黃土高原上的“魔鬼城”——大同土林正在逐漸消亡,快來看看它的前世今生!

                          2021年04月22日
                          相信大家都對石林有所耳聞,最著名的莫過于云南石林景區。云南石林由堅硬的石灰巖在風化作用,特別是在地表流水的溶蝕作用下形成的,數十米高錐狀、尖塔狀巖柱,密密匝匝組合在一起,構成了蔚為壯觀的石林。土林則是由松散的沉積物在流水侵蝕作用下形成的景觀。如果說石林是凝固的雕塑,那土林就是流動的油畫。
                          土林主要分布在中國西南和西北地區,在整個華北,被開辟為地質公園的土林景區只有大同土林。與云南元謀盆地、西藏阿里札達盆地的土林相比,大同土林并非孤立在荒原之上,而是在地平線以下,平視遠望與廣闊大地無異,但低頭俯視,土林卻藏匿于其中。形成千姿百態的土臺、土柱、土崖、土嶺、土墻等地貌,行走其中,仿佛置身“魔鬼城”中。
                          土林形成前傳——
                          古湖與桑干河的誕生
                          距今300萬年左右,因劇烈的地殼運動,在山西大同與河北陽原縣泥河灣之間形成了近萬平方千米,由多條斷裂控制的斷陷盆地,地學界稱其為大同—泥河灣盆地。該盆地曾長期被水覆蓋,我們不妨稱其為大同—泥河灣古湖。古湖周圍的山體遭受風化剝蝕,泥沙、礫石被地表水帶到湖里,一層層沉淀疊加,逐漸形成了數百米甚至上千米厚的泥沙層。在古湖存續期間,正是華北地殼劇烈活動時間,也是全球性氣候發生頻繁的冷暖劇變時期,斷裂和地下巖漿活動直接導致古湖中30多個火山在幾十萬年的時間里斷續噴發。沉積到湖底的火山物質以及最近十幾萬年間風力從西北攜帶的塵土的參與,使得大同—泥河灣盆地的沉積物變得異常復雜。
                          大約兩三萬年前,受地殼運動和地表氣候環境的影響,古湖湖水突然消失,湖底數百米厚的松散沉積物還沒來得及固結成巖石,就迅速暴露在地表。失去了湖水的保護,這些松散的沉積物很快就被地表流水打亂沖散,在平緩的湖底地形上形成了千溝萬壑,最終形成一條自山西省寧武縣管涔山、橫貫大同—泥河灣盆地的水系,這就是桑干河。因此,在大同—泥河灣盆地,經常見到大小不同的溝壑,沿桑干河主河道和重要的支流河道則發育成大而深的峽谷,桑干河大峽谷和烏龍峽谷就是這樣形成的。
                          桑干河向東流出大同—泥河灣盆地后,在懷來—延慶盆地吸納了洋河和媯水河,正式稱為永定河,再穿過官廳山峽,在北京三家店進入華北平原。源源不斷的河水,把大量泥沙、礫石輸送到京津冀地區,對華北平原的形成特別是北京的地形做出了巨大的貢獻,北京城整體就位于巨大的永定河沖積扇上,這就是永定河被譽為北京的母親河的原因。
                          千呼萬喚始出來——
                          土林誕生記
                          古湖干涸后,湖底沉積的地層迅速暴露地表,在地表水流的侵蝕和風化作用下,尚未固結的古湖沉積物發生強烈的淋蝕,地面出現許多縱橫交錯的沖溝。漸漸地,沖溝由淺變深,由窄變寬,平整的大地被切割成一塊塊城堡狀、一條條墻狀的地貌,進而又被侵蝕風化成大量柱狀和錐狀的景觀。這些景觀集中出現的地方,被形象地稱為土林。土林是由大量的尚未完全固結成巖石的土狀沉積物在地表流水的侵蝕作用下形成的一系列塔狀、錐狀、城堡狀地貌的總稱。由于松散的沉積物彼此之間粘結性極差,極易被流水的侵蝕作用破壞或改造,所以,土林地貌一般只能在干旱或半干旱地區才能較長時間存在。
                          土林城堡。上部平直的邊界是受裂隙控制的,下部密集的沖溝由流水沖蝕作用所形成
                          需要注意的是,盡管古湖沉積的地層尚未完全固結,但是在構造抬升過程中、以及受后期水分蒸發和熱脹冷縮的影響,均會產生以垂直方向為主的裂隙,它們在地質學中被稱為節理。縱橫交錯的節理把地層切割成塊狀、條狀,地表降水和風化作用極易沿著這些節理向下侵蝕。因此,我們在土林景區看到的景觀,無論是城堡狀還是城墻狀都有非常平直的邊界,即使柱狀景觀也有很明顯的節理切割痕跡。
