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2020年10月14日 星期三
“长江第一湾”如何形成?
云大科研人员有新说


科研人员在长江采样


长江第一湾

    “大江东去,浪淘尽,千古风流人物……”这首脍炙人口的《念奴娇·赤壁怀古》,吟古诵今,气势磅礴,堪称千古绝唱。多少人曾在课本中领略过长江的雄美。

    “万里长江第一湾”令世人惊叹。其实,围绕长江有个“世纪谜题”——长江的年龄和地质演化。有说第三纪早期、第三纪晚期、更新世早期甚至是更新世晚期等等,众说纷纭。云南大学郑洪波教授团队通过多年研究,取得了系列科研成果,认为长江第一湾并非河流“袭夺”形成,也不像过去普遍认为的那么新,而是早在3500万年,由于青藏高原(包括云南高原)的构造-地貌格局发生重大调整,“古金沙江”沿断裂带改道东流。

    由徐霞客引发的“世纪谜题”

    长江发源于“世界屋脊”——青藏高原的唐古拉山格拉丹东雪山姜根迪如冰川,在上海崇明岛以东汇入东海,雄踞亚洲第一,排名世界第三,千回百转,一路浩荡,成为华夏民族的龙脉。对于云南人来说,更熟悉的名字是金沙江,更喜欢看的风景是“长江第一湾”。

    故事要从被誉为中国地质学之父的丁文江说起。丁文江系江苏泰兴人,地质学家、社会活动家,中国地质事业奠基人。民国元年(1912年),丁文江在上海购得《徐霞客游记》一书,阅读后,他被徐霞客的知行合一精神震撼,遂对徐霞客研究和金沙江研究产生强烈兴趣。1914年,已经成为中国地质学领军人物的丁文江,循徐霞客当年的脚步,从昆明出发,经武定,过元谋,考察金沙江。在5月12日的考察日记里(发表于《独立论评》,1933年),丁文江写下《金沙江的南岸——武定、元谋》一文,在文中他指出:“现在的龙川河的水量很小,不能冲出如苴宁平川这样的宽谷。足见得在地质史上苴宁平川不是龙川河所独有的谷。我的意见是,从川边来的雅砻江,与龙川河、红河本来是从北向南的一条大江。以后雅砻江的水被自东向西推进的扬子江抢了去了。于是雅砻、龙川、红河就变成了三条不相通的江。”

    这段貌似粗陋的文字,道出了金沙江演化历史的一个关键地貌过程,这就是后来一个世纪里广为流传的“金沙江南流与袭夺”假说的雏形。之后的一个世纪,众多科学家都对长江演化历史开展专门研究,出版了大量专著和论文。

    金沙江南流后袭夺成湾?

    万里长江从青藏高原奔流而下,与澜沧江、怒江并肩在横断山脉的高山深谷中穿行,形成“三江并流”的地貌奇观。到云南省丽江市玉龙县石鼓镇时突然转向北东,形成罕见的V字形大弯。“江流到此成逆转,奔入中原壮大观。”这便是“长江第一湾”。

    万里长江千转百回,为什么独独石鼓湾雄踞长江第一?第一湾是什么时候形成的?又是如何形成的?这是一个关系到长江诞生的重大地球科学问题。

    围绕这一问题,前人提出了著名的“袭夺成湾”说,也就是“金沙江南流与袭夺”假说,大意是:古金沙江曾经南流,取道剑川谷地和红河谷地注入南海。更新世中期(约100~200万年之前),金沙江下游袭夺了上游,形成“袭夺弯”,导致金沙江在石鼓处转向东流。长江第一湾的形成,标志着现代长江——也就是东流长江的诞生。

    中国科学院院士、南京大学教授任美锷于1959年发表在《地理学报》上的论文《云南西北部金沙江河谷地貌与河流袭夺问题》,系统阐述了“金沙江南流与袭夺”这一假说,成为长江历史研究的里程碑,在学术界产生了持久的、重要的影响。

    长江历史只能追溯到200万年前?

    “我在南京大学读书的时候,学习的也是‘袭夺说’。”9月,在云南大学呈贡校区的一间办公室里,郑洪波教授说,“后来我感觉这里边可能还是有问题的,所以就觉得应该继续探究。科学是要不断创新的。”

    2002年,在国外留学10年,刚刚回国任职同济大学海洋与地球科学院长江特聘教授和院长的郑洪波第一次来云南,并到了大理州剑川县,开始了长达18年之久的长江历史研究。从此,他也和云南结下了缘分,并于3年前以云南省科技领军人才的身份,来到云南大学工作。

    南京地区盛产的雨花石有着美丽的色彩和花纹,可供观赏。雨花石就藏身在砂砾石中,而南京地区的长江边上就有砂砾石,绵延几百公里,非常厚,这引起了不少科研人员的兴趣。人们对它有三问:它是怎么来的?它是什么时代的?它跟长江有什么关系?

