黄土天书——破解黄土身世之谜（下）
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在洛川黄土国家地质公园里，
不仅可以看到黄土的百态千姿，
更为重要的是，
这里有着极为完整的
黄土和红色土系列，
当年刘东生破解了黄土成因之谜后，
转战洛川探察黄土的内部结构。
对地质工作者来说野外考察
充满了艰苦和危险，
然而探究并获知自然界奥秘的天职，
又使得他们不畏险阻不断前行，
每年总会有不同学校的学生
来此实习考察 。
在同一黄土剖面上为什么会出现
这么多红色条带？
黄土变红是因为受雨水的淋洗
碳酸钙流失含铁矿物氧化而成，
这说明红色土是在湿润的气候
条件下堆积而成。
按照这个逻辑推理，
较少受到雨水冲积的黄土
很可能是在气候干燥的情况下形成的，
那么这是否意味着在两种颜色的土层间
存在着气候环境的差异呢？
顺着这个思路，
刘东生查阅国内外早期有关
红色条带的地质文献，
并采集了大量红色土样品带回
实验室进行分析研究，
同时与团队的成员展开讨论，
之后他又咨询了土壤学家朱显谟，
从而确定了黄土剖面中这些
颜色偏红的层位
是远古地质时期的古土壤。
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黄土高原的蜗牛品种大体可以归入
两大生态类型，
一种是干冷型，
喜欢寒冷干燥的气候环境。
另一种是湿暖型 ，
在温暖湿润的自然条件下才能生存。
既然他们生存的条件差别如此之大，
它们的化石自然就成为
揭示当时气候环境特征的证据。
由此刘东生和他的团队在黄土剖面上
从新黄土到古土壤自上而下
逐层采集蜗牛化石，
最终他们发现在古土壤中保存有大量
湿润型蜗牛化石，
而在黄色土壤中则主要是
干冷型蜗牛化石。
这个现象就充分说明古土壤代表了
地质历史时期较为温暖湿润的阶段，
而黄土层对应的是地质历史时期
相对干冷的阶段。
然而当刘东生和团队根据
这样的冷暖关系对
黄土高原地区不同的黄土剖面
展开更为细致的研究后，
发现他们正面临巨大的挑战，
那就是来自当时在国际地学界
已通行许久并占据第四纪学术界
稳固地位的“四次大冰期学说”。
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所谓第四纪是指
从大约260万年前直到现在的时间段
是地球发展史进入的最新阶段。
当时西方地学界的主流观点是
第四纪仅出现过4次大规模的冰川期，
按照这个理论同样形成于
第四纪的黄土高原上，
也应该存在4次古土壤和黄土
交替的现象。
然而通过对洛川黄土分层
的研究和测算，
刘东生和其科研团队发现交替
条纹远远超出了4次，
竟然达到了32次之多。
也就是说刘东生的研究
结果表明在第四纪
至少出现了32次的冷暖轮回
而不是仅仅4次，
这是什么原因呢？
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20年间不同领域的科学工作者
将各个阶段研究出的学术成果
用于治理黄土高原水土
流失的实践中去。
由于他们清晰地划分出了
不同地区黄土的成因、性质、
地层结构和厚度，
因此明确了土壤的侵蚀规律，
得出了黄土在水的冲刷下
流失速度有所不同。
这一结论对指导高原地区农户
如何通过种植不同植被来保护水土流失
起到了关键性的作用，
至此，黄土高原贫瘠荒凉
的面貌大为改观。
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此时正值上世纪七十年代末期，
中国的科技事业步入
快速发展的新时期。
中国科技工作者与国际同行的
合作与交流开始增多，
刘东生念念不忘的黄土与
古土壤的气候多旋回问题
有了新的研究方向。
用古地磁技术来测定
黄土的年龄和第四纪的年龄是否一致，
就可以判定第四纪是经历了4次
还是32次冷暖变化。
带着这个谜题时年64岁的刘东生
利用到国外从事研究的机会，
在瑞士联邦地质研究所开展了
黄土古地磁和磁化率研究。
他和瑞士科学家海勒教授合作，
将从中国带去的100多份黄土岩芯样品
进行了长达一年的测量和分析。
研究结果证实了中国黄土记录了
整个第四纪时期的古地磁极性变化。
表明中国黄土形成于第四纪。
开始直到近代，
测得的磁化率曲线清晰反映了
黄土和古土壤相应的峰谷变化，
每个黄土层和古土壤层的旋回交替
都有其具体的年代
均代表一次独立的气候环境。
