9月15日,黄河从内蒙古巴彦淖尔市临河区双河镇流过。新华社发
黄河,是中国的第二大河,流域总面积达752443平方千米,和长江一起并称为中华民族的“母亲河”。自古以来,黄河的孕育、诞生、发展受制于地史期内的地质作用,因此对于其准确的形成时间,科学界一直有着不同的观点。但在近期,黄河终于有了准确的生日。
中国科学院地质与地球物理研究所研究员庞忠和等中国科学家围绕黄河“身世”和现代黄河水系格局形成时代展开研究。他们通过地下水精细定年测定,得出了“现代黄河水系格局的形成时代为125万年前”的结论,一改此前众说纷纭的局面。
近日,该研究结果在线发表于《地球与行星科学快报》。
9月27日在陕西省延安市拍摄的黄河壶口瀑布。新华社发
01/ “黄河的年龄”如何界定?
一棵树从生长的第一天起,树木的年轮就开始记载它来到这个世界的时间。和这些生物一样,江河也拥有属于自己的年龄。
那么“黄河的年龄”究竟从哪天开始算起呢?
其实,“黄河的年龄”是指黄河的存在时间,即从它开始流经或形成的时刻到现在所经历的时间段。
然而,为人所不知的是,黄河也有古代和现代之分。
地质学上的古黄河,源自宝鸡峡,从东方汇入三门峡,向海洋奔流。而现代黄河,从六盘山出发,向北流去,穿越山脉,穿越平原,然后突然拐弯,再次南下,最终在三门峡东流入海。该过程是地壳构造变动影响地表水系形成演化的重要事例,对于认识古气候与古水文变化意义重大。而当前学术界主要研究的便是“现代黄河”的存在时间。
02/ 为什么要测定“黄河的年龄”?
那么,为什么科学家要来测定“黄河的年龄”呢?
长期以来,“黄河的年龄”是地质学和地理学等科学领域中研究的一个重要课题,它有助于了解黄河流域的演化历史,包括河道的形成、变迁、地质构造的活动以及气候变化等方面的信息。特别是对于现代黄河水系的形成演化历史及其驱动机制研究,能为理解构造—气候相互作用如何塑造我国地理环境格局提供重要证据。因此,多年来科学家一直未曾放弃对于“黄河的年龄”的科学性研究。
03/ 为什么“黄河的年龄”难以确认?
这和黄河流域的地质与河流性质有着密切的关系。
黄河流域地质构造复杂,分属西域陆块和华北陆块,二者以贺兰山、六盘山的深大断裂为界,分为东西两部分,涉及不同的地层和构造运动,因而难以准确追溯河流的演化过程。同时,黄河是中国最大的泥沙河流之一,长期以来不断堆积和侵蚀地表。这些沉积物在数千年的积累中逐渐改变了河道的地理特征,包括宽度、深度和水流路径,使得准确界定现代黄河的年代成为一项艰巨的任务。
多年来,对于古黄河中游改道的时间,对于现代黄河水系格局的形成时代,学术界众说纷纭,有15万年前、不晚于120万年前、约500万年前等不同观点。但具体是哪一年,科学家一直没有准确的论断。
黄河贯通三门峡示意图(图源:星球研究所)
04/ 125万年的数字是如何确定的?
