王照波，王江月

(1.國土資源部金礦成礦過程與資源利用重點實驗室，山東 濟南 250013；2.山東指南針礦產(chǎn)勘查有限公司，山東 臨沂 276006；3.沂蒙山國家地質(zhì)公園管理局，山東 臨沂 273304；4.曲阜師范大學(xué)地理與旅游學(xué)院，山東 日照 276800)

0 引言

近幾年，筆者發(fā)現(xiàn)并深入研究了山東蒙山第四紀(jì)冰川遺跡[1-4]，在這個過程中發(fā)現(xiàn)了東亞冷槽的存在[5]，在對東亞冷槽西壁的雪線高程進行追蹤研究的過程中，發(fā)現(xiàn)了冰斗系統(tǒng)[6]，在對冰斗系統(tǒng)進行研究的過程中，該文作者王江月提出“是否存在新生代雪球事件？”，基于此，在對全球冰斗系統(tǒng)進行研究的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)并證實了漸新世雪球事件的存在。

冰川遺跡類型雖然多種多樣，但唯有冰斗是諸類遺跡中規(guī)模最大、最易保留的遺跡類型。原因在于冰斗是以山體為載體進行雕刻而成的，山體的形狀一旦成形，后期的風(fēng)化作用很難對其進行徹底改變，因此冰斗系統(tǒng)也是諸多冰川遺跡中最難被消滅的遺跡類型，而冰川作用在巖石表面遺留的擦痕、在下游堆積而成的冰磧，相比于山體而言，則要更容易因風(fēng)化剝蝕而消失。而巖石山體即便歷經(jīng)幾十萬年、甚至數(shù)百萬年的風(fēng)雨侵蝕，其形態(tài)也可保存下來。

冰斗作用是冰川作用的先導(dǎo)性作用，也是冰川作用中最重要的作用階段，其他過程則是冰斗作用產(chǎn)物(冰磧)的延續(xù)，槽谷擦痕是冰磧運移過程中的刮擦痕跡，冰磧沉積則代表冰磧運移的結(jié)束。而實質(zhì)上，冰川槽谷形成的前身是由多期冰斗斗底的串聯(lián)而成(圖1a)，而后期冰川運移過程中對側(cè)壁產(chǎn)生的刮擦，只是起到修整作用。

1 冰斗系統(tǒng)的特征

冰斗作用可分為冰斗環(huán)進(冰進)與冰斗環(huán)退(冰退)兩種作用過程，過程中形成冰斗系統(tǒng)。冰進是指雪線由高海拔向低海拔推進的過程，冰退是指雪線由低海拔向高海拔后退的過程。冰斗系統(tǒng)由多套冰斗環(huán)，以及與其相配套的縮口、殘弧(前弧、后弧、側(cè)弧)、三角脊等組成(圖1a)。一般規(guī)模較大的冰斗系統(tǒng)為組合式冰斗系統(tǒng)，由多期次的冰斗疊加而成(圖1b)。

a—河南甘山冰斗系統(tǒng)；b—復(fù)式冰斗系統(tǒng)形成過程示意圖圖1 復(fù)式冰斗系統(tǒng)特征及其形成過程示意圖

1.1 冰斗環(huán)

冰斗作用是冰川過程中的核心作用，冰斗的推進與撤退，都會留下相關(guān)的遺跡，也就是冰斗環(huán)。冰斗環(huán)是冰斗系統(tǒng)的基本組成形式，其由三角脊與殘弧、側(cè)弧一起組成，冰斗環(huán)的辨認是進行冰斗系統(tǒng)研究的基本前提。

在冰斗系統(tǒng)中，處在一座山的最高海拔位置的冰斗環(huán)，也即冰退作用過程中最后一次冰斗作用遺留的冰斗環(huán)，其環(huán)形特征一般保存的較為完整，呈現(xiàn)較為完整的漏斗狀特征，對于過程中形成的冰斗環(huán)，一般僅遺留有側(cè)弧與三角脊，而前弧與后弧一般保留的不全(圖2)。

圖2 冰斗的環(huán)進與環(huán)退過程示意圖

三角脊，是指冰斗系統(tǒng)中，在冰川槽谷兩側(cè)山脊上對稱分布，且具有三角形特征的凸起山脊，其對角線往往表現(xiàn)為弧形(圖2)，是由于冰斗環(huán)切作用形成的。

