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第27章 古气候环境的基本格局

正如本书第二章和第三章所论述的那样,北京地区若有更新世冰川作用发生的话,那么北京山区,尤其是在东灵山和百花山等高山地区应当保存有像喜马拉雅山那样的古冰川遗迹,如粒雪盆、古冰斗、U型谷及各类冰碛物及地貌形态角峰、刃脊等典型的古冰川证据(作者亲眼所见)。但是,作者在长达10多年大量而详细的调查中,从未看到任何确切的古冰川遗迹。这不仅在北京一般的中低山及丘陵地区是如此,而且在东灵山、百花山、云蒙山及军都山区也是如上。由此可见,冰川论者提出的北京山区存在更新世冰川作用的冰川论观点,令人难以置信。在挽近地质时期,北京山区古雪线的高程为3,600 m,远远超过北京山区的海拔高度。这从另一个侧面证实,北京山区由于海拔高程太低,在更新世期间是根本不可能存在或发生山谷冰川的。关于山麓冰川,由于北京山区缺乏山岳冰川,故冰川论者认为北京模式口、隆恩寺、八大处及碧云寺等地有古冰川遗迹,并由此推论更新世时期北京地区存在广泛的山麓冰川。显然,由于他们的古冰川和古雪线证据不确切,所以其推论也是不确切的。更新世时期,北京山区、山麓及平原地区,根本不可能发生任何冰川作用。所以,至今北京地区也没有发现像喜马拉雅山或西藏高原极高山冰川区那种年均气温达零下数十度的极端寒冷的冰期或冰川气候的任何证据。

另一方面,作者在北京西山的斋堂盆地、永定河流域及东灵山、百花山等地区却发现了许多地貌形态保存十分完好的更新世冰缘现象,如前桑峪的大型冰(土)楔、冰(砂)楔群,雁翅和斋堂盆地中更新世离石黄土状土中发现的冰楔和冻融卷曲等。在东灵山及百花山还发现了与西藏高原相似的冰缘现象,如古石河、石海、冰缘岩柱等许多古冰缘现象。这些冰缘现象在第六届国际冻土会议上展出时,已得到国内外冰缘地貌学家的广泛认可。此外,在北京市城市建设中也发现不少古冰缘现象,如北京新饭店基坑开挖时发现的晚更新世冻融卷曲等。在周口店太平山北坡早更新世洞穴堆积物中亦发现了多层次为数不少的冰楔。这些冰缘现象的普遍发现,证明了无论是高山顶上、山间盆地、山前丘陵地带及广大的北京平原区,在更新世寒冷气候阶段,均处于冰缘环境,而不是冰川环境。当时古温度为0~-8℃,平均气温为-5~-6℃,分别较今要低达16~17℃。这种情况同目前北美及西伯利亚高纬地区现代冰缘气候大体相似。另外,据斋堂马兰黄土和离石黄土状土显微结构与构造的研究表明,它们含有丰富的结构层次和构造类型,其中褶曲构造、平流构造、分流构造和散流构造等均与冰缘气候环境下多年冻土季节融化层缓慢的坡面散流作用有密切关系。因而,它们也是中更新世和晚更新世黄土或黄土状土堆积期间冰缘气候的有力佐证。北京中国猿人、山顶洞人及相应的动植物群,便是在这种较寒冷与干旱多风的冰缘气候和生态环境下生存发展起来的。北京地质矿产局在《北京区域地质志》中系统地总结了北京地区第四纪地层,指出北京第四纪气候和沉积环境有如下的系统变化特征。

一、早更新世(2.50~0.70 Ma B。P。)

在早更新世,山区继续上升并遭受强烈侵蚀与剥蚀,周口店地区沿着构造裂隙交叉处形成狭窄的垂直溶洞,溶洞内受灌入洞穴的地下流水或岩溶水下层静水的沉积作用,形成含砾粉砂质黏砂及薄层黏土质粉砂。在延庆发育山间盆地,沉积河湖相黏质砂土、砂质黏土及砾石层。北山与西山山前相对下降,发育了以粗砾为主的冲洪积扇,形成似扇形堆积平原。平原区为洪积形成的粉砂质黏土与细砂。该时期古植物特征在山区与平原区不尽相同,山区发育针叶树、落叶阔叶林—草原植被,阔叶树中以栎、榆、柳、桑及豆科植物等为主,针叶树主要是松及柏科植物,草本植物中以草原类型的藜、蒿、禾本科植物含量较高,极少亚热带孑遗植物,这反映古气候不是从上新世亚热带气候直接过渡而来,而是经过一个寒冷阶段以后演变为暖温带湿润、半湿润气候。在山间盆地(延庆盆地)草本植物超过木本植物,并有较多水生植物及蕨类植物,推测当时妫水河湖中生长着眼子菜、黑三棱、香蒲泽、弧尾藻等水生植物,其四周的自然植被在湖东岸可能为森林草原自然景观,西岸则可能为茂盛的森林。平原区河湖相沉积中除植物花粉外,发育淡水腹足类与介形虫。这一时期脊椎动物化石有鹿、羚羊、熊、三门马、原鼢鼠等,以食草动物和啮齿类动物居多,这与当时植被发育情况是密切相关的。