想要测定“黄河的年龄”,必须选择黄河流域的代表性区域进行研究。
三门峡是黄河主干道上的最后一道峡谷,南北分别被中条山、秦岭和崤山所限,河道摆动和河流沉积物的沉降空间极为有限,若黄河流经三门峡,必然在盆地中心位置留下足迹。因此,确定三门峡地区最老黄河沉积物的年代,即可获得现代黄河水系形成时代的可靠证据。
早在2022年,兰州大学与中国地震局地质研究所、中国地震局第一监测中心、日本岛根大学、中国地质大学(武汉)组成的研究团队获取了黄河贯通三门峡历史完整的岩芯档案,使用沉积学、古地磁定年、物源分析、古环境代用指标记录等方法,研究团队提出“现代黄河水系在125万年前开始形成”的结论。
与之不同的是,这次研究团队主要选择渭河盆地深层地下水展开年代学研究,并综合81Kr与36Cl方法开展精细的定年工作。
两种测年方法相结合
以往,科学家使用36Cl测年方法来测定地质沉积物年限,但该方法在地下水测年工作中容易受到深部来源、初始值变化等因素影响,其定年结果的解译精度低,在地下水中的应用非常有限。为此,中国科学院地质与地球物理研究所、北京师范大学、中国科学技术大学组成联合科研团队,选择渭河盆地深层地下水展开年代学研究,并综合81Kr与36Cl方法开展精细的定年工作。
作为惰性气体家族一员,81Kr的半衰期是23万年,定年范围可达130万年,而且81Kr在地下无干扰源、化学性质稳定、不与其他物质发生反应,被看作是十万到百万年尺度区间古老地下水的理想示踪剂。由于81Kr同位素在自然界中的丰度极低,导致该方法的应用长期受限,直到基于激光冷却原子阱技术(ATTA)的出现。
据介绍,ATTA是一种量子测量技术,可实现单原子水平的计数,具有极高的灵敏度,可以在每微升为10-14同位素水平(STP)的氪气中计数极低浓度的85Kr和81Kr原子。
庞忠和告诉《中国科学报》,基于两种方法的结合与对比研究,不仅能得到更精确的地下水年龄数据,还可以根据地下水年龄数据的差异性,找到影响36Cl定年结果的重要因素,进而深入了解地下水经历的深部地球化学过程和动力学信息。
例如,研究人员得到的测年数据,显示同一处深层地下水的36Cl年龄和81Kr年龄不一致,这缘于前者受到“死氯”的影响。庞忠和说,这种差异性恰好反映出地下水经历的水岩相互作用过程及其动力学影响。
渭河盆地示意图(图源:地球知识局)
05/ 为何将揭秘黄河身世的地点选在渭河盆地?
渭河盆地位于中国黄土高原与秦岭造山带之间,保存有超过7500米的巨厚细粒河湖相沉积。
除此之外,渭河盆地拥有世界一流的研究新生代亚洲气候与水文变化的独特陆相记录,是研究黄河河道变化的良好场所。
在这次研究中,研究团队共采集测定了8组地下水样品。通过研究,他们发现自秦岭山脉向北区域地下水呈现年龄逐渐变老的趋势,而根据地球化学温度计估算地下水的温度可达100℃~130℃。这部分地下水在受重力驱使继续向北运移的同时,溶解了古三门湖湖相沉积中的氯化物,因而Cl元素含量显著增加,并最终与盆地中心部位的老地下水混合。
与此同时,由于鄂尔多斯高原隆升黄河溯源侵蚀和不断下切导致区域深层地下水流向发生了转折,而这个时间约110万年至130万年前,正好对应中更新世气候转型期、第四纪转型期。最终,研究团队获得了125万年前断代时间节点的新结果。
至此,关于黄河年龄的多种争议观点,终于有了更加明确的答案。而这一研究成果的产生,不仅有助于了解黄河流域的演化历史,也为研究世界大江大河的形成演化历史和水系发育模式提供了新的视角。
岩芯档案与黄河年龄。
追问
黄河之水天上来,黄河的泥沙从哪来?
黄河,是世界长河之一,为中国第二长河,黄河之中的“黄”,也就是为泥沙。在古籍中,有这样的记载:“黄河斗水,泥居其七”。
黄河每年会带有16亿吨泥沙,其中有12亿吨流入大海,剩的4亿吨则留在黄河下游,不过,这却有利于种植。
那黄河的泥沙那么多,是从哪里来的呢?
