| 孙殿卿 杨怀仁 |
1961-06-29 00:00 |
第四纪冰川与中国第四纪冰川遗迹
第7版()
专栏：
第四纪冰川与中国第四纪冰川遗迹
孙殿卿 杨怀仁
研究第四纪冰期冰川的意义
在大约一百万年左右的最近地质时期或地质近代史中，广泛的冰川的流行和真正的人类的出现，占有非常重要的地位。第四纪虽然在地球年龄上只占一段很短暂的时间，但是在这短暂的时间内却有过多次剧烈的气候变化。这些变化无论在大陆还在海底都留下了遗迹，为研究第四纪历史提供了丰富的资料。
由于第四纪冰期和间冰期气候的变化，世界气候带不同程度地向低纬或高纬移动。在冰期中，海面一般下降约一百米左右，若干陆棚脱离海水，许多岛屿都和大陆相连，有些海峡也不存在了。这对世界动植物的迁移和分布起着巨大的影响。因为第四纪开始出现了有思想和智慧的人类，有的学者把第四纪称为灵生时代。史前人类的遗迹以及他们在劳动中使用的石器等，多埋藏在沉积物，如洞穴堆积和阶地沉积中。这些显示古人类生活环境的沉积物，也反映着当时气候的变化。第四纪也是新构造运动活跃的时代。隆起的山岭进行着强烈的侵蚀，在滨海或内陆沉降地区进行着巨厚的堆积。第四纪沉积岩相的变化，海岸的升降，以及海水温度的变化等，都与第四纪冰期和间冰期有密切的关系。
根据多年来研究的成果，各国学者多数承认第四纪曾发生多次冰期和间冰期。近年来对深海中一些微体古生物介壳所含氧的同位素比例的研究，以及对海洋生物方面的研究，结果所示第四纪气候变化曲线是趋于一致的。大陆与海底所进行的研究，两者结果也甚相吻合。世界各地冰川的研究，大都认为巨大气候的变化是环球性的。不仅冰期与间冰期是由于环球性的气候变化，就是各地现代冰川的进退也体现这一规律。世界最后一次冰期，大约发生在距今一万年前左右，此后主要为冰流退缩阶段。在退缩的过程中也有一些波动。例如，在公元前约四千年前后，冰川大量退缩，显示世界气温普遍升高。从十七至十九世纪之末，世界各地冰川又有一次前进，但是它并不具有冰期的规模。自二十世纪初期以后，世界气候又渐转温暖。从1930年以后，现代冰川又迅速退缩。根据近年我国天山东段历史时期的研究，从十七至十九世纪，小冰期的冰川有几次比较显著的前进时期，这与世界其他地区的研究的结果是近于一致的。甚至天山地区近五十年来雪线上升、冰川大量退缩的情况，也与世界其他各地冰川变化的情况大致相同。
当气候变化时，雪线降低，高纬及中低纬山岳地区，降雪量超过消融量，积雪面积增大，粒雪积聚成冰，这就进一步地发展为流动的大陆冰流或山谷和山麓冰川。在冰期中，北欧、北美及亚洲北部都曾被巨厚的冰流所掩复，南半球几内亚、澳大利亚东南部都发生了冰川，在赤道附近的东非洲山地也发生过冰川。
研究第四纪冰流的进退和它的影响范围，具有重大的科学意义和实际意义。在冰川盛行的时候，地球陆地面积的32％为冰流盖复，冰流的作用和影响的范围是十分广大的。冰川作用的研究，对划分第四纪的地层，对鉴别沉积物成因的类型，对了解生物群迁徙和分布的规律，以及对掌握地貌发展的规律，都有极其密切的关系。另外，研究第四纪冰期和间冰期以及有关湿润期和间湿润期的交替变化规律，还有助于大气环流的研究。第四纪冰川的研究与生产实践也至为密切。关于发展农业方面，冰川沉积渗透性小，对蓄水积水能起良好的作用，所以许多山区冰蚀盆地，都是发展山区农业的重要地区。关于工程地质和水文地质方面，在进行各项工程的勘察、设计和施工等工作时，对冰川地貌及其沉积条件，都必须予以深切的注意。在对广大山麓平原地区的地下水进行勘察和利用时，需要恢复第四纪冰期低海面时期古河床的情形，也需要恢复冰期中冰水溢道以及一系列的冰川其他沉积物的分布情况，以便更好地寻找地下水源的分布规律。因此，在兴修水利、发展灌溉、开垦荒地、扩大耕地面积、发展山区经济、改良土壤和开展水土保持等项工作中，都不能忽视冰川作用的影响。在有冰川作用的地区，在矿产和地质勘探工作中，特别是在山地工程方面，也必须对冰川流行的情况加以考虑。至于对冰碛物中各种“砂矿”的勘探，就更需要研究冰川流行的作用，根据冰川流行的踪迹去追寻它们的分布范围和原生矿床的产地。