这一系列的研究结果表明：
地球百万年以来不只是
发生了四次大的气候冷暖振荡，
而应该是多次。
可以说正是刘东生用中国的黄土
打造了一把测算第四纪古气候
与环境演化的标尺，
在科学界如此重要的发现
往往需要另一把标尺与其进行“比对”，
才能验证它的准确性。
那么和黄土具有同样宏观尺度的
参照体系究竟在哪里呢？
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有孔虫形态各异、体型微小，平均
在一毫米左右，
只有砂砾那么大。
有孔虫生活在深邃的海洋里，
和黄土中的蜗牛一样，
它们的壳体也可以反映出非常
有用的环境信息，
被称为“大海里的小巨人”。
用深海钻探技术提出海底沉积物里
的有孔虫化石，
并对它进行氧同位素的研究。
是西方科学家参破古气候之谜的
一种行之有效的手段。
上世纪六十年代，
美国和英国的科研工作者
就利用氧同位素来研究
第四纪气候变化。
剑桥大学的沙克尔顿教授通过深海钻孔
获取了丰富的海底有孔虫化石。
测定了氧同位素值，
绘制出了对应远古地质时期
气候冷暖变化曲线
推翻了经典的“四次大冰期学说”。
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当沙克尔顿的氧同位素曲线
被刘东生拿来与黄土的磁化率曲线
进行对比时，惊人的发现！
这两条曲线几乎完全吻合！
也就是说在遥远的大洋彼岸
打造出的这把古气候演化标尺，
与相隔万里的中国黄土所反映的第四纪多旋回气候变化
产生了一种最高级别的无声呼应。
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刘东生的这一发现代表了
中国地学界发出的最强音！
在以西方海洋文明主导的国际地学界，
孕育中国华夏文明的黄土
展现了傲人的风姿，
开辟了陆地沉积物与海洋沉积物
对比的先河。
至此黄土高原成为地质学家窥探远古气候环境变化的重要窗口，
与极地冰芯和深海沉积并列成为
研究全球气候环境变迁的三大支柱，
组成了一个可以互相参照的标尺系统。
作为地球上唯一的一座黄土高原，
其蕴含的科学奥秘最终交由一个
黄皮肤的中国人来解答，
这既是一种使命
也是对中国科学家孜孜
探索自然的最好回报！
然而从科学角度来说
任何一种学说得以新的延展和创新
无不来源于大胆的想象力
和富有开拓的实践探索精神。
2002年4月12日，
一场隆重的颁奖典礼
在美国洛杉矶举行，
由于在古气候古环境研究中
做出的特殊贡献
刘东生在85岁的耄耋之年，
获得了国际环境科学的
最高奖—泰勒奖，
这是有环境领域诺贝尔奖之称的
世界级奖项，
截至目前刘东生是唯一一个
获得此项大奖的中国大陆人。
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严格、勤奋、好奇、谦逊
这是学生们对刘东生的描述，
也是所有熟悉他的人对他由衷的评价。
74岁在常人看来应该休闲的年纪
但刘东生依然行走在科考第一线，
79岁在他生日那一天赴北极科考，
84岁时他第七次踏上青藏高原的征程，
87岁时他又出现在罗布泊。
刘东生一生致力于黄土与第四纪
地质学研究，
发表了许多影响深远的论文和专著
并留下了大量的考察笔记和
珍贵的录音资料，
在他录制的最后一盘录音带里
老人留下了这样的声音。
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将中国的黄土推向世界科学的舞台，
这是刘东生和几代地质工作者
努力探索和研究的结果！
在刘东生看来他只是有幸翻开了
黄土天书的部分内容
而这一领域的科学探索终将还会继续。
天书无垠、行者无疆
这便是一代又一代地学人对科学探索的最好诠释！
黄土天书已经翻阅完毕，
其中蕴藏的地质哲理、科学精神
是否触碰到你的心底？
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本文根据CCTV10《地理中国》栏目“百年地理大发现”之《黄土天书》整理而成，感谢中央电视台科教频道《地理中国》栏目《百年地理大发现》制作团队的专业制作及授权发布！
美术编辑：张志越
校对：黄志伟
公众号：中科院地质地球所
ID：dizhidiqiusuo
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