黄土高原上的“魔鬼城”——大同土林正在逐渐消亡,快来看看它的前世今生!

2021年04月22日
相信大家都对石林有所耳闻,最著名的莫过于云南石林景区。云南石林由坚硬的石灰岩在风化作用,特别是在地表流水的溶蚀作用下形成的,数十米高锥状、尖塔状岩柱,密密匝匝组合在一起,构成了蔚为壮观的石林。土林则是由松散的沉积物在流水侵蚀作用下形成的景观。如果说石林是凝固的雕塑,那土林就是流动的油画。
土林主要分布在中国西南和西北地区,在整个华北,被开辟为地质公园的土林景区只有大同土林。与云南元谋盆地、西藏阿里札达盆地的土林相比,大同土林并非孤立在荒原之上,而是在地平线以下,平视远望与广阔大地无异,但低头俯视,土林却藏匿于其中。形成千姿百态的土台、土柱、土崖、土岭、土墙等地貌,行走其中,仿佛置身“魔鬼城”中。
土林形成前传——
古湖与桑干河的诞生
距今300万年左右,因剧烈的地壳运动,在山西大同与河北阳原县泥河湾之间形成了近万平方千米,由多条断裂控制的断陷盆地,地学界称其为大同—泥河湾盆地。该盆地曾长期被水覆盖,我们不妨称其为大同—泥河湾古湖。古湖周围的山体遭受风化剥蚀,泥沙、砾石被地表水带到湖里,一层层沉淀叠加,逐渐形成了数百米甚至上千米厚的泥沙层。在古湖存续期间,正是华北地壳剧烈活动时间,也是全球性气候发生频繁的冷暖剧变时期,断裂和地下岩浆活动直接导致古湖中30多个火山在几十万年的时间里断续喷发。沉积到湖底的火山物质以及最近十几万年间风力从西北携带的尘土的参与,使得大同—泥河湾盆地的沉积物变得异常复杂。
大约两三万年前,受地壳运动和地表气候环境的影响,古湖湖水突然消失,湖底数百米厚的松散沉积物还没来得及固结成岩石,就迅速暴露在地表。失去了湖水的保护,这些松散的沉积物很快就被地表流水打乱冲散,在平缓的湖底地形上形成了千沟万壑,最终形成一条自山西省宁武县管涔山、横贯大同—泥河湾盆地的水系,这就是桑干河。因此,在大同—泥河湾盆地,经常见到大小不同的沟壑,沿桑干河主河道和重要的支流河道则发育成大而深的峡谷,桑干河大峡谷和乌龙峡谷就是这样形成的。
桑干河向东流出大同—泥河湾盆地后,在怀来—延庆盆地吸纳了洋河和妫水河,正式称为永定河,再穿过官厅山峡,在北京三家店进入华北平原。源源不断的河水,把大量泥沙、砾石输送到京津冀地区,对华北平原的形成特别是北京的地形做出了巨大的贡献,北京城整体就位于巨大的永定河冲积扇上,这就是永定河被誉为北京的母亲河的原因。
千呼万唤始出来——
土林诞生记
古湖干涸后,湖底沉积的地层迅速暴露地表,在地表水流的侵蚀和风化作用下,尚未固结的古湖沉积物发生强烈的淋蚀,地面出现许多纵横交错的冲沟。渐渐地,冲沟由浅变深,由窄变宽,平整的大地被切割成一块块城堡状、一条条墙状的地貌,进而又被侵蚀风化成大量柱状和锥状的景观。这些景观集中出现的地方,被形象地称为土林。土林是由大量的尚未完全固结成岩石的土状沉积物在地表流水的侵蚀作用下形成的一系列塔状、锥状、城堡状地貌的总称。由于松散的沉积物彼此之间粘结性极差,极易被流水的侵蚀作用破坏或改造,所以,土林地貌一般只能在干旱或半干旱地区才能较长时间存在。
土林城堡。上部平直的边界是受裂隙控制的,下部密集的冲沟由流水冲蚀作用所形成