冰川槽谷基本是由冰斗系統(tǒng)中的眾多冰斗串聯(lián)而成。

1.2 冰進與冰退

不同冰期的雪線高程往往是不同的，一段時期內(nèi)則表現(xiàn)為雪線的連續(xù)性降低或抬升，即冰進或冰退。由于冰斗對山體強大的環(huán)切作用，其作用過程都會在山體上遺留的殘弧、側(cè)弧、三角脊等構(gòu)成的冰斗環(huán)中得到體現(xiàn)(圖2)。

無論冰進還是冰退，其前弧的保留都是困難的，都會在冰斗作用的過程中被清理掉。冰退過程是一個“向上推進、向下遺留”的過程，因此后方容易遺留下較完整的后弧、冰檻、冰斗湖等遺跡。冰進過程則是一個“向下推進、向下清理”的過程，因此冰進過程中后弧則是殘缺不全的，其前方遺留的冰檻、冰斗也會在下一次的冰斗作用過程中被清理運出。加之冰進過程之后，可能會存在一個相應(yīng)的冰退過程，因此冰進過程形成的后弧、冰檻等相關(guān)遺跡，往往不易被較好的保留。

1.3 冰斗地貌

冰斗作用是冰川作用的前導(dǎo)與核心力量，由于冰斗作用是在山體上進行的，因此會在山體上留下作用遺跡，多期冰川作用會形成冰斗系統(tǒng)，由眾多的冰斗系統(tǒng)遺跡組成的地貌類型，稱作冰斗地貌。

冰斗地貌形成的山谷，具有典型的芭蕉扇狀特征(圖1，圖3b，圖3e，圖3f)，溝谷的前端多為圓弧形，這是由冰斗的環(huán)切作用形成的。復(fù)式冰斗系統(tǒng)形成的冰斗地貌，如同一把把巨大的芭蕉扇鑲嵌而成。圖3b、圖3c、圖3d為逐漸放大的冰斗地貌，在圖3d中可以清晰的辨認出冰斗湖的遺存。這些特征性的冰斗地貌，過去一直作為流水侵蝕型地貌類型對待，這是過去對冰斗系統(tǒng)的作用過程不明確情況下的誤解。經(jīng)研究，冰斗地貌廣泛分布于我國東部中低山區(qū)，且北至黑龍江畔、南至天涯海角，東至沿海岸邊[6]。

圖3 冰斗地貌典型特征衛(wèi)片圖

2 全球冰斗系統(tǒng)的分布及其特征

對全球冰斗系統(tǒng)的解讀是在谷歌全球衛(wèi)星地圖(Google Earth)上進行的，高清衛(wèi)星地圖完全可以滿足對于數(shù)百米尺度的冰斗系統(tǒng)形態(tài)的辨認。按照冰斗地貌的特征，結(jié)合冰斗環(huán)、殘弧、側(cè)弧、三角脊、縮口等要素進行辨別，對全球進行冰斗系統(tǒng)的影像解讀，并選取代表性的冰斗系統(tǒng)進行標(biāo)注，全球共選取并標(biāo)注了32處(圖4)，其分布位置見表1。

2.1 東亞地區(qū)冰斗系統(tǒng)特征

根據(jù)衛(wèi)片解讀，中國境內(nèi)蒙山、泰山、嶗山(圖5a，36°08′28″N，120°41′53″E)、華山、黃山、嵩山、衡山、恒山、五指山、大興安嶺、天柱山、九華山、廬山、玉華山、太行山等東部中低山區(qū)，都大量分布有冰斗地貌，另外在嶗山、連云港、舟山(圖5b，29°58′07″N，122°07′51″E)、溫嶺、寧德、南澳島、香港(圖5c，22°14′13″N，113°54′17″E)、臺灣、海南等附近濱海山脈，分布有大量的被海水淹沒的冰斗系統(tǒng)。這些表明，曾經(jīng)在一個時期，我國陸地及部分較淺的海域全部被冰雪覆蓋，冰川一直伸展到現(xiàn)在的海平面之下，并一直延伸到現(xiàn)在大陸架前緣的邊坡附近，整個大陸架被冰川覆蓋，至于冰川在大陸架的前緣所處的海拔情況，尚缺乏資料進行探尋，這應(yīng)作為海洋調(diào)查的部分內(nèi)容進行進一步的研究。

圖4 全球冰斗系統(tǒng)與陸生生物避難區(qū)分布圖

表1 全球典型冰斗系統(tǒng)分布位置及高程

注：表中的冰斗系統(tǒng)的高程不代表該區(qū)的最低雪線高程，只是相關(guān)冰斗系統(tǒng)所處的位置標(biāo)高。限于篇幅，省略了對應(yīng)冰斗系統(tǒng)衛(wèi)片截圖。