探索中国冰期冰川的经过
中国有没有第四纪冰川的问题，是长久以来中外地质地理学家感到兴趣并发生过剧烈争论的一个问题。肯定它的存在，不是简单的事。特别是中国东部地区的冰川地貌和冰流沉积物，在冰期以后受到大规模的破坏和新沉积物的盖复，显露部分已不完整。冰川流行的痕迹被后期地质作用所破坏，已成了断简残篇。如果只作一般的观察，那就很不容易找出冰川流行的证据。正因为如此，从前国外的地质地理学家一般都不相信中国有第四纪冰川。他们大都是来自北美和西北欧，这些地区大陆冰流遗迹遍于原野，形迹明显，容易辨认。他们用这种标准来衡量中国的冰川，就很自然地得出否定的结论。在这些学者中，有的还以权威自居，对冰川遗迹没有进行仔细鉴定观察，就很草率地作出中国没有第四纪冰川的结论。肯定中国第四纪冰川的存在也还有另外一些困难。例如，在三十年代中期，中国第四纪冰川研究工作，仅限于几个典型地区，这就使研究中国第四纪冰川流行的遗迹缺乏更多资料。同时，在更早的时期，很多知名的外国地质地理学家在中国作了很多地质工作，在各个方面都有不同程度的贡献，但是他们对中国第四纪冰川研究，除了在中国西部高山拔海三千米以上的地带提出有冰川停碛物和冰蚀地形以外，对中国内地则没有正式报道。这样，有一段相当长的时期，地理地质学者大都默认中国内地没有第四纪冰川。
早在1922年，李四光教授就曾在太行山东麓及山西大同盆地发现来源很远的砾石。详细考查了这种砾石的由来及其磨面上的条痕特征以后，他曾断定其为冰川遗迹并加以报道。但是，这些报道没有引起当时地质地理界的重视和反应。过了十年，他又在长江下游江西庐山及其附近地区发现了冰川运送之物质远达鄱阳湖边，这些见解随经发表。以后，他又在安徽东流、九华、澜江矶等处见到冰流及其有关的沉积物，在浙江天目山及其以北丘陵地带并在天目山北千亩田等地见有冰蚀谷及其他冰流侵蚀的地形，他认为这些都属冰川作用的遗迹。这些论点曾遭到当时在中国的外国地质工作者的歧视和反对，并且引起了一场激烈的论战。在论战中，双方曾到庐山现场共同面对着事实进行辩论，但未得到统一的认识。直到1936年李四光教授在安徽黄山U谷削壁上发现了冰磨擦痕和在鄱阳湖边发现了基岩冰流面等项确据以后，中国第四纪冰川的存在才被肯定下来。这就给中国第四纪地质增添了新的一章，也给第四纪地质研究提供了新的方向，对中国地质地理方面的研究作出了很大的贡献。在当年论战剧烈的时候，李四光教授是孤军作战的。但是，他坚持从实际出发，把握客观事实现象，“穷追”到底，坚定不移，终于使真理得到证实。这是一种科学的态度。在三十年代后期直到全国大陆解放，有不少的地质地理工作者也在中国其他地区陆续发现了一些第四纪冰川遗迹。
自建国以来，为了适应国家社会主义建设的迅速发展，我国地质地理工作者在全国许多山区和一些山麓平原地区，广泛地开展了地质地理调查工作，获得了大量的冰川遗迹的资料，证明中国第四纪冰川分布是相当广泛的。在长江中下游鄂西山区、庐山及其外围、黄山、大别山区、浙江天目山和山西山区等地，先后都找到了很多冰川流行的确据。在其他各地山区及山麓平原地带，如大兴安岭、小兴安岭、天山、祁连山、秦岭等地，也都发现了形迹明显的冰川遗迹。过去某一时期曾设想长江一线可能为中国冰川活动的南边界限，但是后来在贵州、云南、桂北地区以及浙东沿海山区，也都见到冰川流行的遗迹。甚至在现今气候干燥的华北，最近也在很多地区，如北京西山若干地点，找到了无可怀疑的冰流活动的证据。为了利用高山冰雪，中国科学院组织的和各方面人员参加的从事这项工作的专业队，已对祁连山、天山若干地点的现代冰川进行调查研究，并已取得不少成果。他们同时也观察了这些地区的古冰川作用和冰缘地貌特征。这样将现代冰川和古冰川互相比较，对古冰川的遗迹的鉴定和分析很有帮助。就目前的资料来看，中国第四纪冰川类型和冰流作用的范围，主要是属于山麓和山谷冰川。但从华北平原的若干钻井的资料来看，过去冰流伸展的情况，远远地超过了中国境内已知的一般山麓冰川所达到的范围。
