吕洪波
喀拉扎山发现成排的U形谷:新疆曾经存在着更新世冰帽? 精选
2021-1-20 19:21
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喀拉扎山发现成排的U形谷:新疆曾经存在着更新世冰帽?

    2020年11月,以新疆工程学院年轻教师曹远远为第一作者的论文发表在地质论评2020年06期上,这是我近几年来与新疆工程学院青年教师们一起出野外合作发表的第一篇学术论文。论文如下:

    曹远远,陈飞,张峰玮,曹小红,阿尔达克,康媛,张同良,尚彦军,吕洪波. 2020. 新疆昌吉喀拉扎山 U形谷的发现及其古气候意义。地质论评,66(6):1601—1608.

    地质论评杂志社网站链接:

http://www.geojournals.cn/georev/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20206606011&flag=1

    感兴趣的朋友可以下载详细阅读。

    我认为,这些 U形谷的发现过程和最后成文的经历,为高校年轻教师成长提供了一个良好的案例,因此愿意将这个经历与同仁们分享:

    2019年05月18日,我们一行十多人在曹远远老师的带领下,考察乌鲁木齐头屯河以西著名的“百里丹霞”区,该区就是以侏罗系为核心而以白垩系碎屑岩为两翼的巨大背斜出露区,在卫片上一个巨大的彩色条带如同东西向平放着的变形回形针。我们的目标是先考察背斜北翼的白垩纪红层(类似于张掖的彩色丘陵地貌)区,同时野外现场讨论各种沉积构造,算作大家进行一次野外地质“实习”吧。

    我们的主要任务是弄清白垩系红层为主的碎屑岩露头及其各种地质现象。根据地层倾角较大的特征判断,该区是典型的彩色丘陵地貌,从沉积构造到沉积环境,再从变形构造到应力场恢复,该区蕴含着天山隆起和准噶尔盆地演化的重要信息,因此我们准备先期踏勘,以后再做详细的野外调查研究工作,而我的兴趣点在于破解构造地貌所隐含的中新生代大地构造演化密码。

    看看下面这个镜头含有多少重要的地质信息:

    当我们完成初步考察任务而沿着喀拉扎山北麓向西探索那条向北转回的土路时,抬头突然看见喀拉扎山脊北侧如同被钉耙刨过一样,出现十几个并排而下的大型沟槽,那是一系列平行向下的 U形谷…

    我高兴地叫住大家:那不是典型的冰川悬谷吗?大家一看也都觉得有道理:山脊北侧陡壁上保留的确实是典型的 U形谷。根据我十几年来对第四纪冰川地貌的研究经验,马上意识到:这意味着喀拉扎山上至少存在着第四纪冰帽,而在厚层砂岩中保留如此完整的冰川侵蚀 U形谷,说明形成时间不可能太早,否则现代风化作用就会破坏砂岩的露头形态让其踪迹全无。如此完美的 U形谷得以保留,最大可能是更新世末期(距今一万多年前)形成的。

    悬冰川(Hanging glacier)一般产生于山谷冰川谷壁的上部边缘,向下沿着陡崖通向下方的主冰川,但在到达之前就融化消失了,仅仅保留上半部悬挂在悬崖或陡壁的上半部(如果完全到达谷底并汇入主冰川,则悬冰川转变为支冰川)。冰川完全消融后,悬冰川侵蚀形成的 U形谷也仅在陡崖的上半部保留。悬冰川之源头必然在陡崖之上,如果很多悬冰川并排分布,陡崖之上必然存在着冰原(ice field),也就是说必然存在着冰帽甚至大冰盖,看看现代冰帽或大冰盖边缘到处都是悬冰川就明白了。

    最近几年我在新疆每年都进行野外地质考察,有很多漂亮的地质景观,我都以科学网博文的形式作地学科普分享给同行和大众。然而,喀拉扎山脊保存的 U形谷是一个重要的发现,前人从未报道过新疆的这类现象,应该写成论文发表。由谁来主笔?我的愿望是支持年轻人主笔。于是我建议带队人曹远远老师主笔,大家参与,我做通讯作者。当然,要完成这篇论文,除了在北坡详细考察外,还要到喀拉扎山顶上去做更细致的野外调研工作,全面了解其地貌特征并获得关键证据。于是我们决定下次登顶喀拉扎山!

