中国东部第四纪冰川作用的探讨
中国东部第四纪冰川作用的探讨
研究第四纪冰川作用,对于了解自然界的发展有着重要意义。特别是对动植物的演化、土壤的发育以及古人类的活动和迁移等,关系密切。在生产实践方面,对第四纪沉积矿床的形成和地下水的利用,也有一定的联系。
关于我国西部高山区的现代冰川和第四纪冰川作用,自建国以来曾做过不少工作,看法比较一致。但对我国东部第四纪冰川的性质、规模和分布范围,近半世纪以来还是众说纷纭,莫衷一是。
有许多学者认为在东北大兴安岭、北京西山、长江中下游都有很多有关古冰川的证据,甚至纬度相当低的两广,以及沿海地区600-700米的低山,也有古冰川遗迹发现。但是也有一些中外学者认为中国东部较低的山地未曾有过第四纪冰川作用,我们要在这里提出下列六个问题以供讨论。
一、第四纪寒冷期的地带性问题
苏联西伯利亚第四纪冰川时期普遍干冷。大陆性加强,必然会影响到我国北部自然地带的变化。第四纪时期,我国东部季风环流和海洋环流的形势基本与现今相同,但在寒拎冰期降临时,强盛的冷气团向我国无高山阻挡的东部倾泄。可使自然地带比现今向低 纬南移达4度之多(玉木期)。
我国东北哈尔滨和位于欧亚大陆西部的巴黎大致处在相同的纬度位置上。第四纪冰期时,巴黎盆地属于大陆冰川外围的永久冻土带。冰缘现象以霜冻裂楔最占优势。表现出持续永冻区内水分含量较多的特征。哈尔滨所在的松嫩平原与西侧大兴安岭北部也有永久冻土分布。冰缘现象以沉积层中的冰泥卷最为发育。在哈尔滨附近山札来诺尔等地都有发现,和西伯利亚的类型相似。 萧斯拉库维奇(schoslakowitsch)指出这类冰缘现象在严寒和少量积雪的条件下最宜发育。
鲍赛(Poser)认为玉木冰期的西欧,气温比现代降低7~C左右。一月平均温稍低于现在;年平均温仅3—5C。位于大陆东部的哈尔滨,如果按比例和巴黎同样降温,夏季气温仍可在10~C以上,犹有一定消融冰雪的能力;冬季(一月份)可以下降到一30至一40℃以下,但来自大陆的冷气团,水气贫乏,很难孕育各种类型的冰川。
东北在最后一次冰期时,西部平原和大兴安岭北部出现灌木森林苔原和草甸,东部三江平原则分布以云杉、冷杉为主的针一阔叶混交林。更南的辽东和山东以阔叶林为主。华北平原则属森林草原。而在内陆部分永冻带的前缘,堆积宽广的砂砾带,显示水分极大不足,风的作用占优势。吹飏出来的沙尘在南部草原上堆积为黄土带。在贡兹冰期,黄土分布只限于陕甘地区。在里斯冰期,黄土带的南界到达秦岭北麓,接近今日亚热带的北缘,在缺少山脉屏障的东部,马兰期黄土,一度分布到长江下游。黄土带南界可视作极锋到达的前缘。黄土区内,大部分山岭海拔高度都很低,只有高度超过3250米雪线以上的山峰
如太白山,才有发育高山冰川的机会。
亚热带范围内,受海洋气团的侵进,接受降水比北方略多一些,但在较低纬度,热量增高,不能全是固体降水形式,雪线亦难下降得很低。至于回归线附近的两广地区,更难有发育冰川的条件了。
二、冰期雪线问题
雪线是极为敏感的气候变化标志。雪线在冰期时位置下降。根据计算,欧洲中纬度最后一次冰期(玉木时)雪线下降到800--1 200米。 当时挟雪的风暴由大西洋吹来,愈往东降水愈少,所以雪线向东升高;同样,向南气温增加,雪线也提高。研究今日欧亚大陆雪线分布的高度,对了解推测古雪线的分布很有帮助。而考查更新世雪线高度有助于解决东亚古冰川分布情况。我国云南北部和四川西部的高山,大理期雪线平均高度为3 900米。现代雪线和大理期雪线相差1 200米,与东阿尔卑斯情况相符。 东部山地除太白山和台湾玉山外,无一处山峰超过这一高度。太白山雪线高度为3 250米,雪线以上有完正整的古冰川地貌(角峰、冰刃脊、冰斗、悬谷、槽谷、冰蚀湖等)以及各种冰川堆积物。这里的冰川遗迹已为许多学者所公认。台湾玉山古雪线高度为3 300 1米,台湾受湿润东南季风
