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[地理百科]津北有奇观

天津北部长城脚下,群峰突起,虽无名山大川,却暗藏奇观。这片幽僻的山区之中,有一条名震地质学界的地层走廊叫“蓟县剖面”,是8亿至18亿年前地质演化史的缩影。它身上潜藏着哪些地球密码?这里为何诞生了最美的叠层石?本文作者将在第一现场寻找谜底。


1934年,高振西等学者在这一带考察时发现了一种紫红色的白云质灰岩,并将这种岩层命名为“杨庄红页岩”。“蓟县剖面”命名后,这段地层(地层是指地质历史上某一时代形成的层状岩石)被划分为一个独立的组—杨庄组。幽蓝夜空和璀璨星光之下,出露完整的红色岩层景观显得尤为壮丽,山下划过的几束灯光好似一条时光隧道,将我们带入十几亿年前的远古世界。深蓝色的夜空中划过的星轨与醒目的层状岩石景观,形成了奇妙的呼应关系。摄影/张博开
天津北部山区,潜藏着一部神奇的“地质巨着”
秋霜降临的深秋,我和朋友相约到津北山区一游。我们从市区出发,沿津蓟高速一路北上,不到一个小时就到了津北门户蓟县。从卫星地图上看,蓟县县城被严丝合缝地镶嵌在燕山南麓的冲积扇上,城北紧靠的府君山(燕山的一部分)像一道牢固的天然城墙,守护着这座小城。山下有一条横贯东西的环城公路,大致就是燕山与华北平原的分界线。说话间,车子驶入一条山道,视线立刻被起伏的群山所阻断。此时,山路四周尽是色彩斑斓的林海,丛丛密林织成了层层彩缎,顺着起伏的山势铺展开来。说起欣赏秋色,天津北郊这些小山的名气远不如北京香山。因为来此观光的游人较少,反而让这里多了几分清幽。
此次来到蓟县,我并非仅为欣赏秋色而来。这片山地中,让我更感兴趣的是一部藏在山中的神秘“长卷”——走在清幽的山谷中,我顿时觉得自己化身为武侠世界中寻宝的侠士。的确,我这次要寻找的宝藏放在世界范围内,也称得上是罕见宝贝,因为它储存着地质时期的海量信息,可以还原人类诞生前的生命世界。从明永乐二年(1404年)建城开始,天津的城市史已有600多年。若放在漫长的地质年代中,600年不过是短暂的瞬息。大约19亿到8亿年前这段时期,今天津地区为海水所覆盖。此后的7亿多年里,海水屡次进退。约1亿年前,经历“燕山运动”后,今蓟县地区的地壳不断隆起,形成了低山丘陵。
若将时光回溯至亿万年前,蓟县所在地刚刚隆升为陆地。近1万年以来,燕山与华北平原地壳稳定后,天津地区的早期文明曙光出现在蓟县地区,而天津市区所在地则被大片沼泽覆盖着,尚不适合人类居住。怪不得蓟县人常常自豪地说:“六百年历史看天津,五千年文明在蓟州。”亿万年过去了,海陆变迁和地质演化过程中到底留下过什么蛛丝马迹?今天的地质专家,如何能够窥探十多亿年前的地质面貌?
我们向山沟深处走去。据说,那部神秘的“地质巨着”就藏在不起眼的沟壑之中。


