几字弯的现代黄河是什么时候形成的？最新研究发现

　　北京日报客户端 | 记者 王鸿良
　　黄河是中华民族的母亲河，是中华文明的摇篮。自古以来，华夏儿女对黄河的形成演化历史都有着极大的好奇心与探索欲。＂黄河之水天上来，奔流到海不复回。＂如今，人们对于黄河的来龙去脉已经有了比较清楚的了解，但黄河是什么时候形成的，很久以来仍然是个谜团。
　　近期，兰州大学地貌演化与新生代环境研究团队在前人研究工作基础上，通过三门峡地区的环境钻探研究，获得了现代黄河水系在距今约125万年前形成的可靠证据。我们邀请研究团队成员兰州大学教授王鑫和余子莹对此做详细解读。
　　现代黄河流向示意图（根据国家测绘局官网地图绘制）
　　（1）研究黄河三门峡是关键
　　黄河的形成演化涉及漫长地质时期复杂的水系重组过程。
　　有学者认为，黄河形成之前，中上游地区存在多个相互独立的内流水系，后因中游河流的溯源侵蚀，将原来不同地段的涓涓细流串联起来形成洋洋大河，在贯通三门峡后东流入海，形成了现代黄河水系。
　　也有学者认为，黄河曾自内蒙古经黑河-洋河-永定河东流入海，后因中游河流的溯源侵蚀，袭夺了古黄河内蒙古以上的水系，形成了现代黄河水系。
　　还有学者认为，黄河曾自兰州地区南下，经渭河东流入海，后因中上游河流的溯源侵蚀，袭夺了古黄河兰州以上的水系，形成了现代黄河水系。
　　尽管黄河的形成演化历史非常复杂，众说纷纭，但大体可以划分为两个演化阶段：一个是古黄河阶段，无论是内流河，还是从其他河道东流入海，在形态特征上均与现今黄河水系格局截然不同；一个是现代黄河阶段，以＂几＂字弯的形成和贯通三门峡东流入海为标志，在形态特征上与我们今天看到的黄河大体一致。
　　那么，现代黄河水系的格局是什么时候开始形成的？三门峡是现代黄河的必经之路，且三门峡以东地区河道频繁改动、不易获得河流形成演化的直接证据，所以要解开这个谜底，关键的节点就在三门峡。
　　（2）用＂芯＂发现水系演化
　　沉积物受重力影响有序沉积，按先后顺序层层堆叠，形成地层，如同书页有序排列组成书籍。不同类型沉积物的颜色、颗粒大小、层理、物质组成、赋存化石等特征均有所不同，如同书页中的文字，记录了沉积物形成时的气候环境状况。
　　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。
　　在中国科学院院士陈发虎的协调和指导下，兰州大学资源环境学院地貌演化与新生代环境研究团队王鑫教授等与多家单位联合，在三门峡盆地中心实施了环境钻探并开展合作研究，获取了黄河贯通三门峡历史的完整岩芯记录。
　　通过对岩芯形态的描述与粒度、易溶盐含量等指标的测定，研究团队发现岩芯108.7米处发生了显著的环境变化。在150米至108.7米，岩性以灰绿色-棕褐色黏土与粉砂为主，多见水平层理，部分层位见大量石膏晶体、白云石、盘星藻化石，蒸发盐含量整体偏高，反映了当时的三门峡盆地是一个封闭型的微咸水湖。自108.7米以上，地层中开始大规模出现河流沉积物，河流砂含量开始急剧增加，蒸发盐含量急剧降低，反映了一条大河自此流经三门峡。
　　（3）用＂磁＂确定河流时代
　　接下来的问题是，岩芯108.7米处，对应的是什么时间？
　　研究团队通过古地磁定年技术，建立了钻孔岩芯的年代框架。现今，地磁场的地磁北极在地理北极附近、地磁南极在地理南极附近。但在地质时期，地磁场曾发生无数次的倒转，如最近一次持续时间很长的倒转发生在距今78万年前。
　　科学家主要通过深海磁异常条带的研究，建立了地质时期地磁场倒转的时间序列，称之为国际标准极性柱。地球上任何一点磁针均沿地磁场方向排列，若地磁场发生倒转，磁针的方向相应发生倒转。沉积物中含大量的载磁性矿物，如同一个个小磁针，记录了当时的磁场方向。因此，从岩芯顶部到底部密集采样，通过系统测量分析，获得样品形成时地磁场方向的信息，建立岩芯的磁极性变化序列，然后与国际标准极性柱进行对比，即可获得钻孔不同层位的时代。
