书城科普读物探索未知-多姿的中国地形
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第6章 黄土地形

黄土主要分布于世界大陆比较干燥的中纬度地带。据估计,全世界黄土分布的总面积有1300万平方公里,约占全球大陆面积的10%,岩层的平均厚度约为10米。在整个欧洲的7%,北美洲的5%,南美洲的10%,亚洲的3%的面积上都覆盖着黄土。此外,在澳大利亚、新西兰以及其他地区也都有零星分布。全人类有好几亿人口居住在黄土区域,他们的生产和生活都与黄土有着密切的关系,所以对于黄土的研究早就为人们所重视。

中国黄土的分布情况

中国黄土的分布面积,比世界上任何一个国家都大,而且黄土地形在中国发育得最为完善,规模也最为宏大。中国西北的黄土高原是世界上规模最大的黄土高原;华北的黄土平原也是世界上规模最大的黄土平原。中国黄土总面积达63.1万平方公里,占全国土地面积的6%。

从地理位置来看,中国的黄土主要分布在北纬40°以南的地区,位于大陆的内部、西北戈壁荒漠以及半荒漠地区的外缘。从区域来看,中国的黄土主要分布于广大西北地区的黄土高原以及华北平原和东北的南部。黄土高原的面积约占全国黄土分布总面积的70%以上,黄土层的厚度一般都达100米以上,其中陕北和陇东的局部地区达150米,在陇西地区可超过200米。具体地说,黄土主要分布于甘肃的中部和东部,陕西的中部和北部,内蒙古伊克昭盟的南部和西部,山西的大部分,河南的北部、西部及西北部,山东西部以及辽宁山地一带。华北平原的黄土则多被埋藏在较深的冲积层的下部。

总之,在长城以南,秦岭以北,西迄青海东部,东至海边的整个黄河流域都有黄土分布。在长城以北,黄土就逐渐消失。此外值得注意的是,天山北麓、昆仑山麓、祁连山麓也有黄土分布。一般认为中国黄土的分布南止秦岭,但事实上在宝鸡以南,秦岭中的凤县、双石铺一带,再南至柴关岭也都有黄土分布。即使在汉中盆地或向东到大别山北坡、江苏北部,甚至南京附近以及长江流域的某些地区也有零星的黄土分布。

黄土是最新的地质时期(距今约200万年左右的第四纪时期)形成的土状堆积物,所以其性质比较疏松、特殊。典型的黄土为黄灰色或棕黄色的尘土和粉沙细粒组成,质地均一,以手搓之易成粉末,含多量钙质或黄土结核,多孔隙,有显著的垂直节理,无层理,在干燥时较坚硬,一被流水浸湿,通常容易剥落和遭受侵蚀,甚至发生坍陷。所以在黄土地区进行各种工程建设时,如果对黄土的特性不了解,往往会给工程带来严重的损失和破坏。因此,黄土的特性很早就引起了科学工作者和工程技术人员的注意,并在长期的实践和研究中,已经把黄土的主要特性归结为5个方面。

1.多孔性

由于黄土主要是由极小的粉状颗粒所组成,而在干燥、半干燥的气候条件下,它们相互之间结合得很不紧密,一般只要用肉眼就可以看到颗粒间具有各种大小不同和形状不同的孔隙和孔洞,所以通常有人将黄土称为大孔土。一般认为黄土的多孔性与成岩作用、植物根系腐烂和水对黄土的作用等有关,更重要的是与特殊的气候条件有关。典型的黄土孔隙度较高,而黄土状岩石的孔隙度较低。

2.垂直节理发育

当深厚的黄土层沿垂直节理劈开后,所形成的陡峻而壮观的黄土崖壁是黄土地区特有的景观。垂直节理发育,就是典型黄土和黄土状岩石所具有的普遍而特殊的性质。

关于黄土垂直节理的成因,曾引起许多学者的兴趣。目前较多的人认为,垂直节理的形成主要是由于黄土在堆积加厚的过程中受重力的影响,土粒间的上下间距变得愈来愈紧密,而土粒间的左右间距却保持原状不变。这样水和空气即沿着抵抗力最小的上下方向移动,也就是说沿着黄土的垂直管状孔隙不断地作升降运动并反复进行,这就造成了黄土垂直节理发育的倾向。

3.层理不明显

凡是沉积岩一般都应该具有层理,因为任何成因的沉积岩的形成都必须经过沉积物逐步堆积的过程。黄土既然也属于沉积岩的范畴,为什么层理却不明显或不清楚呢?

