張理華

安慶師范學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院,安徽安慶,246000

大寧河流域 3000年來的環(huán)境演變研究

張理華

安慶師范學(xué)院資源環(huán)境學(xué)院,安徽安慶,246000

在實(shí)地考察巫山雙堰塘遺址地質(zhì)、地貌的基礎(chǔ)上,對(duì)巫山雙堰塘遺址 T439剖面磁化率、粒度、地球化學(xué)氧化物及其比值等環(huán)境替代指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試分析,結(jié)果表明,該區(qū)西周時(shí)期為一相對(duì)溫暖濕潤的氣候適宜期,其氣候演變模式與東部地區(qū)新石器時(shí)代以來氣候演變模式有所不同。這主要是該區(qū)所處的地質(zhì)、地貌條件造成的。區(qū)域調(diào)查及考古發(fā)掘證明,該區(qū)遺址多為單一時(shí)期文化,多期文化層疊置的遺址較少,往往以某一時(shí)期的文化堆積為主,其他類型的文化堆積多以擾亂層的形式出現(xiàn),這一現(xiàn)象是由于大寧河的頻繁泛濫、改道,將后期文化堆積沖刷、破壞,使其難以保留完整的緣故。研究大寧河河道演變,將有助于進(jìn)一步了解該區(qū)環(huán)境演變與人類活動(dòng)的耦合關(guān)系。

長江三峽;大寧河流域;雙堰塘遺址;河道演變

通過重慶巫山雙堰塘遺址的實(shí)地考查,采集樣本作粒度、磁化率、地球化學(xué)氧化物及其比值等環(huán)境替代指標(biāo)的分析研究,對(duì)該區(qū)西周以來環(huán)境演變與人類文明發(fā)展的互動(dòng)影響提出幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)。

1 遺址位置及剖面特征

雙堰塘遺址位于巫山縣大昌鎮(zhèn)龍興村,分布在大寧河?xùn)|岸一級(jí)階地上,如圖 1所示。關(guān)于本區(qū)地質(zhì)、地貌、氣候等基本狀況已有專文論述[1]。為全面而詳細(xì)地恢復(fù)當(dāng)時(shí)的氣候環(huán)境,在T439探方東壁與T457探方西壁分別進(jìn)行樣本采集,對(duì) T439采集的樣本作了粒度、地球化學(xué)與磁化率分析,如圖 2所示;對(duì) T457采集的樣本作了磁化率測(cè)試,以作比較。

圖1 研究區(qū)地理位置示意圖

T439剖面 (圖 2)的沉積特征描述:

第①層:耕作層,厚度為 10～ 18 cm不等。

第②層:淺紅色粉砂層,含有極少量的礫石,其粒徑多為 0.5 mm左右,質(zhì)地較細(xì)、疏松,厚度 10～16 cm。

第③層:淺紅褐色粉砂質(zhì)層,含有棕紅色砂粒,從總體上來講粒徑比上層要粗,厚度為 20～28 cm。

圖2 雙堰塘 T439探方東壁與T457探方西壁剖面磁化率測(cè)試結(jié)果

第④層:灰紅色砂質(zhì)粉砂層,含礫石,粒徑較大,達(dá)2 mm左右。出土物主要為清代的乾隆通寶、清花瓷片;漢代的鐵器、陶片、板瓦等物品。厚度為45 cm左右。

第⑤層:為西周文化層。該層有大量紅燒土粒,根據(jù)顏色的不同,可將該層分為兩個(gè)小層。上面的一層顏色為灰黑色,下面的一層為灰黃色。本層出土大量器物,主要有鬲、花邊口罐、環(huán)底罐、網(wǎng)墜、紡輪、豆、尖底杯等;還有銅器 (箭鏃)、骨器(骨簪、骨針、骨錐等)、石器(石斧、石錛)等;另外還有玉決、玉墜等裝飾品。厚度為 60～ 65 cm。

第⑥層:粉砂層,顏色灰黃,有少量礫石,粒徑 2～ 3 mm左右。厚度為80 cm左右。其下為古礫石面。礫石具有一定組構(gòu),磨圓度較高,多為次圓狀,屬古河床沉積。該剖面經(jīng)器物排比法斷定為西周(1 100～ 770 BC)以來的沉積。