黄河的泥沙,主要来自黄土高原。因为黄土高原的土质疏松,易蚀易散,每当遇到暴雨之时,黄土高原的土便会被冲刷,从而导致大量水土流失,而后这些水土便奔入黄河。
黄河发源于青藏高原巴颜喀拉山北麓的约古宗列盆地,自西向东先后流经青海、四川、甘肃、宁夏、内蒙古、山西、陕西、河南、山东9个省区,而后流入渤海之中。
黄河孕育了中华文明,是中国的母亲河,炎黄子孙、华夏儿女将黄河流域视为中华民族的摇篮,奉为“四渎之宗”,同时又将黄土地视为自己的“根”。四渎分别是指“江、河、淮、济”,也就是长江、黄河、淮河、济水。所以,在我国很长的一段历史长河中,我国的政治、经济、文化中心,一直在黄河流域。
2022年10月17日在四川省阿坝藏族羌族自治州若尔盖县拍摄的黄河九曲第一湾。新华社发
九曲黄河曾经几次大改道?
黄河自古以来“善淤、善决、善徙”。黄河下游由于决口,主流迁徙,并在较长时期内放弃旧道,改走新道。历史上它不仅在下游的黄、淮、海平原上迁徙无常,而且在上游的银川平原和内蒙古河套平原,中游自禹门口至潼关的河段也都发生过变动,不过受到自然条件的限制,摆动的幅度远不能与下游相比,影响也小。
在古代,特别是在上古时期,黄河常常出现泛滥决口,使得人们的生命安全遭到了极大的威胁。根据史书和《黄河志》中的记载,据有关工作人员的统计,在历史上,黄河决口泛滥的次数高达有1500次。通常所讲的黄河改道,一般指下游而言。其中,比较大的改道有23次。史料记载,共有六次大改道,被称为“黄河六徙”。
黄河的第一次重大改道:
周定王五年(公元前602年)第一次大改道,详情无法推测,但当时自然漫流,改道是不会少的,总的趋势是向东南摆动。
黄河的第二次重大改道:
汉武帝元光三年(公元前132年)黄河自瓠子决口,南入泗水由淮水入海。过了23年堵塞后,当年又分为屯氏河,和正河并行70年,平帝时(公元1—5年)又夺汴渠向东南漫流,公元11年自魏郡(今河北省南端)决口,向东北漫流,称为第二次大改道。这种大片漫流延续了六七十年。
黄河的第三次重大改道:
魏晋南北朝的400年间,决溢记载少,没有大改道,只是下游分支不少。隋唐五代决溢渐多,决水主要流向东偏北。有过两三次局部改道。隋以后有分支永济渠和通济渠。北宋时一二年决溢 一次,向南,向北都有,河道有京东故道,横陇河道,北流,东流至南宋初改道向南止,八十年间大部分走北流,有人认为1048年是第三次大改道。
黄河的第四次重大改道:
自南宋建炎二年(1128 年)宋人防金兵南下在豫北决黄河东流起,至清咸丰五年(1855 年)铜瓦厢决口止,700 多年间,是黄河南流夺淮入海期。有人认为金明昌五年(1194 年)在阳武的一次决口是第四次大改道,实际是逐渐变动的。
黄河的第五次重大改道:
明清时河道最为纷乱,除走贾鲁河经开封、曹县、单县、商丘、徐州下循泗水故 道自淮阴西北清口入淮一线外,不少时间是走涡河、颍河及睢河故道。弘治二年(1489 年)决开封附近主流又东北至张秋,一支东流经归德(今商丘)至宿迁小河口(睢河故道)入泗、入淮,一支南入颍水及涡河。以后再堵再决,弘治七年才全堵上,北岸修了太行堤。 宿迁小河口一支成了主流,后又屡次决溢南流,主流入涡,再由涡移小河,再北移徐州北及沛县入运。有人说弘治时是第五次大改道。
黄河的第六次重大改道:
咸丰五年(1855 年)兰考铜瓦厢决口被认为是第六次大改道,直至一百余年后的今天,黄河由大清河入海,是仍回归东流偏北期。清末至民国先有20年(1855年—1874年)在山东西南部多道漫流,后大清河故道段又有大量决溢。至1938年,抗日战争时,国民党政府在河南省郑州花园口炸开黄河堤,黄河向东南流入淮河,到1947年,花园口堵口,黄河才复归故道,即今经山东省垦利县入海的河道。
整合:黄亚岚
来源:央视新闻、中国科学报、中科院地质地球所、澎湃新闻、 中国水事、河南省水利厅
编辑:黄亚岚