高原上的背影——地質學家劉東生

初識黃土高原

　　黃河孕育了博大精深的中華文化，然而，它的多變也給中華民族帶來了無窮的災難。自周定王五年（公元前６０２年）以來，黃河決口共約１５００次，重大改道有７次，其潰堤泛濫範圍北達海河流域，南抵淮河流域，遍及我國整個東部平原。強烈的泥沙淤積，又使黃河成了地上“懸河”，猶如隨時墜落的利劍懸在黃淮地區廣大人民頭上。新中國成立後，黨和政府決心興利除害，治理黃河。劉東生與隊友們一道光榮地承擔了這個與國家經濟建設密切相關的任務。

　　１９５４年初，劉東生被借調到水利部黃河梯級開發壩址考察隊，擔任技術指導，奔波在劉家峽和龍羊峽之間。任務臨近結束，地質所所長侯德封發來電報，要他趕往河南三門峽地區的陝縣會興鎮，那裏有三門峽水庫區第四紀地質綜合考察任務等著他。

　　自此，劉東生步入了研究黃土高原這一新的科學領域，與黃土高原這一“風神捏就的土地”結下不解之緣。他曾坦言，在三門峽地質考察之前，他並不大了解黃土高原。然而，黃土高原這本厚厚的書已經擺在了他的麵前，等待他去閱讀、去揭示其中的奧秘。

　　一天在會興鎮吃完晚飯，劉東生與隊友像往日那樣在戶外散步。夜幕降臨，老百姓家家點上了煤油燈。突然，他發現遠處山坡上有一排排燈光，那是隻有樓房住宅才會出現的景象。“貧窮的河南農村不可能有樓房，哪來這麽多如此分布的燈光呢？”他感到非常詫異。刨根問底是科學家的天性，第二天一大早他便向昨晚看到的地方走去。明亮的陽光下，謎團終於解開，原來黃土崖上，上上下下是成排的民居——窯洞。這些成排窯洞發出的燈光，夜色之下遠望，自然近似於居民樓房發出的燈光。“窯洞疊著窯洞，沒有堅固的黃土層是難以支撐的，究竟是何樣的土質給老百姓提供了這般堅實的建造條件？”他顧不上回去吃早飯，便順著山坡向窯洞爬去，想弄個明白。仔細觀察後他發現，窯洞均開挖在黃土層中，每層窯洞頂部都有一層顏色偏紅、質地比黃土還堅硬的土層，從而保證窯洞不易坍塌、滲漏。他在為農民們的聰明創造感到興奮的同時，也思考著一個問題：“這種被農民用來充當‘窯洞頂板’的沉積物究竟是怎麽來的？”

　　回到營地，劉東生把自己的發現和疑問講給從事土壤研究的隊友朱顯謨聽。朱顯謨也很感興趣，為了解開這一謎團，在以後的考察中，每次見到窯洞頂部這種顏色偏紅的層位，他們總要仔細觀察。朱顯謨認為這種層位像是土壤層。為求證這一觀點，他們將采集的樣品帶回實驗室研究。劉東生從粒度組成、礦物和孢粉方麵進行思考；朱顯謨從土壤的發生層、微結構方麵進行分析。最後，兩人終於認定，這“紅色條帶”為古土壤。

　　劉東生從排排窯洞的“蓋板”引發思考，進而辨認出古土壤。聯想到牛頓從蘋果的落下得出萬有引力理論的故事，我們可以看到，大科學家往往能從人們熟視無睹的現象中發現問題，引發思考，他們是生活中的有心人。

　　黃土高原，以及由黃河裹挾著黃土泥沙堆積而成的華北和黃淮大平原，是中華民族繁衍生息的地方。如果要問我們腳下的黃土來自何方，就不能不首先提到德國地理與地質學家、國際地貌學之父李希霍芬。