                          天然的“沉積學實驗室”
                          大同土林景區位于大同市東南方向22千米的杜莊村。這里不僅有豐富的侵蝕、風化現象,那些被侵蝕崩落的松散沉積物,在地表遇水后還會發生沉積,形成了眾多非常漂亮的沉積學景觀,所以被稱為華北地區天然的“沉積學實驗室”。
                          土林地貌在經受流水侵蝕與風化作用過程中的表現極不相同,使得土林地貌千姿百態、魅力無窮
                          此外,大同土林內流水侵蝕作用也恰到好處地把古湖存在期間沉積的地層劇透給現在的人類。這些古湖中的沉積物顏色、成分和物理化學性質都有十分明顯的差異,在經受流水侵蝕與風化作用過程中的表現極不相同,使得土林地貌千姿百態、魅力無窮。
                          數萬年前,因氣候巨變,古湖發生過大面積萎縮,古人類沿著退卻的湖水曾經到訪過土林景區所在的位置。等到土林形成階段,古人曾經使用過的石器和動物骨骼被剝露出來,所以在考古界,土林景區被歸為“泥河灣盆地杜莊舊石器遺址”。
                          土林柱景觀
                          值得一提的是,在所有城堡狀、城墻狀和柱狀地貌的下部,均可看到一層薄薄的鹽霜,這是從土壤中析出的鹽類物質,當地人稱其為鹽堿。更多的鹽類物質存在于土壤內部的孔隙中,鹽類物質的聚集和結晶生長對土林景觀的破壞性極強,這種破壞作用就是鹽風化。鹽風化不僅僅對土林地貌產生強烈的影響,對所有巖石都有較強的改造作用,周圍大量的人工建筑特別是農村傳統方式筑起的土墻更是深受其害。
                          土林地貌與丹霞地貌、
                          雅丹地貌的區別
                          土林地貌往往很容易和丹霞地貌及雅丹地貌相混淆。
                          以赤壁丹崖為特征的丹霞地貌,該地貌位于廣東韶關丹霞山
                          雅丹地貌中的船形石,形態主要因風力侵蝕和鹽風化而成(攝影:祁賓)
                          其實,土林與丹霞地貌都是陸相沉積物在以流水侵蝕為主外力作用下形成的,但構成丹霞地貌的物質基礎是距今上億年至數千萬年之久且非常堅硬的巖石(主要是砂巖和礫巖);而土林地貌是半固結或很松散的土狀沉積物。因此,丹霞地貌可以形成數十米至數百米高非常宏偉的赤壁丹崖,且可以歷經數十萬年,而土林地貌很難形成10米以上的景觀,時間上也只能短暫保存。
                          構成土林與雅丹的巖石都形成于時代很新的湖泊或河床,都不夠堅硬。雅丹地貌主要是由風力侵蝕,鹽風化和重力崩塌形成的,可以有少量的流水侵蝕,地貌的持久性要強于土林;土林主要是流水侵蝕和重力崩塌為主。
                          土林未來該何去何從
                          土林地貌因為其特殊的成分和形成環境,難于像石林一樣地久天長。從整個地球演化進程看,土林只是漫長地質演化史中的曇花一現,但是對于普通游客來說,正是因為土林景觀的易變性,置身其中才可以切身感受到地球的滄桑巨變。
                          土林景區個別景點最近十年間的變化情況。可以看出土林景區內嚴重的水土流失情況和脆弱的生態環境
                          從數十億年的地球史的角度,大同土林會很快消亡,但是從人類歷史的角度,在最近的幾百年內,大同土林的基本格局不會有太大變化,老的景觀會逐漸消亡,同時還會有新的景觀出現。希望每一位游客在景區內不要隨意踩踏,保護好嬌嫩但又彌足珍貴的土林景觀。

                          作者:蘇德辰,孫愛萍(中國地質科學院地質研究所)

                          鄭文君(山西省大同市云州區廣播電視臺)

                          來源:知識就是力量公眾號

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