    由于砂砾石很难进行年代测定,有的人认为它是一两百万年前的,跟长江有关系,所以代表了长江的年龄,也就是长江的历史。

    郑洪波团队围绕砂砾石开展了很多研究,发现里面有很多玄武岩。玄武岩是一种基性喷出岩,长得跟腾冲的火山石差不多,里面含有火山喷发时形成的矿物,而有些矿物是可以进行年代测定的。通过对砂砾石中矿物的年代测定,他们发现这些砂砾石至少有2000多万年的历史。后来,他们又做了很多物源的分析,发现砂砾石跟现在的长江是没有区别的。

    2013年,这篇文章以封面论文的形式发表在著名的美国科学院院刊《PNSA》上,这篇文章认为,从长江下游沉积物的物源分析和它的年龄分析看,长江很早就有了,年代要远超一两百万年。至于说,长江为什么发生了变化(演化),这要到上游去寻找,因为变化的动因恰恰隐藏在上游。这个研究在一定程度上撼动了“袭夺说”,更让郑洪波团队坚定了要去寻找答案的决心。

    3500万年“古金沙江”不再南流

    此后,郑洪波团队多次踏访青藏高原、云贵高原。大量的研究表明,现今的剑川谷地,其实是一个构造断陷盆地。在剑川谷地,没有远源的河流沉积,有的只是近源的洪积或者小型河流的沉积。因此,剑川谷地不是古河流遗留的河谷,这就否定了金沙江曾经沿剑川谷地南流入海、又在更新世中期转向东流的观点。

    郑洪波说:“有天脑洞一开,就觉得不应该以现在的地貌来分析长江第一湾的形成,而是应该到地质记录中去寻找答案。”

    地质意义上的剑川盆地,不是指现今的剑川谷地,而是指新生代的砂泥沉积。剑川盆地位于长江第一湾的西南,是青藏高原东南缘一系列新生代盆地中的一个。这些盆地中保存着一层一层的沉积物,就像一页一页的“天书”,它们忠实地记录了青藏高原隆升、构造地貌演化及河流变迁的历史。

    剑川盆地的新生代地层,从老到新包括:云龙组、宝相寺组、金丝厂组、双河组、九子岩、剑川组等,它们或红或黄,或砂或砾,或粗或细。

    通过系统的沉积学分析,郑洪波团队发现这部“天书”的开始部分,也就是地层序列下部的宝相寺组,色泽暗红,含有大量磨圆度差的砾岩,砂岩多为杂砂岩,颗粒分选性差,代表了近源的沉积,暗示没有大型的河流贯穿盆地。

    “天书”后半部分的金丝厂组,有几个显著的特点:颜色灰黄、厚层、长石石英砂岩、成熟度高、分选性较好。金丝厂组代表了一个大型的、远源的河流体系。与它同期沉积的双河组,是煤系地层,代表了与河流伴生的沼泽环境。如今,这些沉积物都已经位于云南高原的高原面上。

    剑川盆地还有发育丰富的火山岩系。通过对火山岩中的矿物进行放射性同位素测年,可以对新生代地层进行年代限定。年代学研究表明,金丝厂组与双河组的结束年代大约为3500万年(始新世晚期)。

    郑洪波说,可以想象一下,在始新世中期,也就是“古金沙江”流经剑川盆地的时候,这里水草丰美、生物繁盛、河水清澈、黄沙灿灿。在始新世晚期,地壳运动、火山喷发、山崩地裂、时空折叠,滇西北(青藏高原东南缘)的构造地貌格局发生了重大调整,剑川盆地随之隆升(代表了云南高原开始隆升),“古金沙江”不再南流,而是沿断裂带改道东流,“长江第一湾”由此形成。

    对于云南来说,“长江第一湾”的形成,还有一层重要的指示意义,它标志着云南高原的初始隆升和逐渐形成。云岭大地的前身,曾经是一个相对干旱、平坦的红土地,从3500万年开始,随着青藏高原(包括青藏高原东南缘的云南)的构造隆升,地貌格局、气候格局和生物格局发生了重大变化,云南也就逐渐变成了如今的七彩模样。本报记者 杨质高 文

    云南大学地球系统科学研究中心供图

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