蒙古、韓國、朝鮮、日本等國，也均有廣泛的冰斗系統(tǒng)分布，雪球時期的東亞地區(qū)曾普遍被冰雪覆蓋，冰川一直延伸到大陸架的前緣。

2.2 東南亞地區(qū)冰斗系統(tǒng)特征

越南沿海山地自北向南，均有冰斗系統(tǒng)分布，雖然該區(qū)植被發(fā)育，降水量大，眾多的冰斗系統(tǒng)經(jīng)歷了較嚴(yán)重的后期風(fēng)化，但跡象仍然清晰可辯，南端可辨識的冰斗系統(tǒng)最低海拔為120m左右。泰國西部的山區(qū)由于海拔較高，其冰斗系統(tǒng)風(fēng)化輕微，影像清晰可辯。

馬來群島所有山脈均廣泛分布有冰斗系統(tǒng)，在馬來西亞東北部的島嶼中，可見到被海水淹沒的冰斗系統(tǒng)，菲律賓島嶼南端也存在這種情況，據(jù)此分析馬來群島及中南半島，雪球時期均曾被冰雪覆蓋。

由于冰期海平面的急劇下降，新加坡與加里曼丹島之間的淺海海域已經(jīng)變?yōu)殛懙?，加里曼丹島北端冰斗系統(tǒng)延伸到海平面以下(圖5d，4°41′49″N，118°24′25″E)，但赤道附近沿岸冰斗系統(tǒng)的最低雪線顯示的最低高程為130m，據(jù)此分析新加坡東部淺海海域，雪球時期時曾存在陸生生物避難區(qū)(圖4c)。

2.3 澳大利亞及周邊冰斗系統(tǒng)特征

澳大利亞東部及沿海地區(qū)的冰斗系統(tǒng)極為發(fā)育，但其西部及北部均微弱，北岸海拔200m之下，基本未見冰斗系統(tǒng)。其北側(cè)新幾內(nèi)亞島南岸冰斗系統(tǒng)的最低雪線在200m左右。據(jù)此分析，澳大利亞西北部與新幾內(nèi)亞島之間海拔200m以下的陸地與阿拉弗拉海，在雪球時期位于雪線之下，分析這一個區(qū)域在雪球時期曾存在陸生生物的避難所(圖4d)。但根據(jù)板塊移動方面的研究，在漸新世初期澳大利亞陸地所處的位置的緯度要比現(xiàn)在要高，至于為何在其北端的阿拉弗拉海一帶形成較高的雪線，需要更進一步的研究。

2.4 印度次大陸冰斗系統(tǒng)特征

印度與斯里蘭卡山區(qū)均有廣泛的冰斗系統(tǒng)分布，且在印度西海岸可以見到冰斗系統(tǒng)延伸到海平面以下的情況(圖5e，14°31′40″N，74°18′54″E)，據(jù)此分析，印度次大陸在雪球時期曾全部被冰雪覆蓋，其冰川一直延伸到現(xiàn)在海平面以下。

圖5 全球典型海岸冰斗系統(tǒng)衛(wèi)片

2.5 西亞地區(qū)冰斗系統(tǒng)特征

在紅海沿岸與波斯灣沿岸的山脈，均有冰斗系統(tǒng)發(fā)育，在也門東海岸，可以見到多處冰斗系統(tǒng)延伸到海洋之中的現(xiàn)象，據(jù)此分析該區(qū)域的整個陸地及淺海區(qū)域，在雪球時期廣泛被冰雪覆蓋。

2.6 非洲地區(qū)冰斗系統(tǒng)特征

非洲的整個大陸冰斗系統(tǒng)分布廣泛，即便是現(xiàn)在以干旱少雨著稱的撒哈拉沙漠，也有冰斗系統(tǒng)分布。安哥拉西海岸存在冰斗系統(tǒng)延伸到海面以下的情況(圖5f，13°04′40″S，12°53′23″E)，只有在剛果盆地，尤其靠近大西洋沿岸的喀麥隆、加蓬一帶，其海拔低于200m的平原區(qū)，沒有發(fā)現(xiàn)冰斗系統(tǒng)的存在，顯示該區(qū)域在雪球時期構(gòu)成陸生生物避難區(qū)(圖4b)，這也許是人類起源于非洲的根本原因，其他地方的古人類在雪球時期失去陸地生活的基礎(chǔ)，因冰川而滅絕。