和黑潮的影响,更新世降水可能更多些,雪线稍形降低。雪线以上,有大理期冰川的遗迹。 从以上资料来看,我国东部低于3 250米的山地很难产生冰川。 特别在纬度较低的地区。 第四纪冰期时,我国东部黄土带或亚热带如要发生山地冰川,除非具有下列两种条件之一:第一是山地曾在第四纪时期内上升,并超过3 000米以上的雪线高度,后来又下降到今天的高程,如纳里夫金所谓北京西山的例子【4】。但事实表明,西山在第四纪时期呈断块
状隆起,而不是普遍下降。第二是地壳相对稳定,而山地雪线强烈下降,如魏斯曼所举庐山的例子。他认为冰期的长江下游较我国西部同等纬度地区为寒冷。那时庐山雪线可降至900米之低。我们认为雪线下降是由于降温的原因,但也要考虑纬度位置、距海远近、大气环流形势和降水类型等,把这些因素结合起来分析,才能获得较满意的解释。当冰期时极锋南移到长江一带已成强弩之末,即使雪线降到900米,雪线以上的山峰是否能
有足够的面积来接受充分的固体降水以孕育‘冰川冰”,并使它具有刻蚀和雕塑地貌的能力?且有人认为内陆和海洋冰期雪线均高,而独在长江下游突然下降得很低,殊难获得古气候学上的合理解释。
三、冰蚀地貌与雪蚀地貌
第四纪冰期,无冰川作用的高山可以在进行类似冰蚀的雪蚀作用下,使山岭峰脊出现雪蚀洼地、雪蚀冰斗。其平面形态大致决定于基岩的构造情况,而更多的决定于积雪季节(本文原载《第三届全国第四纪学术会议论文集》,科学出版社,1982,162页-167页。1)王乃梁,达赉湖(呼伦池)区第四纪沉积和古地理,1965年。)的长短。雪蚀地貌大都发生在阴坡,一般刻蚀比较缓坦,雪蚀冰斗并不分布于一条水平的雪线上,这种类似冰川的堆积地貌,既是一种寒冻崩解型式,也是一种风化型式。如果岩石中有丰富的水分,又经常发生融冻交替,则雪蚀作用进行迅速,崩解的岩屑通过融冻泥石流作用沿坡地向下移动。
长江下游在最后冰期是极锋经常滞留的地带,发生强烈的气旋,可能降雪较多,因而如庐山、黄山、九华山、天目山等高度的中山均有可能发生雪蚀和寒冻风化现象。四川大巴山无冰碛的平直宽坦谷地,和现在新疆阿尔泰正在进行雪蚀作用的谷地形态颇相近似,今天在某些高山地区雪蚀作用仍在进行之中。
我国东部山地第四纪的雪蚀地貌容易和冰斗、冰槽混淆起来,得出错误的结论,研究第四纪冰川分布时,特别需要注意。
四、真冰碛和假冰碛
长时期以来,地学工作者以冰碛泥砾作为曾经存在冰川的标志,一般认为冰碛就是未经分选的碎屑物,其石块表面带有擦痕和刻痕,有时砾石被磨平或被碾压成碎块,其中杂有垫状冲积圆砾或冰川下的河流圆砾。挤压性的冰碛内部显示的力学结构,可借以研究冰川推移
的动力作用。
假冰碛是一种类似冰碛的建造,有一部分砾石带有擦痕,这种岩石堆积可能发生于各种非冰川作用。舒华尔兹伯赫总结出假冰碛有以下几种类型,包括:属于山崩的块体堆积、扇砾岩、火山泥流堆积、火山角砾岩和构造角砾岩。这些都有类似冰川冰碛的特征,容易被误认为真冰碛。现在把我国东部容易和古冰碛混淆而不易分辨的几种沉积物略举如下:
(1)融冻泥石流:东北大兴安岭北部是我国东部冰缘现象发育的典型地区。泥石流石块的形态,常是边缘突起,中心下凹,形似马鞍。石块分选不佳,常和细土混合,不成层次。这种堆积物在融冻过程中,本身发生膨胀和收缩。在坡度2°以上时,可作拖曳状的运动,表现为一种具有蠕动、滑落和流动形态的建造。这种融冻泥石流的物质与冰川泥砾很近似,特别是古老而硬化了的泥石流堆积,很难与冰碛岩区别开来。认识这种堆积物,须从石块排列和磨蚀情况来判断。特别要顺着坡降,辨认石英粒逐渐富集的特点。大兴安岭花岗岩区,寒冻风化过程中固定下来许多石英粒,后来经河水冲洗,形成松花江一带的“玻璃砂
