米。这种变化速度是我们人类难以直接观测到的,甚至在一个人的一生中也无法明显感觉到。云南石林附近的居民大约生来就以为他们那些熟视无睹的石林精怪们就是那般模样哩! 土林则不然,只要你留意观察就会发现,每座土柱或土塔的个头、粗细、模样,以及它们的形态都经常处于变化之中的。不说今非昨比,起码几场暴雨或大雨过后,土林们就会发生某些变化:个头高了一些?身材瘦了一些?早春时还像一把直刺云天的宝剑,怎么秋后就变成了一位守城把关的武士?去年还是一只独立鸡群的鹤,今年如何变成了一只又小又瘦而且脱了毛的鸡?自然,还有一些“体质”本来就过于“羸弱”的土林,几场大雨过后便会颓然倒下……不过,你也不必去担心土林们会在一夜之间消失,甚至也不用担心它们会在几年几十年之后消失!就好比目前有人担心喜马拉雅山的冰川会在10年、20年后消失,南极冰盖、格陵兰冰盖会在我们看得见的时间内消失一样。这些都是杞人忧天! 尤其是土林。形成土林有一个不可忽视的基本常识:高差!从土林的顶部到土林区域的谷地出口处必须存在一定的地势高差,通常把这个区域的谷地出口称为“侵蚀基准面”。在这个基准面上,侵蚀、切割的作用是不会停止的。换句话说,即便某一个土柱倒下了,只要它没有倒出沟谷之外,那么它倒塌之地将会变成新的切蚀地的起始点。如果这座土柱顶部也有一块石砾,那么,若干年后,这块石砾也许就会成为新生土柱的“保护帽”。 石林很美,尤其是它们那几乎不变的优美姿态。土林也有土林的美,那就是随时处在变动中的美,而且土林的此消彼长、今非昔比的更直观的变化,更会让人们去体会蕴含在土林中的大自然赋予的神奇和鬼斧神工的具象美。 土林:曾经郁郁葱葱的原始森林 这次考察还让我对土林的河谷溯源侵蚀机理有了深刻的认识。 土林的河谷溯源侵蚀表现为:在同一流域中,在沟谷的中上游,土林的分布密集,而且不少土柱土塔的基底多是互为毗连的;在沟谷中下游,土林的数量逐渐稀少,但一些土柱土塔的发育程度比较完善;到沟谷下游,土柱、土塔不仅数量稀少,连个体也变小了。土林的这种特性自然是与它们经过的侵蚀时间、侵蚀强度密不可分的。在上游地区,土林的形成时代必然要新得多,也许它们刚刚才被雨水冲开,也许它们不久前才与源头的土层彼此隔断,也许它们的上部刚被隔断,而下部还与母体保持着割舍不开的联系;到中下游地区,土林已然经过了更多的岁月沧桑,经历了一次又一次大雨或暴雨的涤荡和磨练!须知,这浩瀚的宇宙中,只有时间才是永恒的主人,别的通通是匆匆过客而已,包括这土林! 除了雨水淋蚀的物理过程,应该还有化学作用。尽管化学过程在土林的形成中不起决定作用,但我相信某些现象是存在的,尤其当土壤中含有易水解的稳定性偏低的物质,比如碳酸钙、碳酸镁等。元谋气温高,地温也不低,温暖的雨水滲入土壤后一定会产生某些氧化、还原或置换反应的。 漫步在物茂土林中,不时还能发现粗大的硅化树化石遗存。从其直径不小于30厘米的规模来看,曾几何时,元谋地区还是郁郁葱葱的原始森林呢!从石化程度来看,在这些壮硕的大树生活的年代,元谋四周还没有那么多的山,至少元谋还没有被山脉所环绕。要知道,元谋干热盆地和河谷气候的形成正是与相对封闭的环山地形有关——当气流经过元谋上空时,由于山体的阻挡而难以下沉,于是产生了导致盆地内少雨干旱的“焚风效应”。 我们的老祖宗——生活在170万年以前的“元谋人”也许正是在这似锦繁华、水流潺潺、物赐天予的环境中生存繁衍。 各具特色的西藏阿里的扎达土林和四川西昌的黄联关土林 除了元谋土林,我还考察过西藏阿里地区的扎达土林和四川西昌的黄联关土林。 扎达土林分布在扎达县象泉河(即朗钦藏布)流域。在扎达地区大大小小的支流谷地中都能见到地造天成的土林,总面积达到5600多平方千米,数以千万计的土柱、土塔和土笋无时无刻不处在此消彼长的变幻过程中。