很多学者把黄土无层理或层理不明显,作为黄土风成的标志,而有层理的黄土则认为是水成的依据。如今,有人提出黄土无论是风成的,还是水成的都应具有层理,其层理之所以不明显,主要是由于在观察过程中,人们的注意力主要集中在黄土的孔隙性和垂直节理的显著特征上,忽视了对层理的研究;其次,黄土的组成物质主要是尘土质物质,它在渐次堆积过程中,形成非常薄的层理,用肉眼观察是很不明显的;另外,黄土崖壁经过不断的雨水淋洗后,常常使表层黄土成泥浆糊状物涂于整个崖壁表面,因而从外观来看,就再也看不清层理了,就像砖砌的墙壁经过泥浆的粉刷再也看不到砖缝一样。这种说法是有一定道理的。

4.透水性

一般典型的黄土透水性较强,而黄土状岩石透水性较弱;未沉陷的黄土透水性较强,沉陷过的黄土透水性较弱。黄土之所以具有透水性,这是和它具有多孔性以及垂直节理发育等结构特点分不开的。黄土的多孔性及垂直节理愈发育,黄土层在垂直方向上的透水性愈高,而在水平方向上的透水性则愈微弱。此外,当黄土层中具有土壤层或黄土结核层时,就会导致黄土层的透水性不良,甚至产生不透水层。

5.沉陷性

黄土经常具有独特的沉陷性质,这是任何其他岩石较少有的。黄土沉陷的原因多种多样,只有把黄土本身的性质与外在环境的条件结合起来考虑时,才能真正了解黄土沉陷的原因。

粉末性是黄土颗粒组成的最大特征之一。粉末性表明黄土粉末颗粒间的相互结合是不够紧密的,所以每当土层浸湿时或在重力作用的影响下,黄土层本身就失去了它的固结的性能,因而也就常常引起强烈的沉陷和变形。

黄土的成因

关于黄土成因问题的争论,已经有百余年的历史了,过去大量文献中有关黄土成因的学说有20余种之多,而其中比较流行的说法主要是风成说、水成说和风化残积说等,而风成说的影响尤为广泛。

从世界范围来看,黄土主要分布在中纬度气候温暖的地区,并呈不连续的带状。特别是在干燥和半干燥气候地带,温暖少雨,蒸发强烈,寒暖季节变化鲜明,黄土最为发育。而在低纬度和高纬度地区很少见到黄土分布。这说明黄土的发生、发育与中纬度气候上的微弱差异有着十分密切的联系。

由于黄土主要分布在温带荒漠和半荒漠地区的外缘,或是古代冰川区域的前缘,因此,我们有理由推测,这些温带荒漠和半荒漠地区以及古代冰川前缘可能就是黄土物质的重要来源地。同样,我们也有理由认为,除了当地的风化产物外,搬运和堆积黄土物质的动力,无疑是与这种气候条件下所特有的风以及各种形式的地面流水作用分不开的。

黄土风成说也有两种说法。一种认为荒漠地区是黄土物质的源地,在荒漠地区常有强大的风力从中部呈辐射状吹向荒漠的边缘,风好像在荒漠中进行大扫除一样,把大量的黄土物质送到生长灌木的草原地带逐渐堆积下来,长年累月就形成了厚层的黄土。另一种认为,在冰期时,大陆冰盖区的反气旋将冰水沉积中的细颗粒吹送到外围的草原地带堆积而成黄土。后来就有人提出了“暖黄土”和“冷黄土”的理论,把从荒漠中吹送而来的黄土称为暖黄土,而冷黄土则是指从冰水沉积物中吹送而来的黄土。一般认为欧洲和北美洲的黄土主要属于冷黄土,而中国黄河中游地区的黄土多属暖黄土类型。

黄土地貌的类型

中国黄土高原的总特点就是沟谷密布,地形连绵起伏。如果我们从高空下望,就会发现那广漠无垠的黄土地区酷似一片黄色的海洋,丘岗起伏、峁梁逶迤。在流水侵蚀作用较强烈的地区,黄土高原和平原则被流水沟谷蚕食成千沟万壑,支离破碎。即使某些局部地区的顶部还相当平坦,但两侧却十分陡峻。

有意思的是世界各个地区不同类型的黄土地形,无论其规模大小,都有着相似的面貌。这说明虽然黄土地貌的巨大类型取决于下覆古老地貌的规模,而黄土地貌的中小类型及其特征,在很大程度上是取决于黄土的特殊性质以及当地特有的气候和水文条件的。