二、中更新世(0.70~0.12 Ma B。P。)

该时期古气候和古地理格局基本未变,山区继续遭受剥蚀与抬升,周口店地区洞穴继续往下发展和拓宽,古人类及哺乳动物进入。由于古周口河水进入,由溶蚀转向填积,堆积了不同层次地层与生物,从而记录了许多重要的地质事件。延庆山区盆地进一步发展,其边缘为山麓的洪积相堆积,至盆地的中心变为湖相层。由于山区的抬升,于山前形成洪积物基座台地及堆积离石黄土。

平原地区继续下降接受砂质黏土、黏质砂土沉积,组成洪积扇平原。沉积物下部含少量钙核,夹淤泥层及古土壤;上部含钙核、钙块,显示早期气候较晚期相对温暖湿润,扇上洼地为湖沼沉积。该时期植被,在周口店地区经历了针阔叶混交林→温带落叶阔叶林→温带落叶阔叶林夹草原→针阔叶混交林夹草原→温带灌丛草原的变化,反映出气候尽管有干湿、凉暖的波动,但总的属于温带性质。延庆盆地古植被为不均匀针阔混交林与湖沼草原型,也反映了温暖潮湿气候特点。平原区植被为针叶林草原型,反映出气候条件与山区基本一致,但略干燥。值得提出的是中更新世时期北京猿人在中山、低山、丘陵和平原地区活动,居住在周口店一带猿人洞内,居住的时间约从0.50 Ma开始(第10层),到0.23 Ma,连续居住几乎达0.30 Ma之久,一直到洞穴填塞猿人他迁为止。这与当时的古地理环境有密切关系,由于该猿人洞依山傍水,靠近周口河,有充足水源,同时该洞为一垂直洞穴,除有洞口外,还有一个自然天窗,通风透气,使洞内不过于阴暗,适合人类居住。此外,周口店第一地点鸟类化石也非常丰富,总计在1,000件以上,以鸡形类和雀形类最多,而且出现大量烧过的骨灰,可以断定此为人类活动的结果,鸡、鸟类是当时北京猿人的主要食品,也可认为当时猿人狩猎能力有限,只能以中小型动物属种为食。

三、晚更新世(0.12~0.01 Ma B。P。)

晚更新世为马兰黄土与古土壤(S1)的堆积期,它记录了0.12 Ma B。P。华北的气候变迁。距今约0.10 Ma B。P。马兰黄土下伏古土壤(S1)大致可与拥有德永象、纳玛象和印度象的丁村动物群时期相当,反映了温湿生态环境,植被为温带森林草原,并有喜暖的水青冈、栎等树种,水生植物及喜湿的苔藓类较多。距今约30~40 ka B。P。为气候温湿的纳玛象、王氏水牛、萨拉乌苏哺乳动物群时期,形成了马兰黄土中的褐灰色古土壤层。距今10~40 ka,山顶洞人与新洞人居住的场所——新洞及山顶洞继续发展与充填。从居住条件看,新洞最优越,洞室顶、底平坦而宽敞,洞穴朝向东南,洞不深而高度适中是古人类理想居住地点,但该洞穴古人类进入时间较晚,这可能与岩溶充填演变状况密切相关。岩溶的充填演变直接影响着古人类的生活与活动。

30~40 ka B。P。,北京平原及山区覆盖以云杉、冷杉为主的针叶林,并有披毛犀、猛马象等喜冷动物生活,当时年平均气温比现今北京平原年平均气温11.8℃约低5~6℃。如在乐新居剖面地下12 m 左右的黏土层中发现融冻作用造成的卷曲现象,就印证了该时期气候属冰缘寒冷气候,由于水量充足,植被覆盖率较高,故泥砂供给量较少,而水流的冲刷与搬运能力较强,在山前的台地上堆积了厚约4m的洪冲积物,主要为砂砾石层。