    2019年06月16日,我们再次来到喀拉扎山北坡,从山麓处开始向上攀爬。一开始还比较顺利,毕竟山坡下半部不是太陡,但到了山半腰坡度突然加大,每登一步都很困难。从山麓处的1000多米海拔到山顶的2000米海拔,高差1000米,一个多小时过去了我们还没爬到一半,多数人只能停留在下半部的途中。曹老师我们三人最后也在只能在 U形谷的下部边缘停下来,因为从白垩纪薄层砂泥岩突然变为侏罗纪的巨厚层砂岩,山坡突然变陡而失去稳定的落脚点,四肢并用也无法继续向上攀爬。为了安全,最终我们只好放弃,决定下次从南坡登顶。万般无奈求其次,只能站在山半腰拍摄几张照片了!

    2019年06月20日,我们开车从喀拉扎山南麓沿着S101向西开到喀拉扎山西南的一个山坳中,那里有一户牧民居住,于是我们将车辆停在牧民家的栅栏边。那天阴天,天气不热正好爬山。我们带好面包和水,然后沿着山坡从西南向东北方向慢慢攀爬。

    虽然看上去山头不远,我们却爬行了近两个小时才终于爬到眼前最高的山脊。然而,我们到达的山头却远在最高峰的西侧,当中还有一条巨大的垭口相隔,根本无法继续前行,只能停在脚下的陡崖后方。

    为了弥补无法登顶的缺憾,我们使用无人机,企图飞跃垭口而拍摄最高峰附近的 U形谷特征。

    然而这个巨大的垭口太宽了,而天空又布满了乌云,尝试多次后也没能成功。我们在遗憾的叹息中疲惫地下山,来回爬山接近二十千米却无功而返,大家都有几分不甘,究竟何时才能攀上看似并非险峻的主峰?

    2019年夏天,我在家里利用谷歌地图设计了一条新的登顶路线:

    2019年秋季,我再次来到新疆。这次我们不再匆忙行动,而是仔细研究讨论,利用奥维地图讨论了我设想的从南坡登顶的路线,这条路线是沿着背斜谷从西边向东缓慢爬行,到沟谷的最高点后直接向北登顶,这也是牧民放羊走的路线,感觉这次应该成功。      下图是我们四次选择不同路线的平面示意图(前三次都未登顶):

    2019年10月29日,秋末的乌鲁木齐已经有点寒冷,但天空湛蓝,能见度极高,我们决定再次从南坡登顶喀拉扎山。鉴于其他老师都忙于上课,我和曹老师二人驾车沿S101西行,到达南坡山谷中将车停在牧民在山中的临时居点,然后开始沿着山谷向东攀爬。

    我们沿着牧民放羊的路线,一路边走边看,一个多小时就轻松登顶了。登顶之后,我们先向东考察了一系列 U形谷,然后再返回向西观看了几条 U形谷,记录了关键的地质现象,更是拍摄了大量的照片。至此,终于完成了喀拉扎山 U形谷的野外地质考察工作,为室内论文撰写奠定了良好的基础。

    我原来估计山顶可能有一个宽的平台,但现实是东西向V形谷将巨大的背斜切割成典型的背斜谷,南北并排的两列山脊都由上侏罗统厚层砂岩组成,但南边山脊没有发育U形谷,只有北部山脊之北侧发育了一系列向北下延的巨大U形谷。这说明,海拔两千米的巨大平台从冰盖消融后至今已经被侵蚀成巨大的 V形谷,可见侵蚀速率非常高。