沟谷与沟间地形是黄土地区的两个主要地貌类型。一般来说,沟谷的发展由小变大,在不同阶段形成各种不同的沟谷类型;沟间地形则因不断受到流水的蚕蚀而由大变小。中国西北黄土区域目前主要地貌类型的形成,一方面受到流水作用的侵蚀切割,另一方面也受到古地面的影响,所以是古今各种地貌应力作用的结合产物。

西北黄土区域的人民通常把黄土高原都称为“黄土塬”,如陇东的董志塬、陕北的洛川塬以及晋西的一些小型破碎的黄土塬等。塬面坡度一般在5°以下,是最宜农耕的区域。黄土高原和黄土平原就其成因类型来看,显然是不同的,但它们的产状却是相似的。黄土高原由于黄土层的产状近于水平,所以地形面和地质面已趋于吻合,因此接近于构造高原类型。而华北的黄土平原由于黄土层的产状也近于水平,沉积面和地形面一致,所以是属于堆积平原类型的。

至于黄土盆地,其形状大多呈槽状,中间广平,面积大小不一,一般只有数十平方公里,如陕西、甘肃、山西以及河北的山间或山前地带。这种类型的黄土盆地很多,并多半成群分布。从盆地的地形面和地质面的吻合角度来看,其成因也不外乎分为构造盆地和堆积盆地两种。

在黄土高原或黄土盆地遭受沟谷流水切割后的沟间残余部分,形成许多黄土丘陵。它们的高度虽然各处不一,但就某一区域来看却常常是一致的,如果登高远望,这些丘陵很像大海中的黄色波浪。黄土丘陵的形状和大小也甚为复杂,中国西北人民对它们的不同形态给予了不同的名称,例如把长条状的丘陵叫做“梁”,顶平的叫“平梁”;把孤立浑圆状、顶部呈穹形的丘陵叫做“峁”;把塬与沟谷间的较大的残余平地叫做“坪”,梁、峁组合间的鞍地叫做“崾崄”;在两个黄土沟之间的长条平梁,常常成为沟间的良好分水岭,因其外形颇似一堵长墙,所以也有人称其为“黄土墙”。

在黄土负地形中,“川”和“沟”是最为主要的。河川在流路上一般显得比较定形,而沟壑却显得十分混乱。但总的看来,这些川沟系统不是呈树枝状就是呈羽毛状。流水对黄土的侵蚀主要有线状侵蚀和面状(或称片状)侵蚀两种方式。

黄土地区沟壑的形成,大部分是流水集中进行线状侵蚀的结果。这种沟壑根据规模大小可以分为纹沟、细沟、浅沟、切沟和宽沟等。初始的纹沟远望不易发觉;细沟和浅沟的深度也不大,农具可以犁平;而发育成切沟和宽沟后,沟体被深切扩大,沟壑的结构也就复杂起来,有的深度可达300~500米,宽度约等于深度的2~3倍。

黄土高原的开发和治理

黄土高原和黄河流域一带曾是中华民族祖先的主要活动场所,是中国古代文化的发祥地,曾被称为中华民族的摇篮。古代夏、周、秦朝的文化都是在这里孕育成长的。

今天的黄土高原包括陕、甘、宁、晋、豫、青和内蒙古7个省、自治区的大部分或一部分,共有200多个县,总面积约59.9万平方公里,耕地面积1.8亿亩,人口近7000万。在这个广大地区内,约有43万平方公里的地方水土流失严重,每年每平方公里的水土冲刷量,由几千吨到1万吨。据调查估计,每年要从地面冲蚀掉0.5厘米的肥沃土壤。这个地区的耕地约2亿亩,由于长期水土流失的结果,使自然环境、生产条件遭到严重破坏,农业生产落后,部分地区亩产粮食只有15~25千克。1977年7月,一场150多毫米的暴雨酿成的洪水从附近高地毫无阻拦地直泄而下,曾经淹没了大半个延安城。有人估计,黄土高原年平均侵蚀模数(每年在单位面积内流失的泥沙量)一般为每平方公里5000~15000吨,陕西北部和山西北部的一些地方甚至高达每平方公里15000~30000吨。每年流入黄河的泥沙达16亿吨以上。由于黄土高原的水土流失,不仅严重危害西北地区的农业生产,而且还严重地威胁着黄河的安全,使黄河下游的河床不断淤高,成为世界上少有的“悬河”。目前黄河下游河床已高出地面3~8米,有的地方高达12米,早已高过开封城墙,严重威胁着下游地区人民生命财产的安全。