2.7 歐洲地區(qū)冰斗系統(tǒng)特征

歐洲地區(qū)廣泛發(fā)育冰斗系統(tǒng)，英國倫敦西部丘陵中的冰斗系統(tǒng)最低海拔僅10m，地中海沿岸的意大利、希臘等地，直布羅陀海峽北岸一帶，在其沿海山脈均可見到冰斗系統(tǒng)延伸到海面之下的情況(圖5g，36°3′46″N，5°27′07″W)，據(jù)此分析，整個的歐洲大陸，在雪球時期普遍被冰雪覆蓋。

2.8 美洲地區(qū)冰斗系統(tǒng)特征

眾所周知，美國、加拿大東部平原區(qū)廣泛分布的大冰蓋在學(xué)術(shù)界被廣泛認可。經(jīng)衛(wèi)片分析，其西部山區(qū)的冰斗系統(tǒng)也廣泛分布。古巴南岸的沿海山地(圖5h，9°51′14″N，85°24′10″W)，危地馬拉西海岸沿岸山地(圖5i，19°56′24″N，76°54′06″W)，普遍存在冰斗系統(tǒng)延伸到海平面之下的情況，因此整個的北美大陸與拉丁美洲，雪球時期均覆蓋在冰雪之下。

南美洲冰斗系統(tǒng)在山區(qū)分布廣泛，只有在巴西亞馬遜盆地海拔200m以下地區(qū)，不存在冰斗系統(tǒng)，據(jù)此分析，在亞馬遜盆地海拔200m之下區(qū)域形成陸生生物避難所(圖4a)。

3 雪球事件發(fā)生時間的初步分析

雪球事件，是指全球表面幾乎被冰雪全部覆蓋的冰凍時期。目前科學(xué)界認為在地球的地質(zhì)歷史上曾發(fā)生過兩次雪球時期，一是2.41～2.29Ga間的古元古代早期，一是在0.8～0.55Ga之間的新元古代[7-13]。目前，尚沒有研究者提及新生代的雪球事件。

基于全球冰斗系統(tǒng)的解讀，新生代的某一時期，除了赤道附近的幾處低洼地帶尚未被冰雪覆蓋外，其他地域均被冰雪廣泛覆蓋，據(jù)此提出廣布全球的冰斗系統(tǒng)，應(yīng)是新生代“雪球事件”的產(chǎn)物。

基于冰斗系統(tǒng)廣布在現(xiàn)代山地的表面，據(jù)此分析控制地貌本底的雪球事件的發(fā)生時間應(yīng)為新生代時期。根據(jù)豫西甘山冰斗系統(tǒng)的研究，規(guī)模宏大的前世冰斗系統(tǒng)，應(yīng)為前第四紀(jì)時期的產(chǎn)物[6]。但由于雪球事件時除赤道附近的幾處低洼盆地、淺海不被冰雪覆蓋外，其他區(qū)域廣布冰雪，且冰川的前緣均延伸到現(xiàn)在海平面以下，甚至抵達大陸架前緣，可見雪球時期冰川規(guī)模巨大。

深海沉積，則可以較為完整地記錄陸地上的氣候事件與演變過程。

最新的世界大洋高分辨率底棲有孔蟲同位素研究顯示,δ18O值在漸新世最早期(33.6Ma)的約400ka時間內(nèi)快速增長了1.4×10-3,導(dǎo)致底層水溫驟降了至少3～4℃,南極大陸東部開始出現(xiàn)永久性冰蓋,這段低溫和大陸冰蓋及其發(fā)育的時期稱之為“漸新世初大冰期事件(Earliest oligocene glacial maximum, EOGM)”或“Oi-1”事件[14]。劉志飛等[15]基于南大西洋深水沉積物的研究，在33.7Ma時間段，也確認漸新世初期存在漸新世初大冰期事件(EOGM)。田軍[16]在對新生代的全球氣候演化格局中展示了漸新世的長周期降溫事件，形成南極冰蓋，同時也指出8～2.7Ma地球急速降溫，在已有南極冰蓋的基礎(chǔ)上形成北極冰蓋。關(guān)于北極冰蓋開始形成的時間，Eldrett James S等[17]根據(jù)格陵蘭海洋沉積物的研究，確認在漸新世早期格陵蘭島就已經(jīng)存在冰川。Tripati,Robert A.等[18]對于格陵蘭發(fā)現(xiàn)的冰筏碎屑進行研究，表明在漸新世早期北大西洋就存在冰川作用，詳細的沉積學(xué)證據(jù)表明，冰川延伸到了海平面之下。這些研究成果與筆者的解讀具有高度的吻合性，筆者認為漸新世初期的這次大冰期事件是全球性的，標(biāo)志著“雪球事件”的開啟。黃維等[19]對南海漸新世以來的沉積速率研究表明(圖6)，漸新世時期的沉積速率最高，期次是第四紀(jì)，而中新世、上新世則明顯偏低，這顯示了冰期冰斗系統(tǒng)的超強剝蝕作用對于沉積作用具有明顯的影響。

