距今125万年，现代黄河水系形成 | Science Bulletin
黄河标志性的“几”字湾何时形成？什么原因让黄河贯通三门峡东流入海？近日，Science Bulletin 2022年第15期以封面文章形式发表了题为“Did the modern Yellow River form at the Mid-Pleistocene transition？”的文章，破解了现代黄河水系形成的科学谜题。文章揭示，现代黄河水系在距今约125万年开始形成，中更新世全球气候转型导致海平面加速降低，对现代黄河形成演化有重要影响。该文第一作者为兰州大学王鑫教授，通讯作者为王鑫教授和中国地震局地质所胡钢副研究员。
封面显示了黄河八里峡段照片（邓国晖拍摄）
黄河是中国第二大河，是中华文明的摇篮。黄河何时、何因形成是至今未解的科学谜题。众多研究表明，黄河呈阶段性演化特征，上游河段雏形最早可追溯到5000余万年前的始新世，而现代黄河水系格局可能在距今约500万年至15万年之间的某个时期形成。
“几”字湾的形成和贯通三门峡东流入海是现代黄河水系形成的重要标志，由于黄河中游地区缺少河流演化完整的沉积记录、下游地区河流频繁改道不易获得第一手资料，当前对现代黄河水系的形成时代仍存在不同认识。
现代黄河水系形成演化概念模型图
三门峡是黄河干流上最后一段峡谷，地处连接黄河中游和下游的咽喉地带，在黄河水系形成演化研究中占据关键地位。此前，中外科学家主要围绕三门峡盆地边缘的露头剖面开展研究，基于湖泊沉积物的消亡、最高黄河阶地的发育、区域地质构造分析、沉积物物源变化等证据，提出现代黄河水系可能在距今约15万年、约100万年、不晚于120万年、约130~150万年、约150~160万年、约500万年开始形成。
然而，三门峡盆地晚新生界地层出露不连续，研究剖面往往由多个相距数千米的短剖面拼接而成，加之地层多有倾斜、植被覆盖度高、表面风化严重，在剖面对接、沉积相划分、古地磁定年等方面均存在一定不确定性，是造成现有认识分歧的重要原因。
鉴于此，兰州大学资源环境学院西部环境教育部重点实验室地貌演化与新生代环境研究团队，与中国地震局地质研究所、中国地震局第一监测中心、日本岛根大学、中国地质大学（武汉）等单位联合，在三门峡盆地中心实施环境钻探，获取了黄河贯通三门峡过程较为连续的岩芯记录。通过与盆地边缘露头剖面的对比，明确了岩芯108.7米处河道沉积物的首次出现是黄河在三门峡地区留下的最老印迹。
SMX19岩芯档案（黄色线条指示河道沉积物发育层位）
三门峡盆地被中条山、秦岭、崤山所限，河道摆动空间极为有限，河道沉积物何时开始大规模发育？上游鄂尔多斯地块的碎屑物质何时开始大量涌入？是明确黄河何时贯通三门峡的关键所在。
研究团队对该岩芯记录开展了系统的沉积学、古地磁定年、物源分析（Sr-Nd同位素&重矿物组合）、古环境代用指标记录（粒度&易溶盐）研究，结果表明：在至少约196万年至125万年之间漫长的地质时期，三门峡盆地中心以封闭性咸水/微咸水湖沉积环境为主、未见典型的河道沉积，加之沉积物主要来源于盆地周边的近源山体、无上游鄂尔多斯地块的碎屑物质输入，可排除黄河流经三门峡的可能；自约125万年开始，典型的河流沉积物开始大规模发育，鄂尔多斯地块的碎屑物质开始大量涌入，盆地中心沉积环境经历了从封闭型咸水-微咸水湖环境到开放型河流环境的显著转变，表明黄河中游水系开始连通、现代黄河水系开始形成。
SMX19沉积岩芯年代学、古环境代用指标和物源变化记录
传统观点认为，青藏高原隆升是现代黄河水系形成的主因，但由于缺少确切的年代控制，侵蚀基准面（海平面）变化对现代黄河水系的重组是否具有重要影响还缺少深入研究。
众多证据表明，全球海平面在约125万年快速降低，在中更新世气候转型期（MPT）最低海平面的降低速率较早更新世显著增加，与黄河贯通三门峡的时代和贯通后河流沉积物比重的持续增加有较好的一致性。
地貌分析结果显示，侵蚀基准面的快速降低能引起华北平原河流溯源侵蚀能力的显著增加，由于华北平原沉积物以疏松的沙和黏土为主，易被侵蚀，裂点在数千年内即可从河口迁移至三门峡盆地，表明中更新世全球气候转型导致的最低海平面加速降低可能对现代黄河水系的形成演化具有重要的驱动作用，其影响可能与青藏高原隆升同等重要。研究结果获得了现代黄河水系形成时代的关键证据，提出了最低海平面加速降低对现代黄河水系形成演化具有重要影响的新认识，为研究大江大河的形成演化提供了新视角。
该研究得到兰州大学基本科研业务费项目（lzujbky-2021-ey12）、国家自然科学基金（42072211）、第二次青藏高原综合科学考察研究项目（2019QZKK0602）、中央级公益性科研院所基本科研业务专项（IGCEA 2008）联合资助。