新书介绍——《黄河和长江发育与演化》

林旭

三峡大学土木与建筑学院,湖北宜昌,443002

林旭,刘静,刘维明,张鹏,王斌,刘海金著.2023.黄河和长江发育与演化.北京:地质出版社。

河流是人类及众多生物赖以生存的基础,也是哺育人类历史文明的摇篮。同时,作为陆地表层最为重要的造貌营力,河流强烈地塑造着各种地表景观,其形成发育记录着区域地貌和环境演化的过程。长江、黄河是中国第一和第二大河,也是世界著名大河,都发源于青藏高原,跨越了我国三大地形阶梯而东流入海。这些大河的孕育和发展,为华夏文明的形成提供了适宜的地理环境。我们经常说“一方水土养一方人”,我想这里的“水”主要强调的是大江大河。华夏文明源远流长,追根溯源,滋养我们华夏文明发展的黄河和长江具体是什么时候形成的?它们具有怎样的发展过程?这些科学问题至今仍然没有明确的答案。另外,河流与其周围的环境要素(如植被、土壤、地下水等)构成了一个处于动态平衡条件下的开放系统。因此,详细研究黄河与长江水系的形成过程,探讨地表各圈层相关作用机理对认识我国宏观地貌与环境的形成与演变、青藏高原隆升过程等具有重要的科学意义,对于流域内资源开发与保护、环境治理等方面也具有现实意义。但是,由于黄河、长江自源头到入海口跨越了多个不同的地质构造单元,其形成历史和演化过程极其复杂。要解决这些科学问题,需要在不断更新的技术手段的支持下,收集大量地质、地貌、沉积、古环境演变等相关资料,从系统地球系统科学的角度出发,利用多学科综合交叉方法进行翔实的研究。

在上述问题和研究意义的驱动下,我们尝试用盆山耦合和物源示踪的角度和方法去研究这两条大河的起源、演化和发展过程,揭示青藏高原隆升、亚洲季风发展和黄河、长江这些大河的形成之间的联系。在搜集、整理和解释国内外已发表的和自己已有的资料和数据的基础上,完成了本书。书的第一章绪论部分介绍了系统地球科学的概念,强调了青藏高原隆升、亚洲季风演化和黄河、长江等大河发育和演化的相关性。书的第二章梳理了中国的自然地理特征,总结了中国大陆中—新生代的大地构造演化过程。大陆尺度的大河的发育与发展过程,与大陆的裂解和重组密切相关。所以,我们研究河流,尤其是发源于大型造山带或高原的大河起源问题时,首先应了解河流所在流域内的大地构造演化历史。书的第三章概括了青藏高原的演化模式和隆升时间,同时介绍了黄河和长江流域的造山带和沉积盆地之间的耦合过程。书的第四章关注亚洲季风的两个重要组成部分南亚季风和东亚季风的演化过程。书的第五章关注常用的大河演化研究的方法,着重介绍了矿物组合、全岩地球化学和单颗粒矿物原位地球化学分析方法的优缺点。书的最后章节落脚到黄河(第六章)和长江(第七章)的演化过程上。最后得到如下认识:

(1)进入新近纪,东亚地区无论是构造地貌,还是大气环流特征,都与古近纪的有本质不同。这一时期,印度板块向欧亚大陆持续俯冲的影响深刻影响了东亚地区的构造地貌演化过程。青藏高原的北部边界沿着帕米尔高原、西昆仑山脉、阿尔金山脉和祁连山山脉展布,东侧则以龙门山山脉与扬子板块分隔,喜马拉雅山山脉构成高原的南部边界。从南部的喜马拉雅山脉到北部的祁连山,从东部的龙门山到西部的帕米尔高原,横向长度都超过1000 km,此时青藏高原的平均海拔已接近4000 m。因而,如此规模宏大的青藏高原矗立于东亚地区的南部边缘,明显阻挡来自印度洋和太平洋的水汽继续输入到中国西北内陆,因而降水主要集中在喜马拉雅山山脉以南和祁连山以东的区域,受此影响,长江和黄河这些大河孕育而生。而祁连山西段、阿尔金山脉和西昆仑山脉的却主要以山前短小的季节性河流为主,构成世界上规模最大的内陆河流系统。可见,在构造地貌相对稳定的前提下,稳定的季风气候对大陆尺度的大河的发育、演化和发展具有重要影响。

(2)在东亚地区同时出现黄河和长江这两条长度均超过5000 km 的大河是偶然也是必然。从大的宏观角度来看,黄河的河道弯折程度远胜于长江,其河道多次改变大的流向,尤其进入鄂尔多斯高原后,受青藏高原东北缘的扩展效应的影响,鄂尔多斯盆地周缘发育了诸如银川、河套和汾渭多个大型断陷盆地,黄河河道的流向始终受控于这些盆地的走向。相比而言,长江上游的金沙江在发生较大转向而进入四川盆地后,其中下游的河道基本再未出现因构造活动导致河道改向的现象。因而,在新近纪早期黄河上游的银川盆地、河套盆地和中游的汾渭盆地均处于拉张断陷阶段,此时发育分段的水系汇入这些断陷盆地之中,因而此时黄河未形成统一的河流系统。而长江上游的四川盆地,中游的江汉盆地和下游的望江盆地,南黄海盆地和东海盆地在新近纪已经进入盆地演化的后期阶段,即结束了拉张断陷,转入沉积坳陷,因而在长江上游河道因构造活动而发生改向后,进入中下游这些沉积盆地后,可以顺畅地继续流动。这导致黄河完全贯通的时间明显滞后于长江。

(3)黄河和长江的长度均超过5000 km,所以,仅靠单一的物源示踪方法研究黄河和长江的起源、演化过程,缺乏不同物源示踪方法之间的相互交叉检验,很难从根本上完整理解长江的形成与演化过程。因为像黄河和长江这样长度超过上千千米的大型水系的出现是时间和空间的有机统一,在形成时代的纵向时间轴上,存在因年代久远有关地质信息丢失的现象;在形成过程的空间展布上,存在因河道距离长有关源区信息衰减的现象。在今后的研究过程中,应强调原有物源示踪数据的整合,同时开发新的物源示踪方法,将室内地球化学分析结果与室外地貌观察结果相互印证,有助于厘定黄河和长江研究中存在的分歧,补充逻辑论证的空白,从而呈现黄河和长江水系完整的演化过程。

本书是目前国内首次同时系统讨论黄河和长江的形成、演化的书籍,对认识东亚大河的起源研究具有重要作用,希望能引起同行们对这些问题继续深入研究。书中的观点难免会带有个人主观认识,还请大家用包容的心态去看待,求同存异,权且作为个人认识的表达。