    顺便解释一下为何背斜容易成谷:因为岩层褶皱弯曲,在弧度最大的地方(褶皱核部)岩层的外侧会产生断裂,这种局部的外层开裂在向斜的核部总是在岩层的下方,而在背斜的核部却在岩层的上方。地表水流侵蚀总是容易在断裂处找到薄弱点,而背斜的上方断裂就是这样的优选点,于是在流水的切割下,背斜逐渐侵蚀成谷。这种现象也叫地貌倒置现象。

    至此,我们通过四次野外考察,终于摸清了喀拉扎山 U形谷的野外特征,为室内研究奠定了充足的基本素材,我和曹老师高兴地返回乌鲁木齐。

    我们也及时地将考察情况与团队成员通报,大家都很高兴。接下来的几个月,曹老师重点搜集新疆第四纪冰川的相关文献,阅读后撰写了研究现状报告发给我,我阅读后则提出修改建议。经过几个月的努力,论文初步成型,我们也经常将论文进展与其他老师在群里沟通。2020年初向地质论评杂志投稿后,根据编辑部和审稿人的建议,我们又反复修订几个轮次,终于在年底发表了!借此机会,感谢《地质论评》编辑部对原创论文的厚爱,感谢审稿人的修订建议!

    我们这样一篇简单的论文,从出野外发现 U形谷,到最后发表出来,持续时间超过一年半,不仅野外考察就四次,曹老师室阅读文献就花费了好几个月,而反复修订更是耗费了他大量的业余时间。原创论文是耗费时间和精力的,抛开与其他作者的沟通,仅仅我们两个主要作者就不知道反复修订讨论了多少个轮次才得以完成。为什么有的地学作者一年很多篇英文SCI 论文发表?我真的佩服他们的发表能力!跑题了,打住。

    事实证明,曹老师查阅文献和撰写论文的能力很强,加之他曾经参加过野外勘查工作,综合科研功力突出,即使去东部部属高校工作也应是一位很优秀的青年教师。

    由此我也体会到,西部地方高校不要急于招收大批博士,也不是立即督促青年教师赶紧去拿在职博士,而是制定政策鼓励现有的一大批硕士学位教师乐于出野外提高自己的基本功。他们缺乏的不是博士头衔,而是到野外向大自然学习的机会。一旦他们的理论基础与野外实践紧密结合,科研能力和教学效果必然会提高一大截。假若我的公司招人,我不看学位,而是看他们的基本功是否扎实,野外经验是否丰富,是否愿意到大自然中不断学习提高自己。

    扯远了,还是看我们论文的要点吧。如果发现逻辑错误,请同仁们批评指正,那一定是我造成的,毕竟我是通讯作者。

 内容提要:本文作者在新疆乌鲁木齐西南40km的喀拉扎山脊北侧发现十几条并排分布的 U形谷,而 U形谷之间以刃脊相隔。这些 U形谷发育在上侏罗统巨厚层长石砂岩露头表面,据其形态和分布特征属于冰川悬谷。这个发现揭示了喀拉扎山脊以南曾经发育过海拔2000m的冰帽,而冰帽的发育时间为更新世,更可能是晚更新世。中国西北尚无第四纪冰帽的报道,本文的发现为中国西北地区第四纪冰川和古气候研究提供了新的材料。由于新疆比青藏高原海拔低,而且更加干旱,新疆喀拉扎山 U形谷的发现也为青藏高原更新世大冰盖的存在提供了新的佐证材料,即:青藏高原更新世大冰盖应该存在。

再次放上论文链接,感兴趣的朋友可以下载详细阅读:

http://www.geojournals.cn/georev/ch/reader/view_abstract.aspx?file_no=20206606011&flag=1

今天是腊八节,祝朋友们冬日快乐!

(备注:文中插图都是以前用Google Earth或奥维地图制作的,现在只能用百度了)

吕洪波    2021年01月20日

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