　　生於德國萊茵河畔的李希霍芬，１８６８年到１８７２年間來到中國探險。為進行地質和資源調查，他的足跡遍及河北、內蒙古、山西、陝西、青海、新疆等地。這位被劉東生稱為“中國地質學從無到有的領路人”的科學家，回德後出版了名為《中國——親身旅行的成果和以之為根據的研究》一書，該書共五卷，首卷內容便是中國的黃土。這位德國人對廣泛分布於萊茵河流域的黃土是熟悉的，認為萊茵河流域黃土在性質上與中國黃土無異。不過從沉積厚度和分布廣度來看，萊茵河流域黃土與中國黃土是無法比的。當時，有關世界各地黃土成因的說法有多種，李希霍芬是“風成說”的代表人物，他認為萊茵河穀地的黃土即為風成的。麵對著區域廣闊的中國黃土，李希霍芬知道，如果能把中國黃土的成因弄清楚，其貢獻將非同尋常。出於尊重科學，李希霍芬力求在中國黃土研究中保持公正與客觀。為此，他幾度從“水成說”視角觀測中國黃土，但均不能自圓其說。而從“風成說”去理解，卻總是得心應手。實際上，李希霍芬並不是唯一用“風成說”解釋黃土高原成因的，後來還有蘇聯地質學家奧勃魯契夫等人，也認為中國黃土是由強風卷起粉塵並搬運過來的。

　　“水成說”的典型代表，是２０世紀５０年代來華考察的蘇聯專家格拉西莫夫、帕甫林諾夫等，他們認為中國黃土是山洪暴發所致，並且以對黃土剖麵觀測時獲得的某些表象作為證據。

　　劉東生則全麵係統地研究了中國黃土的成因，他認為，能夠形成如此廣袤而又堅實的黃土高原，必須有源源不斷的物質供應，必須有持之以恒的搬運營力，必須能夠形成沉降。

　　科學的結論隻能來源於實地調查和實驗分析。為了尋找到黃土高原的真實成因，劉東生率領他的研究團隊踏遍了黃土高原，對黃土樣品進行了一次次測定，對黃土從原始物質的形成、起塵與粉塵搬運、粉塵降落和保存條件、粉塵堆積後變化等一係列過程都進行了研究探討，終於形成了一個完整清晰的成因學說：

　　青藏高原強烈隆升導致的侵蝕作用，源源不斷地產生大量碎屑物質；在強風作用下，這些物質中的細粒物質隨風吹揚，粗粒則在原地成為沙漠沙（中國黃土與沙漠同源）；向東搬運的塵土在風力減弱或水汽增加的情況下凝聚、沉降；地麵上草原植被的環境讓這些降落的粉塵得以部分保存；在草原環境條件下的生物地質作用又使降塵逐漸呈現目前見到的黃土的麵貌。

　　如果說，風力搬運與水力搬運是“風成說”與“水成說”的分野，那麽從粉塵物質來源一直到黃土麵貌的出現，這條完整的“證據鏈”，就不是李希霍芬和奧勃魯契夫簡單的“老風成說”所能概括得了的。“證據鏈”再好不過地勾勒出劉東生黃土 “新風成學說”的軌跡，它不僅是對 “老風成說”的發展，更有理論與實踐上的創新。黃土高原是怎樣形成的，這個自１９世紀之初開始，長達一百多年的學術爭論，隨著“新風成學說”的出現終於結束。

　　劉東生在野外考察在劉東生看來，風成物質堆積形成黃土高原並不是一個難以理解的命題。倘若把時鍾倒轉回２５０萬年前，同在黃土高原位置上，當該是長有茂草、伴有鮮花的一望無際的草原，不時有鳥兒鳴囀，蝶兒飛舞。然而在氣候發生重大變化後，呼嘯的狂風把遠至中亞、近到我國新疆的沙漠和戈壁上的細粒塵土吹起，形成沙塵暴自西北方向吹來，帶到草原上空沉降，這些沙塵落進茂草叢中難以飄移，便逐漸累積，最終使草原變成黃土。像２００２年３月２０日北京所發生的那場罕見的沙塵天氣，約有3萬噸沙塵飄落在北京，等於首都居民平均每人獲得兩公斤“禮物”。科學計算表明，僅就一般沙塵天氣而言，如果每次帶來０。０１毫米厚的塵土，那麽一萬年就可堆積１米。因此說整個第四紀在黃土高原堆積一二百米厚的黃土，並非天方夜譚。