岩石类型:花岗岩
地质年代:距今约2亿年


怪石林立的盘山
岩浆侵入留下的景观杰作
从蓟县县城向西走12公里,便可以看到拔地而起的盘山,从这里向北,便是绵延400多公里的燕山山脉。盘山整体海拔不高,但山石蜿蜒起伏,颇似腾云驾雾的蛟龙,所以得名。比起蓟县古老的沉积岩和变质岩,盘山上的花岗岩则年轻了许多。它是在距今约2亿年前的中生代三叠纪,地下岩浆侵入到中新元古代地层中冷却形成,而后经过一系列构造运动“拱出”地表。如今的盘山花岗岩退去了曾经的锋芒,被风化剥蚀成为险峻的山岭。冬季这里银装素裹,干枯的树木静静等待着春季的萌芽。
跨10亿年的“剖面”,袒露在大地上的“岩石史书”
20世纪30年代,蓟县(时属河北省)北部山区还是一块人烟稀少、草木丛生的处女地。那是一个冬天,三个与当地人穿着不同的年轻人来到这里,迅速打破了山区的宁静。原来,他们是从北京来的地质学者,以北京大学地质系助教高振西为首。他们骑着几头毛驴走进了山谷,一路上走走停停,不时观察着沿途的峭壁。在一个露出地面的石壁前,三人一边拿着放大镜观察,一边拿起铁锤轻轻敲打。勘测一番之后,一种前所未有的兴奋涌上他们的心头。原来,这岩石便是他们苦苦寻找多年、形成于十多亿年前的叠层石。他们趁热打铁,沿着山谷北行,发现这里有一条南北延伸、露出地表的岩层带,后来被地质学家称为“蓟县剖面”——它完整地呈现了中上元古界(注:元古界中晚期)时期的地层面貌,所以也称“中上元古界剖面”。
其实,对标准地层或标准剖面概念,科班出身的我已烂熟于心,似乎不去现场也能轻易描述其重要意义。然而这一次,当我实地考察后,才真正感受到“剖面”更加惊人的一面—景儿峪、下马岭、洪水庄、雾迷山、高于庄、大红峪、团山子、串岭沟、常州沟、府君山……这些教科书上无比响亮的地层名竟一一出现在山村路口,并且早在国家地层命名前就已经出现在这里。仅几十分钟的车程,我们就似乎穿越了亿万年的时空隧道。显然,前文所说那部神秘的“藏宝图”,指的正是“蓟县剖面”。
对于地质学界来说,“蓟县剖面”的发现是极具轰动性的。它现在被视为“中上元古界的标准剖面”。也就是说,它是目前这一时期地层剖面中近乎完美的样本。国土资源部天津地矿研究所的朱士兴研究员评价说:“蓟县剖面几乎是完美的,地层少有错位,极少发生变质,是难得一见的好剖面。”
最初,我跟大多数人一样,有这样一个疑问:中上元古界地层很多地方都有,为何学者如此偏爱蓟县这个地方呢?理论上讲,所有地下岩层均有可能产生剖面,但由于多种复杂因素,大多数地方的地层因地壳运动而失去了本来面目,而蓟县剖面基本保持着沉积时的模样,几乎没有“失真”。


图1
微观看地层
天工造就的象形世界
天津蓟县地层中遍布碳酸盐岩,指示了洪荒时代的海陆演变,留下了许多精彩瞬间。4张微观画面展示了其中几种有趣的岩石:由于花纹形状奇特,它们分别形象地称为虎斑岩(图1)、姜状灰岩(图2)和臼齿岩(图3、图4,当地百姓俗称“虾米石”)。图1中,一块平坦的灰岩表面一个个突出的磨圆石块,如同宫墙上的龙纹浮雕,实际上,它们并非粘在岩石表面的附着物,而是与岩石融为一体的,只是由于内部矿物成分不同,被风化的程度也有所不同。另外两种岩石中形态各异的黑斑,其成因有两种说法,有人认为黑色部分为生物有机质的遗迹,另一观点则认为黑色部分是地层破裂后缝隙中填充的“泥晶脉”,很可能是古地震作用的结果。