　　研究团队按平均70 厘米间距采集了217块古地磁样品，对每个样品进行了不少于13步的交变退磁和热退磁处理，建立了钻孔岩芯高分辨率的磁极性变化序列，通过与国际标准极性柱的对比，建立了岩芯的古地磁年代标尺。结果表明，岩芯底部年代约为196万年前，从封闭型微咸水湖到河流环境转变的时代为约125万年前。
　　（4）125万年前现代黄河形成
　　我们知道了约125万年前一条大河流经三门峡，那么如何确定这就是黄河呢？三门峡盆地地势相对低洼，周边山地的径流汇集于此，形成局地河流也属情理之中。那么，这条河流到底是局地河流还是黄河？
　　物源分析是判定河流身份的钥匙。由于黄河流经鄂尔多斯地块上的沙漠、黄土高原时携带大量泥沙，若是黄河，沉积物中必然能发现大量来自鄂尔多斯地块的碎屑物质，相反，若是局地河流，沉积物应来自中条山、崤山、秦岭等近缘山体。好比生物之间通过DNA检验即可判断亲缘关系，沉积物中也有类似的查验技术，如常用的Sr-Nd同位素、重矿物组合等方法。我们的研究选取岩芯不同部位的样品测试Sr-Nd同位素以及进行重矿物鉴别。结果表明：108.7米（约125万年前）为同位素值分异处，其下同位素值与秦岭相近，指示125万年前为近缘沉积；108米以上部分同位素值与鄂尔多斯地块一致，说明125万年后鄂尔多斯地块碎屑物质开始大量涌入，代表现代黄河水系形成。此外，重矿物组合的研究结论也与此一致，证明了约125万年前沉积物源发生改变，现代黄河物质开始输入，即现代黄河水系形成。
　　（5）追寻现代黄河形成原因
　　最后一个问题是，大约125万年前，到底是什么因素促成了现代黄河水系的形成？
　　河流上游地区的构造抬升、流域气候变化、海平面的降低是影响大江大河水系发育和重组的可能因素。
　　若流域降水和地表径流增多，可能导致湖水溢出，切穿峡谷，形成河流，称之为河流演化的＂湖水溢出＂模型。大量来自三门峡盆地周边地区的古气候重建结果表明，约125万年前后黄河流域降水并无显著增加，研究团队的岩芯档案也记录了河流发育之前湖泊逐步萎缩的过程，与＂湖水溢出模型＂不符。故而，黄河流域气候变化对现代黄河的形成影响较小。
　　青藏高原的隆升造就了我国西高东低的地貌格局，奠定了＂一江春水向东流＂的基础。此外，青藏高原的隆升及其远源效应，影响着黄河中上游地区的断层分布，为河流的发育和改道提供了便利条件。因此，青藏高原的隆升对黄河的形成演化无疑具有重要影响。但最近的研究结果表明，青藏高原东北缘、秦岭、中条山等的隆升时代远早于现代黄河水系的形成时代。因此，山体隆升也不是现代黄河水系形成的原因。
　　中外科学家通过深海岩芯、冰芯、中国黄土等研究载体，建立了第四纪（约258万年前至今）全球气候环境变化框架，揭示了距今125万年至70万年是全球气候转型的关键时期，称之为中更新世气候转型。自125万年前起，全球气候变化的脉搏从之前的4.1万年主导周期逐步转变为70万年之后的10万年主导周期。自125万年前开始，全球冰量快速增加、全球温度快速降低、全球海平面也快速降低。
　　现代黄河水系在约125万年前开始形成，在定年误差范围内与全球海平面加速降低的时间基本一致。研究团队通过地貌分析认为，海平面加速降低可引起华北平原河流侵蚀能力的显著加强，进而导致河流自东向西切穿三门峡。因此研究团队提出，在中更新世全球气候转型期，全球海平面尤其是最低海平面的加速降低，可能对现代黄河水系的形成演化有重要影响。
　　综上所述，研究团队通过对三门峡盆地钻孔岩芯的系统研究，明确了现代黄河在约125万年前开始形成，提出了全球气候转型期海平面的加速降低可能对现代黄河形成演化有重要影响的新认识，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视角。
　　图片由兰州大学教授王鑫提供。