中国冰川流行的遗迹
中国第四纪冰期冰流活动的范围不能说不大。我们研究过去的冰川活动，只能根据过去冰川流行各种遗迹，进行鉴定研究，借以追索当时的情况。冰川作用是有它的特点的，它建造一套侵蚀地形和沉积物。一般的说，在冰源地区以侵蚀为主，刻成各式各样的冰川地形。在山麓平原地带以沉积为主，在不同的部位，形成物质不同和形状不同的冰川沉积地形。由上述作用造成的各种痕迹，遗留下来就是冰川遗迹。在中国见到的主要冰川遗迹中包括有：（1）漂砾，（2）冰碛物，（3）研磨的砾石和条痕砾石，（4）基岩冰流面和冰流条痕，（5）表面构造，（6）冰川地形，（7）冰缘融冻石流泥流现象。
漂砾：冰流由发源地或冰床经驶之处，向低地流动时，携带巨大石块和泥砂。冰流运送的石块有时很大，移徙之远近随冰流规模而定，有时甚至翻山越海，距来源很远。这些被携带的石块称为漂砾。在我国经受冰川流行的山区外围地区，常见庞大石块。它们停积之处，往往同它们的原生地——基岩，有丘陵甚至有山岭相隔绝。显然可以断言，若非冰流运送，它们是决难到达此种位置的。如江西庐山，高山上部之岩石巨块，被运送到山麓平原地带；在山之东北鄱阳湖边一带，此种巨砾尤为多见。石块大者长五尺多，宽厚各约三、四尺。又如在湖边上青山、大姑山等地所见的，距离庐山东麓将及二十里，其间地带起伏不平，既没有巨大河流为之联系，也没有显著斜坡使这些巨石翻滚下落。这些石块除去冰流运输，没有任何解释能说明其来由。类似的漂砾在中国各地山区是常常见到的，如川西岷江地区杂谷脑河下游地带，有长、宽、厚均达九米的来自高山之花岗岩漂砾，移徙距离达四、五十里之远。有些漂砾已达成都平原。这都说明这些地区过去曾发生过冰川。
冰碛物：当冰川流行的时候，大量的泥砂石砾被运送到了适当地点而停积下来，称为冰碛物。随停积的地位不同，冰碛物的性质和形状不一。在中国一些阶地和山麓平原地区，常有泥、砂、砾石混杂一起的沉积物。与这种沉积物密切关联的，还有各种砾石层以及泥层和泥沙层。在太行山东麓华北平原，它们分布是相当广泛的。它们在什么样地质条件下发生，经过些什么发展的阶段，彼此间有什么样的联系，是否与冰川作用有关，现在不够了解，看法也不一致，正在进行研究。此外，纹泥在中国很多地区，如庐山、黄山、大别山、湘西、太行山东麓等地，也均有发现。纹泥有纪时的效用，与树木的年轮相若，可以用来计算年代和当时每隔若干年气候变化的情况。
受研磨的砾石和条痕砾石：经受冰川搬运和冰流作用的石块，不仅在排列的方式上与流水和其他地质作用的沉积物不同，而且在形状上也有它的特点。砾石常常带有冰川擦痕，称为冰川条痕石。条痕砾石也是冰川存在的证据之一。大型的冰川条痕砾石，有一个很好的例子，就在北京西山有名的风景区之一的八大处。整个的看来，八大处是一个经过流冰切割的凹地。在这个凹地的顶部，即六处和七处之间，在一个平房疗养所附近有一个小桥。小桥的旁边，屹立着棱角已经消失的巨大石块。石质极为坚硬，它的长宽和厚度都在两米左右，它的多方面都带着清楚的擦痕。朝着山坡的那一面，擦痕保存得特别完美，擦痕纵横交错，深浅宽窄各不相同，肯定是冰流擦痕。
基岩冰流面：凡冰溜驶过的地方，一方面遭受冰流磨削，另一方面又被它掩护，不遭水融切割，常呈圆滑的外貌。由于冰流的铲刮和磨削，在基岩面上或U谷谷壁上往往造成冰流擦痕，前者即称为基岩冰流面。基岩冰流面，早已在庐山等地发现。最近几年，在北京西山也发现多处，其中最好的是在三家店东北所保存的擦面。这个擦面在一个山间盆地北面山坡上，当地为质地细致的泥质砂岩，擦面几近水平，面上带有大批的擦痕，擦痕物点宽而长，宽的达一点五公分，凹痕内部带有颤痕，擦痕方向大体一致，指向山间盆地出口处。擦痕虽然极为显著，但只限于表面一层，表面岩石经过检查也没有挤压和变质现象。这些事实显示：这一大片擦痕与地壳运动的构造擦痕毫无共同之处。擦痕面上盖着又细又粘的一薄层灰白色稍带黄色的粘泥，其中夹着很小的石子。薄层粘泥之上，有一层泥砂和带棱角的石块混杂而成的堆积物，再上还有较大的石块与泥土混杂的堆积物。这一薄层粘泥显然起了很大作用，不但保护了它所复盖的基岩面上的擦痕，并且还排除了那些擦痕起源于石流和其他构造运动的可能。这种基岩冰流面，是过去冰流活动最好的证据之一。