(2)暴雨泥石流:在干湿季明显的季风气候下,大量块体损耗(Massive wasting)的岩屑累积在山坡上和沟谷之中。夏季暴雨性迳流可能产生分选不佳的泥石流。这种堆积广泛分布于我国季风区内。当山洪暴发时,流动物质中较硬的岩块与较软的岩块或基岩磨擦,只要经受足够的压力,就可产生和冰碛相类似的擦痕。流动块体在悬浮状态中时,大部分属于水流性,其颗粒之间的压力在泥流中的界限几近于零,当流动体即将变于时,岩块之间负荷很大,一部分泥石流可以滑超另一部分,尤其是流体在下层迅速失水时,可以形成刻蚀擦痕的最良好条件。例如暴流时发的太行山区,常出现当地所谓的“龙爬”,挟带出巨大的“漂砾”,而且在许多砾石上可以显露和冰碛相同的擦痕。川滇西部高山区,冻土、积雪和冰川消融引起的泥石流,在经过低山带时,也具有上述的相似条件,所产生的类冰碛中,即使有真冰碛的成分,亦应属于次生的性质。
带有擦痕的假冰碛,在山崩堆积中也可以见到,但根据哈姆对山崩的观察,只在未受磨琢的断面上产生一种短而弯的截击刻痕,完全可区别于受磨琢面上相当长而笔直的冰川擦痕。
应用个别标志来判断真假冰碛,是有一定困难的,综合多种标志区别真冰碛和假冰碛,就比较可靠了。
舒瓦尔兹伯赫在其所著《过去的气候》一书中指出:“冲积层中的泥砾和沙砾,从前常被视作冻碛物再搬运的证据。最近在斯匹兹贝尔根(spitzbergen)观察这一种类型的沉积,亦认为这个解释是正确的。但他强调必须注意泥砾亦常见于非冰川区短距离搬运的堆积之中。
风化的证据
世界古冰川地区的冰碛层常和较新及较老间冰期的堆积物相间堆积。我国东部第四纪沉积层都缺少这种地层学上的充分证据来区分冰碛和非冰碛层的交替现象,寒冷和湿热气侯在地层中必须有所反映。
广泛分布于我国东部,热带的网纹红土和接近热带地区的砖红土都是第四纪后期化石性的红色堆积物。我国有些学者把这种搬运下来的碎屑,视作为古冰碛而在后期经湿热风化过程的产物。事实上网纹红土常是一种由较高地区的原始风化壳经剥落,而由流水堆积于低地,再度进行湿热风化作用的产物。一般来说,网纹红土所经受的气候影响是比较稳定的,没有太大的冷热变化。从风化率来说,在较短的间冰期内,也很难由冰碛物转化为网纹红土。而且既要保持风化壳的红色,就必须具有植被稀疏的氧化环境,所以,在这些低纬地区很难出现第四纪冰川作用。
六、生物证据
代表冰期的苔原生物群落,在我国东部除东北北部有近似的化石发现外。其他地区均无记录。即以更北的苏联境内阿穆尔-普里穆尔斯基地区来说,第四纪以来没有过冰川,所以第三纪动植物种类,南北混合非常丰富。东西伯利亚和鄂霍次克海的泰加林景观是和我国及朝鲜西部的景观交织起来的,即使阔尔(Khor)河源上高达636米的库玛罗娃Komasova最高峰,气候相当严酷,但无一处山峰高出于雪线之上,而且很少山峰升到高山草原的范围。我国冰川工作者往往应用云杉、冷杉一阴地蕨植物群和猛犸象一披毛犀动物群作为冰碛地层的生物征据。其实这些都是阴寒森林型和适应宽广的草原型的植物和动物,不能作极度寒冷的标志。台维斯曾指出云杉和冷杉的出现表示更新世夏季气温下降7—8℃[8],并不能成为发生冰川
的标准。
欧美冰期所发现的植物种类主要为北极柳、矮白桦、八瓣仙女木等,动物中有麝牛、北极鹿、猛犸象等。在我国除发现适应性较强的象类外,其他尚无确切记录。相反,在一般所谓典型冰川区的鄂川边境上,竟还保存着喜暖湿的水杉活化石,在长江下游还残留对外界气候要求很严格的扬子鳄,均未经受考验和淘汰,不能不引起重视。