数百万年以前,扎达地区曾经是一片汪洋大海,随着第三纪末第四纪初青藏高原的快速隆起,沧海桑田,海水退去,这里变成了世界屋脊的一部分。由于受喜马拉雅山脉、冈底斯山脉等极高山脉的围屏,这里的年降水量不足200毫米,而且降水分布极不均匀,一年的降水量几乎全部集中在夏季仅有的几次暴雨天气中。 如果我们把规模庞大的扎达土林比作“大家闺秀”,那么黄联关土林就只能算作“小家碧玉”了,不过它的美丽瑰秀并不让扎达土林。黄联关土林分布面积仅4平方千米左右,直接呈现土林地貌景观的区域更小,仅0.53平方千米。黄联关土林土柱的母质可能来源于附近东北方向的螺髻山第四纪古冰川融退后的冰川沉积。一些发育完好的土柱土塔顶部多有石砾覆盖其上,可能为当年的冰碛漂砾。 土林土柱与石碛、砾石的关系密切。如果在雨水对最初的地面冲蚀时正好遇到一块石碛、砾石或胶结尚好的沙碛层,雨水自然便会“欺软怕硬”,只对其四周的土层产生强烈的下蚀作用,而在石砾和坚硬的沙碛层保护下的土柱便会在四周不断的雨蚀中越来越高。就地貌形态而言,“高度产生美”,无论是山脉,河谷还是溶洞、峰林、石林等地面景观,一定是高差赋予了它们更多的奇丽异美。就一座山脉而言,高度越大,无论垂直自然带还是气候带就会更丰富、更内敛、更多样,其风光更令人目不暇接。土林中的土柱、土塔当然也概莫能外。文学家在形容山高景美时常用“高山仰止”、“景行行止”就是这个道理。 于是,我更加体会到了元谋土林的娇丽风采了。 小链接? 土林形成的必备的气候条件 气候干燥,雨量集中,降水强度较大,降水时间短暂,这些都是形成土林的必备条件。试想,如果降水量大而且每次降水时间持续较长,那么雨水就不仅仅只对半胶结的土层有向下的冲、切蚀作用,而且还将对土层内部进行全方位的浸润、淹泡,其结果必然是土体的整层流失;如果降水量不大,分布均匀,每次降水强度很小,那么其结果便是孱弱的雨水既无能力对土体进行冲、切蚀作用,也无法将数量极小的雨水浸入到土体内部产生浸润、淹泡作用,也许雨水还来不及浸入土层或只有少许浸入地表,就被雨停之后干燥的空气蒸发掉了。由此可知,只有一年中少数几次来得快、去得也快,而且极具冲、切蚀能量的急暴雨过程才能够深深地切开厚厚的土层而又不伤及遗留土体的“肌肤”。如此日复一日,年复一年,高低错落的土林便形成了。 相关链接? “元谋人” 除了土林,元谋还以发现“元谋人”闻名世界。 1965年5月1日,为配合四川攀枝花地区的建设和成昆铁路的勘察设计,中国地质科学院地质研究所26岁的青年学者钱方来到了元谋。钱方等人在元谋县上那蝉村采集化石时,意外发现了两颗石化程度很深的浅灰白色的门齿化石。凭借在大学里学到的一些基础知识,他们现场初步认定,这是一对原始人类的门齿化石。为了进一步求证,他们将化石带回北京,求教于中国地质博物馆专家胡承志先生。胡录志先生对北京猿人头盖骨化石极有研究,而且是北京猿人头盖骨化石失踪前的最后见证者。胡教授在对化石进行分析研究后,将其确定为“中国境内早期直立人的上门齿”,并将此人种定为“直立元谋种”。 由于当时正值“文革”动乱年代,这一重大发现并未公开发表。直到1973年,这一成果才以《云南元谋发现的猿人牙齿化石》为题发表在《地质学报》上。1976年,经过对化石出土地进行地磁学年代测定,首次将元谋猿人的存在年代定为170±10万年前,和50万年以前的北京猿人以及100万年前的陕西蓝田猿人相比,整整将中国境内发现的古人类存在年代提前了将近100万年! 为了使元谋人的年代更趋准确,钱方和他的同行们又用其他方法进行对比分析,其结果均在距今150万年到170万年之间,更有力地证明了在第四纪早期的早更新世时代,比北京人、蓝田人更早的元谋人的的确确在环境更优越的元谋盆地生活、生存过! 元谋人一度还被冠以世界东方人类的祖先。可是随着考古科学的不断深入,有大量证据更有利于人类的共同祖先起源于非洲地区!