20~13 ka B。P。,全球气候寒冷而干燥。植被属草原类型,以蒿、藜为主,仅在山区有零星针叶植物生长,动物群仍为猛犸象、披毛犀,但从化石的数量分析,已不如前阶段繁盛。由于本期气候寒冷、干燥、植被稀疏,故机械风化作用与寒冻作用十分强烈,在山区产生了大量的碎石物质,为著名的马兰黄土、马兰砾石层(马兰阶地)形成期,在山间盆地和平原形成了一系列山麓洪积扇(八大处、卧佛寺、寨口、虎峪、大水峪、黄松峪等地)及洪冲积扇平原。

13~10 ka B。P。,气候回暖,温度增高,北京平原及山区覆盖以松、云杉为主的针叶林,为森林平原。该时期河流以侵蚀作用为主,将前期形成的洪积扇和洪冲积扇切割成洪积台地、洪冲积阶地。河流堆积作用主要形成于山地向平原的出口处,构成洪积扇,在其前缘洼地积水部位有泥炭的形成。

四、全新世

全新世早期(0.10~0.75 ka B。P。),气候回暖,在山间盆地和扇前(间)洼地以砂和黏性土沉积为主,在湖沼沉积中含淡水介形虫和螺壳。延庆大王庄西和海淀区高里掌等地泥炭层发育。在温和较湿润的气候条件下平原区湖边高地生长着以松为主的针叶林和针阔混交林,但也有的地区植被以草原型蒿属和菊科为主。

全新世早期的人类活动已相当广泛,因此人类活动遗址在现今的门头沟区东胡林、十三陵龙母庄,海淀区的中关村、温泉村的白家疃等地被发现。从发掘出的器物可以看出,人类已从游牧生活逐渐发展为比较稳定的农耕生活。

全新世中期(距今约0.75~0.25 ka B。P。),全球进入温暖湿润的气候最适宜时期,平均气温与平均降水比现今略高。在山地生长的植物以茂密的落叶阔叶林为主,泛滥平地区原除有大量落叶阔叶林生长外,还有大量的水生、湿生植物,如莎草科、香蒲属等植物。该期水网密布,曲流发育,废弃河道被泥沙淤塞积水形成牛轭湖,它与扇前(间)洼地一样植物丛生,形成丰富的有机堆积物,是全新世泥炭重要形成时期。

全新世中期,适宜人类生活的昌平雪山地区,发现中原仰韶文化时期的遗址,称雪山一期文化,属新石器时代中期。位于潮白河洪积扇上部的燕洛寨,有相当于中原地区龙山文化的遗址,称雪山二期文化,属于新石器时代晚期。位于温榆河冲积平原的燕丹和曹碾遗址,比龙山文化晚,称雪山三期文化(在考古学分期上称青铜器时代)。以上各期文化,统称新石器时代文化,也称史前文化。

全新世晚期(0.25 ka B。P。),气候凉爽干燥,植被是以松为主的针阔叶混交林。水域面积缩小,不利于有机物堆积,因此泥炭层不发育,只是在部分地段的古河道和山前洼地有分布。该期各河流基本稳定,在原有河道内摆动下切,在河谷中形成一级阶地。京西的永定河在一定的历史时期由于人类的生产活动与战争将上游植被大量破坏,使水土流失现象严重,造成上游河水夹带泥砂量剧增,平原区坡降减小,使河道日渐淤塞、改道。而潮白河出山后,在密云、怀柔、顺义、通县形成长条状宽浅谷地,河流在谷地内摆动频繁,谷地宽10~15 km,下切深度10~20 m,谷地内堆积砂砾石,14C测定年龄为2 500~8 200年,为全新世堆积。温榆河古河道基本上与现今水系分布是一致的,多在现有河床内摆动,宽约1 km,堆积物主要为细砂,14C 测定年龄为4 900~9 500年。

总之,全新世时古地理面貌与当今地理面貌基本一致,至此以来,历代人类活动留下了大量的遗址与遗迹,人类活动、工业发展使大面积森林被砍伐,致大量野生动物消失;也使地下水位下降,致许多湖泊、沼泽消失,破坏了生态平衡。为此,必须保持生态平衡,造福于子孙万代。

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