2 研究區(qū)域的古環(huán)境演變

2.1 地球化學(xué)所反映的古環(huán)境演變

T439探方東壁地球化學(xué)氧化物及其比值隨剖面深度的變化如圖3所示。文化遺址中,P和Fe的含量增高主要是生物及人類活動(dòng)造成的[2]。因?yàn)?P不僅是生物細(xì)胞質(zhì)的主要成分,而且還是動(dòng)物骨胳及牙齒的重要成分;鐵含量主要與當(dāng)時(shí)人類用火而產(chǎn)生的氧化還原條件相關(guān),因而文化遺址中 P與 Fe的聚集在很大程度上主要反映的是人類生存狀況。同時(shí),Fe的含量,特別是 T Fe2O3含量變化是氣候變化的靈敏指標(biāo),特別能反映水分狀況。全氧化鐵含量的高低與土壤風(fēng)化程度的強(qiáng)弱正相關(guān),淋溶愈強(qiáng),易溶組分遷移愈多,全氧化鐵相對(duì)富集愈多,其含量愈高;反之,其含量愈低[3]。因此,全鐵含量可以作為度量當(dāng)時(shí)降水量變化的較敏感的環(huán)境替代指標(biāo)。

由圖3可看出,P2O5與T Fe2O3的含量高值與磁化率高值相對(duì)應(yīng),反映了在西周時(shí)期氣候溫暖濕潤。正是這種適宜于人類生存的氣候環(huán)境促使了這一時(shí)期該區(qū)人類文明的發(fā)展。 SiO2/Al2O3比是自然環(huán)境水熱結(jié)構(gòu)的重要標(biāo)志,它反映了某些礦物的含量關(guān)系、氣候條件和風(fēng)化條件。該比值愈小,表明環(huán)境愈濕熱;反之,表明環(huán)境愈趨于干冷[3]。

圖3 巫山雙堰塘 T439探方東壁剖面地球化學(xué)氧化物及氧化物比值隨深度的變化

(K+Na+CaO)/Al2O3值則反映了活性組分和惰性組分之間的關(guān)系。氣候愈濕熱,該值越小;反之,氣候愈干冷,則該值愈大[3]。從氣候條件分析,過渡性氣候(半干旱、半濕潤的氣候條件),特別是半干旱氣候?qū)?Ca的富集是有利的。由圖 3可以看出,SiO2/Al2O3與(K+Na+ CaO)/Al2O3值及 Ca的值在剖面上的變化均一致地表明,人類活動(dòng)時(shí)期氣候溫暖濕潤,氣候適宜,與磁化率值的研究結(jié)果相一致。而在文化層上面的自然層與文化層下面的生土層,其磁化率值、地球化學(xué)元素氧化物及氧化物比值均一致地表明了當(dāng)時(shí)的氣候環(huán)境較為惡劣。文化層下部的生土層無遺物出土,上部則出土有零星的不同文化時(shí)期的遺物。從以上環(huán)境替代性指標(biāo)的分析來看,文化層下部的生土層可能是在一種較為干燥寒冷的氣候條件下形成的,而上部則可能受到后來大寧河改道的影響。大寧河頻繁地洪泛破壞了文化層上部的考古地層。

2.2 粒度所反映的古環(huán)境狀況

沉積物粒度的大小是搬運(yùn)介質(zhì)動(dòng)力大小和特征的直接反映。氣候演變的沉積地層記錄是全球氣候演變的經(jīng)驗(yàn)性代用指標(biāo)。河流階地及其沉積物組成是研究第四紀(jì)沉積環(huán)境的重要陸相沉積記錄,其中的沖積地層則是內(nèi)陸進(jìn)行古氣候演變研究的重要途徑[4]。筆者分別在自然層及生土層各采3個(gè)樣本進(jìn)行粒度測(cè)試,結(jié)果如表 1、表 2及圖 4所示。表 1、表 2和圖 4中的 26、22、18號(hào)樣采自自然層,10、5、1號(hào)樣采自生土層。

由表 1可知,自然層及生土層中缺少粘土級(jí)與礫石級(jí)的沉積物,沉積物主要由砂及粉砂組成。由表2和圖 4可知,自然層基本上為推移、懸移和躍移三個(gè)組分。懸移與躍移組分截點(diǎn)一般在Υ4.5左右,推移組分與懸移組分之間的截點(diǎn)在Υ2～2.5之間。

表1 巫山雙堰塘遺址T439剖面沉積物粒度分析

表2 巫山雙堰塘遺址 T439剖面沉積物粒度參數(shù)一覽表

圖4 巫山雙堰塘遺址剖面各層概率累積曲線及頻率曲線圖(Υ為粒徑值)