图2


图3


图4
岩石类型:碳酸盐岩
地质年代:距今约13亿—14亿年
1984年,蓟县剖面所在地诞生了“中上元古界国家级自然保护区”。进入蓟县山区后,一路为我们讲解的专家杨立公先生,是保护区管理处的负责人。这条长长的地层带,被地质学家划分为3个系、11个组、105层——这部“巨着”的系、组、层,恰似古典小说的章、回、节,地层中“章章”经典、“回回”精彩、“节节”生动。由于剖面十分完整,我们可以在地表轻易地看到10亿年前,被时光洗礼过的岩石。
从县城向北直到黄崖关脚下,两边出露地层的地质年代越来越久远。透过车窗我们看到,很多地层因为后期的构造运动而发生明显的褶曲,与水平面约呈大角度倾斜,深埋地下的部分也被“拉”出了地面。车到山路尽头,停在了长城脚下的常州村。村口一处断崖清晰地留有“元古界”与“太古界”界线。两块相距不到一米的巨石,年代跨越了7亿年。所以,此处被杨先生形容为“一步跨越7亿年”。
路上,我们遇到了许多前来游历的人。来此登山的人,往往是奔着“蓟县剖面”而来。我在现场遇到三支考察队,两支来自地质院校,一支来自地矿企业。作为地质院校的毕业生,他们中的大多数人读过李四光撰写的《中国地质学》,该书对蓟县剖面的赞誉让我印象深刻:“在欧亚大陆,同时代地层中蓟县剖面之佳,恐无出其右者。”地质圈里的人到这里来,就好比虔诚的信徒来膜拜心目的圣地。


常州沟组
“万卷史书”长卷的
第一页
常州沟组是蓟县中下元古界中最古老的地层,距今约18亿年。地层中颗粒粗大的砾岩和杂砂岩是古河流沉积的标志。这张手绘图是将科学图件经过艺术加工的产物,远方是当我们站在蓟县的山上看到的崇山峻岭,而山前宏大的地质剖面则展示了绵绵青山下古老岩石的质地与韵律,地层的叠覆与起伏。绘图/刘震宇
从蓟县县城到常州村,连绵起伏的丘陵中好似一排巨大的书柜,其中安放了跨越10亿年岁月的沉积岩层;岩层则像鱼鳞瓦脊那样,重重叠叠地在大地上延伸,俨然一册册用岩石垒砌的典籍大作。数亿年时光中,宛如典籍般罗列的地层经历过各种剧烈演化,却几乎没有改变容颜,或许就是为了有一天被人发现。岩石不能言,但它们一直在等待知音的到来。


朱士兴
国土资源部天津地质矿产研究所?研究员
蓟县地层表明,
寒武纪前有更早的
生命大爆发
天津蓟县出露的叠层石及其他微生物化石,就像一个个信息存储器,通过上面的信息,我们推断出了当时的海陆演化情景,甚至可以复原海盆的扩张及海水进退变化过程。当然,中新元古代的叠层石不仅在蓟县有发现,它们的身影遍及世界各地,但蓟县叠层石的保存完整度、图案审美性等方面独树一帜。
此前的地质理论认为,距今10亿到16亿年前的中元古宙,正是古老的原核生物向真核生物过渡的重要演化时期,然而从目前的发现和研究来看,多细胞的古植物也已经大量出现,说明早在5亿年前左右的寒武纪生命大爆发之前,地球就已经呈现出生命欣欣向荣的情景。也就是说,“前寒武纪”地球缺少生命迹象的传统理论将面临颠覆。


岩石类型:微生物叠层石
地质年代:距今约13亿—16亿年
蓟县叠层石
解开古老宇宙秘密的密钥
叠层石是由蓝藻等微生物的参与下形成的微生物岩(或称生物沉积构造),是一种“准化石”,它的存在说明曾经有微生物的生命活动。“蓟县剖面”几乎各个时期都有叠层石被发现,数量达数十种。图中为柱状叠层石的天然纵剖面和横剖面,“叠层石柱”之间留有缝隙,曾被海水中的矿物充填。




早期的古生物和岩层的共同作用,构成一幅幅蕴藏生机的图案,令观者真切感受到地质年代的生命律动。蓟县通往黄崖关长城的公路边上,出现了几座以叠层石工艺为主题的奇石馆。这些“会记忆的石头”的审美价值,渐渐地被民间艺人发掘出来(摄影/张博开)。