需要注意的是,尽管古湖沉积的地层尚未完全固结,但是在构造抬升过程中、以及受后期水分蒸发和热胀冷缩的影响,均会产生以垂直方向为主的裂隙,它们在地质学中被称为节理。纵横交错的节理把地层切割成块状、条状,地表降水和风化作用极易沿着这些节理向下侵蚀。因此,我们在土林景区看到的景观,无论是城堡状还是城墙状都有非常平直的边界,即使柱状景观也有很明显的节理切割痕迹。
天然的“沉积学实验室”
大同土林景区位于大同市东南方向22千米的杜庄村。这里不仅有丰富的侵蚀、风化现象,那些被侵蚀崩落的松散沉积物,在地表遇水后还会发生沉积,形成了众多非常漂亮的沉积学景观,所以被称为华北地区天然的“沉积学实验室”。
土林地貌在经受流水侵蚀与风化作用过程中的表现极不相同,使得土林地貌千姿百态、魅力无穷
此外,大同土林内流水侵蚀作用也恰到好处地把古湖存在期间沉积的地层剧透给现在的人类。这些古湖中的沉积物颜色、成分和物理化学性质都有十分明显的差异,在经受流水侵蚀与风化作用过程中的表现极不相同,使得土林地貌千姿百态、魅力无穷。
数万年前,因气候巨变,古湖发生过大面积萎缩,古人类沿着退却的湖水曾经到访过土林景区所在的位置。等到土林形成阶段,古人曾经使用过的石器和动物骨骼被剥露出来,所以在考古界,土林景区被归为“泥河湾盆地杜庄旧石器遗址”。
土林柱景观
值得一提的是,在所有城堡状、城墙状和柱状地貌的下部,均可看到一层薄薄的盐霜,这是从土壤中析出的盐类物质,当地人称其为盐碱。更多的盐类物质存在于土壤内部的孔隙中,盐类物质的聚集和结晶生长对土林景观的破坏性极强,这种破坏作用就是盐风化。盐风化不仅仅对土林地貌产生强烈的影响,对所有岩石都有较强的改造作用,周围大量的人工建筑特别是农村传统方式筑起的土墙更是深受其害。
土林地貌与丹霞地貌、
雅丹地貌的区别
土林地貌往往很容易和丹霞地貌及雅丹地貌相混淆。
以赤壁丹崖为特征的丹霞地貌,该地貌位于广东韶关丹霞山
雅丹地貌中的船形石,形态主要因风力侵蚀和盐风化而成(摄影:祁宾)
其实,土林与丹霞地貌都是陆相沉积物在以流水侵蚀为主外力作用下形成的,但构成丹霞地貌的物质基础是距今上亿年至数千万年之久且非常坚硬的岩石(主要是砂岩和砾岩);而土林地貌是半固结或很松散的土状沉积物。因此,丹霞地貌可以形成数十米至数百米高非常宏伟的赤壁丹崖,且可以历经数十万年,而土林地貌很难形成10米以上的景观,时间上也只能短暂保存。
构成土林与雅丹的岩石都形成于时代很新的湖泊或河床,都不够坚硬。雅丹地貌主要是由风力侵蚀,盐风化和重力崩塌形成的,可以有少量的流水侵蚀,地貌的持久性要强于土林;土林主要是流水侵蚀和重力崩塌为主。
土林未来该何去何从
土林地貌因为其特殊的成分和形成环境,难于像石林一样地久天长。从整个地球演化进程看,土林只是漫长地质演化史中的昙花一现,但是对于普通游客来说,正是因为土林景观的易变性,置身其中才可以切身感受到地球的沧桑巨变。
土林景区个别景点最近十年间的变化情况。可以看出土林景区内严重的水土流失情况和脆弱的生态环境
从数十亿年的地球史的角度,大同土林会很快消亡,但是从人类历史的角度,在最近的几百年内,大同土林的基本格局不会有太大变化,老的景观会逐渐消亡,同时还会有新的景观出现。希望每一位游客在景区内不要随意踩踏,保护好娇嫩但又弥足珍贵的土林景观。

作者:苏德辰,孙爱萍(中国地质科学院地质研究所)

郑文君(山西省大同市云州区广播电视台)

来源:知识就是力量公众号