黄土高原的成因是什么？

黄土高原西起日月山，东至太行山，南至秦岭，北至阴山，海拔800 ~ 3000米。是地球上分布面积最大、最集中的黄土地区，总面积64万平方公里。黄土高原是中国农业的发祥地，现在是中国旱涝灾害最频繁、最严重的地区。黄土高原的环境危急性和生态脆弱性使其对气候变化非常敏感。许多学者从考古、气候、地形、植被、古土壤序列、土壤化学物质变化等方面对黄土高原进行了研究。基于这些研究成果，本文总结了第四纪气候变化与黄土高原地质时期演变的关系，旨在引起人们对黄土高原生态环境的更多关注，为黄土高原的可持续发展提供科学指导。2黄土高原的形成、古环境气候变化和新构造运动是造成中国第四纪环境演变的两大因素(注:目前654.38+0万年前为全新世，654.38+0万年前至250万年前为更新世，统称地质第四纪)[654.38+0]。黄土高原地貌的演变与第四纪的环境气候变化密切相关，黄土高原的形成与第三纪以来的喜马拉雅造山运动密切相关[2]。根据板块运动理论，喜马拉雅造山运动是印度、阿拉伯等小板块在第三纪与亚洲大陆发生碰撞，导致中国自然环境和气候发生一系列重要变化。首先，喜马拉雅运动不仅导致了青藏高原的形成，还引起了中国大陆一系列的差异构造变化。其中之一就是秦岭的隆升，不仅阻断了南北文化交流和动物迁徙，也阻断了西北南下寒流和东南北上暖湿气流，对大气热量和水分的再分配作用明显，造成南北差异，成为南北方、亚热带和暖温带的天然地理分界线。迄今为止，位于秦岭北部的渭水流域已基本形成了温和半湿润的温带气候特征。第三，由于青藏高原的隆升，中国的古地貌发生了巨大的变化，引起了西风气流的动力作用，改变了中国各地的气候要素组成。在强劲的西北风下，中亚内陆沙漠地区的大量沙尘被抬升到3000多米的高空，随风飘向东南方向。之后由于东南季风的干扰以及秦岭、六盘山、吕梁山、太行山的阻挡和拦截，风速减缓，大量黄土沉积在黄河中下游，形成了巨大的黄土堆积。中国第四纪黄土研究表明，黄土在距今约250万年前的早更新世开始堆积。更新世晚期(654.38+10万年前)，青藏高原进一步上升到现代高度，青藏高寒区和西北干旱区基本形成，气候变得干燥凉爽，风的作用和马兰黄土的堆积速度明显加快。最终在我国北方形成了总面积约64万平方公里的黄土堆积，在黄河中游形成了壮观的黄土高原。3气候变化与黄土高原的演变第四纪时期，中国冷暖交替的总体格局与全球规律一致。冰缘现象的研究、许多地区孢粉序列的研究、哺乳动物区系的研究[5]以及海平面波动的研究也证实了这一结论。特别是陕甘黄土研究所取得的重大成果，进一步证实了中更新世以来中国环境演化格局与全球变化规律完全对应[6]。全新世中国气候变化的总体格局与全球一致，即使在隆升强烈、环境演变异常的青藏高原也是如此[7]。3.1更新世古气候变化与黄土高原的演化3.1.1更新世古气候特征1973年，中国考古工作者在黄土高原沟壑区泾河上游的马立安河合水县发掘出一具较为完整的古象化石。据考古鉴定[8]，这是早更新世(200万年前)生活在黄土高原的“黄河剑齿象”。这块古老的大象化石向人们展示了黄土高原气候温和，土壤肥沃，到处都是森林、荒野和湖泊。辽阔的原野上，野马驰骋，羚羊咩咩，鸵鸟漫步，鼢鼠觅食，古象成群...黄土高原就像一个天然的动植物公园。旧石器时代早期的古环境和古文化研究表明，渭河黄土高原在早更新世和中更新世大部分时期具有森林草原植被景观和温暖湿润的气候。对各种代用资料的分析表明，在中更新世，黄土高原有一个更加现代和湿润的气候。中更新世“雨期”后，后一个湿润期的湿润程度低于相应的前一个湿润期。后一个干旱期的干旱程度强于相应的前一个干旱期；晚更新世晚期，干旱趋势逐渐明显。根据孢粉分析[10]，地质时代为中更新世晚期至晚更新世早期，气候温和半湿润。