中国最美“叠层石”,还原生机盎然的“中元古界”
5亿多年前,地质年代进入古生代的寒武纪,此后数百万年里,包括现代生动物类群祖先在内的大量多细胞生物出现。长期以来,寒武纪之前的地层中几乎找不到动物化石,所以这次生物演化事件被称为“寒武纪生命大爆炸”。
寒武纪之前的40多亿年,一度被认为是缺少生命的死寂时期,这段漫长岁月也被笼统地称为“前寒武纪”。
科学家之所以得出上述结论,很大程度上是因为前寒武纪缺少化石发现,其岩石要么严重变质,要么被埋在海底地层中。这个时候,“蓟县剖面”的出现弥足珍贵—这里先后发现了距今14亿至12亿年的微生物群化石,距今8亿至10亿年的藻类化石。这些发现,逐渐改变了过去的固有认知。据中国地质调查局天津地矿研究所数据,蓟县剖面地层中发现的微生物群至少有16个属、28个种。因此,地质环境专家张书义先生认为:“早在中上元古代,地球生物已经有了众多家族,当时已经存在一个生机盎然的生命世界。”
岩层剖面中,破解生命密码的重要钥匙就是“叠层石”,它因为布满层状纹理或由层状结构组成而得名,是寒武纪之前出现的生物化石,或“准生物化石”。蓟县剖面为中元古界的标准剖面,所以这里的叠层石几乎是最完美的。正因为叠层石的品质出色,“标准剖面”更显得名副其实。在蓟县铁岭沟、井儿峪山区,我看到了千姿百态的叠层石袒露在大地之上,清晰地显露着浮雕般的圆弧或水波纹理。大学时,我曾在实验室里见过许多叠层石,它们中的大多数要么发生了变质,要么被侵蚀损毁。在蓟县,我第一次见识了纹路如此清晰、完美的石头。这些神奇的石头,仿佛拥有特殊的魔法,一下子将我的思绪带到10亿至20亿年前。
长期以来,地质学家在意的是叠层石的科研价值,所以无意间忽视了其审美价值。我在天津结识了一位叫吴军江的摄影师。20世纪70年代,刚参加工作的老吴对家乡北部山区的了解还非常粗浅。80年代,他不断地跟地质专家打交道,方知这些不知名的小山中蕴藏着宝贝。他从事摄影创作30多年,多数作品均取材于此地。吴军江的镜头将蓟县叠层石的视觉美呈现得淋漓尽致。以形状而言,叠层石有的为锥形,有的呈柱状,有的像一面石壁或一堵城墙。纵向窥视,石头表面布满条条石柱,很像古希腊神庙中的残垣断壁;横向观之,它们形成了一个个球形凸起,看起来像一大片起伏的山丘。这些狭小的空间包含着一个个大世界——因为,那里曾是早期生命的家园,那些微观景色,是原核生物新陈代谢、生老病死过程中演奏的生命乐章。
朱士兴研究员曾长期致力于破解叠层石的生态密码。他说,那些相间分布的纹路就像树木的年轮,对应着岁月更迭。他的团队观测发现,一组蓟县叠层石蕴藏着13亿年前的季节变化等信息。这些信息证明,地球当时一年约546—588天、13—14个月——由叠层石破解出来的数据,跟天文观测结果相差无几。
岩石为何能孕育生命?不熟悉地质的人觉得不可思议。《西游记》讲了一个石头里蹦出猿猴的故事,蓟县叠层石则表明,早期生命形成与地壳运动、岩石演变密不可分,猿猴和人类的先祖最初还真离不开石头。了解这些后,吴军江对脚下这片大地更加敬畏。工作之余,他常常坐在叠层石面前沉思。“跟它们面对面,就相当于跟那个时代的地球对话。生命孕育之初,这里经历过剧烈演变,现在却是一副安详宁静的面孔。”在老吴眼中,叠层石是一种至美的雕塑艺术品,“这伟大的作品是大自然和早期生物用数亿年之功塑造的,没有哪位艺术家具备这种功底和想象力。”
遥想十多亿年前,眼前这片山地还在茫茫大海之中,条条古河流从古大陆上奔流而来,河流所携泥沙在浅海中沉积,慢慢形成了岩层。但是,这里并非荒芜、死寂的天地,那些层叠的岩石中,顽强的生命正在悄悄地完成演化,并繁衍成早期的生命王国……