圖6 南海各時期的平均堆積速率

另外，邵磊等[20]基于南海北部深水沉積物的研究，在漸新世末期的23.8Ma，存在明顯的物源突變事件，根據(jù)沉積物的變化特征，表明當(dāng)時的沉積環(huán)境在逐漸加深。以O(shè)DP1148站(深海鉆井編號，地理坐標(biāo)：18°50.17′N，116°33.94′E，水深3294m)為例，漸新世反映的為近岸坡陡的陸坡環(huán)境沉積，中新世則表現(xiàn)為深海遠洋沉積環(huán)境，與現(xiàn)在的沉積環(huán)境相差無幾，這些研究成果顯示，在漸新世末期，海岸由當(dāng)時的大陸架前緣一帶逐漸海侵到現(xiàn)在的海岸線一帶。筆者認為這標(biāo)志著“雪球事件”的結(jié)束，大量冰川融水注入海洋，導(dǎo)致海平面急劇抬升，海岸后退，導(dǎo)致沉積環(huán)境急劇變化。

拓守廷等[21]的研究顯示，始新世—漸新世界線(E/O)附近，δ18O值大幅度正偏，在短期內(nèi)由1.2×10-3迅速增加到3.0×10-3，底層海水溫度從12℃降低為4.5℃。保存在大洋和大陸中的記錄表明:E/O界線附近，全球氣溫大幅降低,海陸生物均有不同程度的滅絕，指示了氣候變冷、變干的趨勢。眾多的研究成果顯示，在漸新世開始后存在生物大滅絕事件[22-23]。這一時期熱帶闊葉林萎縮至赤道一帶。筆者認為，漸新世生物大滅絕事件與雪球事件可能存在直接關(guān)系。

根據(jù)南海北部PY33-1-1井的研究，該井現(xiàn)在水深188m，根據(jù)沉積環(huán)境研究，在漸新世則為淺水三角洲環(huán)境，因此初步推斷，在漸新世時的雪球時期，當(dāng)時的海平面至少比現(xiàn)在低180余米，在雪球極盛期甚至更低。

綜合分析，基于全球“冰斗系統(tǒng)”顯示的雪球事件確定在漸新世?；谌颉氨废到y(tǒng)”的研究，漸新世的降溫幅度、冰雪分布范圍、對生物演化的影響等，似乎遠遠超出了目前研究的認知程度，希望在進一步的研究中得到更加深入與廣泛地探討。

4 結(jié)論

(1)初步的研究認為，雪球事件發(fā)生時間為漸新世，具體年齡約束在33.7～23.8Ma之間。

(2)漸新世雪球時期，在低緯度低海拔地區(qū)形成4處陸生生物避難區(qū)，分別為剛果盆地、亞馬遜盆地、阿拉弗拉海、新加坡東南部海域。這次雪球事件嚴(yán)重影響了生物進化，現(xiàn)代陸生生物可能均來源于上述4處陸生生物避難區(qū)。

(3)現(xiàn)代山地?zé)o論海拔高低，均表現(xiàn)為冰斗地貌，因此漸新世“雪球事件”形成的冰斗地貌，是現(xiàn)在全球山地地貌的基礎(chǔ)與基本表現(xiàn)形式。

致謝：該項研究得到了中科院海洋研究所趙松齡教授、南京大學(xué)楊達源教授、中國石油大學(xué)呂洪波教授、國家海洋局徐興永研究員、河南地礦職業(yè)學(xué)院張先教授、河南理工大學(xué)司榮軍教授、沂蒙山國家地質(zhì)公園管理局趙然等學(xué)界同仁的大力支持與幫助，在此表示誠摯的謝意！

該文的研究僅是初步的，難免有不確之處，如陸生生物避難區(qū)與板塊漂移之間的關(guān)系等都未進行討論，希望在今后的研究過程中不斷地完善，同時也希望業(yè)界同仁批評指正，推進研究。

注：文中所有衛(wèi)星圖片及相關(guān)的坐標(biāo)、高程均取自google earth。