3.1.2气候对环境演变的响应及其对黄土高原的影响更新世时期，中国环境演变的重大事件之一是现代季风。只是在现代季风形成后，水热条件的空间分布才得到调整，从而决定了现代自然地理环境的分布差异规律[11]。青藏高原间歇性加速隆升，伴随着现代季风的产生和加强，是影响中国第四纪环境演变的两大因素，深刻地控制和改变了大高原及其周边地区的自然面貌，奠定了中国三大地理差异的基础。20世纪60年代，舒朗振国等人[12]所做的数值模拟表明，对于无山模式，即青藏高原不存在的时候，东亚既没有出现冬季的西伯利亚高压，也没有出现夏季的南亚印度低压，即没有现代季风。加入高原影响后，高低压分布接近现代季风环流特征。近几年的研究工作证明，确实存在这样的转化过程，现代季风是青藏高原上升到一定高度的产物。喜马拉雅地区在始新世还是海洋环境，中新世强烈的造山运动使这一地区上升为陆地。上新世晚期，青藏高原上升到平均海拔约1000m，早更新世，平均海拔2,000m，中更新世，高原地表约3,000m，晚更新世，广阔的高原地表达到4500-5000m的高度[13]。因为青藏高原隆升初期(早更新世)的平均海拔在2000米左右，此时现代季风已经形成，青藏高原此时的高度不足以阻挡湿润的夏季风北上。高原本身及其周围的黄土高原，由于现代季风的出现，迎来了相对湿润的气候；因此，黄土高原是一个天然的动植物公园。到了更新世晚期，随着青藏高原高度的增加，对湿润夏季风的阻隔作用越来越强。当高度超过3000米时，西伯利亚冷高压的影响日益扩大，干冷气流从高原东侧流下，黄土高原气候转向干燥、寒冷、干旱，黄土高原从天然动植物园向草原化、荒漠化演变。在晚更新世晚期，渭水流域大部分地区的植被已经是草原[2]。3.1.3更新世气候自变及其对黄土高原演化的影响[14]刘东生院士的研究发现，在约250万年的第四纪时期，黄土与古土壤至少有32次重叠(黄红色交替)，这种重叠结构代表了32次由暖湿到冷干的变化，证明了大陆冰期和间冰期的多旋回性质。气候温暖湿润时，降雨量相对较大，黄土堆积较少，生物繁殖较多，从而形成红棕色古土壤。气候寒冷干燥时，降雨量相对较少，黄土堆积较多，生物繁殖较少，从而形成黄壤。由于黄土质地疏松均匀，抗侵蚀能力弱，在一定的气候、地貌、植被等因素影响下，土壤侵蚀十分活跃。地质年代第四纪(早更新世至早全新世)，虽然没有人类对植被的破坏，但自然植被随着气候的变化也发生了相应的变化。当气候由湿润转为干冷时，地面植被由森林演变为灌丛和草地直至荒漠化，植被自然退化稀疏，土壤抗侵蚀性减弱，侵蚀转向相对强烈，形成了现代山地和河谷的基本骨架。戴应生认为黄土高原在第四纪地质历史[15]中经历了三次侵蚀堆积旋回，在最近一万年(全新世)进入第四次。前三个周期分别经历了65438+万年、50万年和3万年，每个周期仍有一些小的侵蚀和堆积变化。赵静波、朱显谟等人[16]通过对黄土高原古地理演化、黄土地层年代、侵蚀期和堆积期的资料分析，认为黄土高原在出现之前是一个红壤盆地，250万年来黄土高原的物质运动可分为三个阶段:第一阶段出现在250万年至1.4万年之间，为高原物质的内侵蚀旋回期；第二阶段出现在1.40 ~ 0.40万年之间，为高原物质自然侵蚀流出期；第三阶段出现在四千年以来，是高原物质加速侵蚀流出期。3.2全新世气候变化与黄土高原演化全新世气候变化可分为早、中、晚三个阶段。全新世早期10000至8300年，全新世中期8300至3000年，全新世晚期3000年。由于亚洲大陆的造山运动在全新世已基本停止，导致黄土高原环境演变具有全局性意义的自然因素首先是气候波动[17]。与以前的地质时期相比，全新世环境演变的绝对幅度其实很小。但在此期间，环境演变一直与人类社会的发展互为因果，融为一体，对人类社会的影响意义重大。