表面构造：由于冰床的流动，在冰床下面与前面的松软岩石或其他沉积物，往往被挤压而发生折皱与冲断现象。此种现象，只见于岩层的表面部分，过表层向下，则仍保持其常态。这种表面构造，在庐山外围、鄂西恩施盆地、川西和大别山等地，均有所见。这一类的表面构造，也是冰川流行的一种重要证据。
冰川地形：冰川地形的种类很多，兹举一例以作说明。在冰川发源之处，常有很深的凹地储存冰雪。积久冰床厚了，便沿谷向下流动。谷底被冰流剥削侵蚀而成直谷，形成槽状，其切面形状，有如U形，与流水冲击而成V形之谷显然不同。这些地形在我国西部高山地区，形迹极为明显。在东部山地遭受破坏较深，已经没有那么清楚了，但是如作深入考察，仍可辨识。
冰缘融冻石流泥流现象：在邻近冰流而受其气候影响的地区，或雨雪较多的山地，由于多次融冻作用而造成冰裂、石流、泥流等现象。石流、泥流现象在我国西部现代冰川活动的外围地区，如祁连山天山等地带，都很发育。在长江下游的若干地点，都发现了过去融冻泥流作用的遗迹。有时在冰川流行时期，冰川作用和上述作用的沉积物，同时发生，重叠在一起。
中国冰期的划分
中国第四纪冰川现象，根据现有资料，主要的虽是山谷和山麓冰川，但也与欧美和其他各地一样，有过多次冰期发生。这就是说，中国有冰期，也有间冰期。在间冰期时，具有温暖甚至于亚热带气候的地方，绝大部分冰流全部融化，冰流向极地、高山退缩。在间冰期以后，气候转寒，又形成冰川而进入另一冰期。每次冰期和间冰期，在它们影响所及之处，都有侵蚀与沉积作用，因而留下了遗迹。关于中国第四纪冰川遗迹的研究，早在庐山地区已提出有三次冰期和两次间冰期的论据，并将第二次冰期分为两个段落。在鄂西山区已提出有四次冰流发生的证据，后期的工作大部分材料也已提出同样的论证。在天山地区早期和近期工作，都已提出有三次到四次冰期的证据。此外，在贵州高原川西地区、东北大兴安岭、秦岭山脉等地区，也都已提出有多次冰期发生。在中国若干地点第四纪地层中都发现过生活在寒冷环境中的动植物的遗迹，也发现过生活在温暖甚至亚热带的动植物的遗迹。关于这些遗迹的研究，现在还有很大的争论。据我们看来，发生这种现象的原因，可能是采集标本时分层不够详细，也可能是在某种情况下，习惯于温暖或寒冷气候的生物，当冰期或间冰期来临之时，不一定完全绝迹，以致造成寒热生物群的混杂相处。关于气候的更迭、冰流的消长与生物群的演变关系，还是一个尚待继续研究的问题。关于气候的变化对人类进化的刺激作用，现在还不很了解。
至于第四纪冰期发生的原因，直到现在还未得到一种公认的合理的解释。过去不相信中国有第四纪冰川的人，也曾提出很多假说。但是事实证明，所有这些假说都是不符合实际情况的。当肯定中国第四纪冰川遗迹之后，也有不同的解释。有的学者，如著名的苏联地质学家纳列夫金院士认为，中国现时拔海二三百米高度的地区，像北京西山一带，冰川遗迹是确凿的。这种地区所以发生冰川是由于在冰期时它的位置超出现时高度2000—3000米。因为受冰期后的新构造运动的影响，它起了巨大的变化而下落了。对于所有这些解释，我们今后在这方面工作中，特别是在理论的探讨中，都要加以深切的全面的考虑。
结语
冰川学对中国来说仍然是一门新的学科。今后，在中国广大的国土内，在取得大量实际资料的基础上，各有关学科应该共同努力，通过深入调查、分析和解释中国第四纪冰川遗迹的工作实践，建立起具有中国冰川特点的冰川学。这不仅将对生产实践有重要作用，而且将对中国第四纪地层的研究，对地文分期和新构造运动的鉴定，对第四纪生物群的分布与兴替，对猿人生活时期的环境等等研究工作方面，也都有重要意义。 |
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