岩石类型:白云岩
地质年代:距今15亿年左右
红白相间白云岩
十多亿年前海水进退的遗存
走在蓟县乡间的路上,你会发现两边裸露的地层大都与地面呈大角度的倾斜,甚至近于直立,也让我们感受到地球的巨大能量。这里曾发生多次的构造运动,形成若干条褶皱,而这段岩层正是一个背斜的南翼,因而出现了地层整体向西南方向倾斜的规律。地层中紫红色与灰白色相间是杨庄组地层的典型特征,反映当时氧化、还原环境的变化,指示了无数次海水进退的旋回。而今这些被大地翻转的岩层矗立在这荒野中,白雪的映衬下,显得安详和静谧。
常州沟口,“蓟县剖面”与万里长城的交会之地
我站在蓟县剖面起点处举目四望,几座石英岩状砂岩形成的山峰连成一道弧,环抱着元古界、太古界分界处的崖壁,一条清澈见底的溪水从山前潺潺流过。在杨立公先生指引下,我攀上附近一座山头,望见了蓝天下突兀耸立的天津市最高峰——海拔1078米的九山顶。清代,蓟县黄崖关附近的九龙山、八仙山均为清东陵风水禁地,曾被封禁了近300年,不允许民众靠近。所以,这里至今从谷地到山峰,都密布着各种植被。深秋到了,山脚、山坡、山顶好似涂上了浓墨重彩,显得如梦如幻。站在八仙山主峰南眺,唯见山峦叠嶂,将这些山峰串联在一起的,正是24公里长的“蓟县剖面”岩层。
层林尽染的群峰之巅,绵延着60多公里的黄崖关长城。颇有意思的是,翻山越岭的边墙恰好横跨了“蓟县剖面”这条地质长廊,下方露出的岩层距今有18亿年。从地图上看,蓟县剖面为南北向斜跨,长城则沿东西山脊线蛇行,二者组合在一起,就像一只展翅翱翔的鸿雁—常州沟组段的蓟县剖面是大雁的头颅、躯干,两侧蜿蜒的长城则是大雁的翅膀。从明初诞生算起,黄崖关长城不过600多岁,而它身躯之下最“年轻”的地层恐怕也有10亿多岁了。人类所谓的伟大工程,在大自然缔造的“地质长城”面前,不过是个小小的角色。
晚上,我和朋友住在了长城脚下的农家院里。晚饭过后,长庚星(金星)从东面山头爬了出来,闪着耀眼的白光;不久,“猎户座”从东南天空出现。随着夜幕拉下,密集的星斗布满了天空。久居城市的我习惯了霓虹灯的光芒,很久没有看到如此纯净的星空了。这里距大城市有100多公里,又有重重山岭,远处光污染被阻断。随着夜色渐深,一道闪着白光的银河斜贯长空,高悬于山巅,并一直延伸到远处烽火台处。
夜空下的蓟县山区,天文、地质、人文,三种穿越时空的景观互相交织着,也将“天、地、人”的关系巧妙地阐释出来:地大于人、天高于地,天地之间,再美的人文景观,也不过是沧海一粟。在这个宁静的山区,看星空、登长城的同时,你可以在跨越10亿年的地层中尽情畅游,散步间就可以感悟沧海桑田之变。看似悄无声息的山林之下,地质演化仍在悄然进行。日出东方之后,“蓟县剖面”将会继续开门纳客,静候那些络绎不绝的地质“朝圣者”……
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