從整體來看,自然層沉積物分選系數(shù)在 0.979 7～ 1.532之間,分選等級(jí)為分選中等至分選較差;偏度系數(shù)為-0.205 5～ -0.411之間,偏度等級(jí)為負(fù)偏至極負(fù)偏。其中第③層的 22號(hào)樣偏度系數(shù)為-0.411,為極負(fù)偏,表明沉積物粒徑較第②層與第④層沉積物粒徑粗,反映出第③層形成時(shí)的沉積動(dòng)力比第②層與第④層形成時(shí)的沉積動(dòng)力要大。根據(jù)B.K.Suhu提出的各沉積環(huán)境中沉積物的判別式分別計(jì)算自然層的 Y 4值[5],自然層中26號(hào)樣本、22號(hào)樣本和 18號(hào)樣本的Y 4值分別為 8.5、4.85與 9.39,三值均小于 9.843 3,表明為濁流環(huán)境。再根據(jù)該遺址所在位置的地形、地貌條件可以初步判斷,自然層可能是洪積物或坡積物。再由圖4可以看出,自然層沉積物粒度頻率分布曲線為雙峰或近于雙峰的分布特征。搬運(yùn)介質(zhì)的動(dòng)力大小及搬運(yùn)介質(zhì)的搬運(yùn)方式是決定沉積物粒度組成的兩個(gè)基本因子[6]。如果沉積物組分是單成因的,則其頻率分布為具有不同對(duì)稱型和不同曲線形態(tài)的單峰光滑連續(xù)曲線。而該剖面自然層沉積物組分頻率分布曲線為雙峰型,可能是由于河流沉積是多源供給的。一條河流上、下游沉積物粒徑減小多是由于粗粒組分以不同比例混合造成的,上游水流強(qiáng)的地方主要沉積粗顆粒,而下游水流較弱的地方主要沉積細(xì)顆粒,其中較粗的沉積物是由附近物源加入的[6]。這樣就使得河流沉積物的頻率曲線具有雙峰型乃至多峰型的分布特點(diǎn)。

由表 2知,文化層下方的生土層沉積物的分選系數(shù)為 1.24～ 2.04,分選等級(jí)屬于分選較差至分選差。其分選性要比文化層上方的自然層要差,偏度系數(shù)為-0.029～ -0.57,為近于對(duì)稱至極負(fù)偏,其中第⑥層的第 5號(hào)樣偏度系數(shù)為-0.57,為極負(fù)偏,表明沉積物粒度較大。峰態(tài)為0.667～0.724,較自然層沉積物峰態(tài)0.977～ 1.523相比要寬得多。這也從側(cè)面反映出生土層的分選性要比自然層的分選性要差得多。根據(jù)前述Suhu提出的各沉積環(huán)境中沉積物的判別式分別計(jì)算生土層的Y 4值,生土層中第 10號(hào)樣、第 5號(hào)樣和第 1號(hào)樣的 Y 4值分別為4.647、1.83與6.65,均小于9.843 3,也表明為濁流沉積環(huán)境。由此可以初步判定,該遺址生土層與文化層上方的自然層成因相似。

圖4中生土層沉積物粒度頻率曲線顯示出生土層比自然層更為明顯的雙峰分布模式。粒度概率累積曲線懸移質(zhì)組分斜率較小,表明分選較差。而粗粒組分斜率較大,表明分選性比細(xì)粒組分要好。這一特征與自然層的沉積物相似。但其明顯的雙峰分布特征則表明生土層表現(xiàn)出比自然層更為明顯的沉積物多成因性或多源性。

3 河道變遷對(duì)人類活動(dòng)的影響

通過實(shí)地調(diào)查得知,該區(qū)遺址(包括大寧河西岸的張家灣遺址在內(nèi))多為單一的文化層堆積,即某一時(shí)期的文化層保存良好,而其他時(shí)期的文化層則多以擾亂的形式出現(xiàn)。張家灣遺址為西漢到東漢時(shí)期的文化層堆積,其下方為紅棕色礫石與粘土、粉砂組成的混雜堆積。漢代文化層上部為唐宋擾亂層。相應(yīng)地,雙堰塘遺址主要為西周時(shí)期文化層堆積,下方為灰黃色生土層。西周文化層上方為清代與漢代擾亂層。一般來講,如果沒有大的氣候環(huán)境變化,文化層應(yīng)該是連續(xù)地疊置在一起的,下方為早期的文化層堆積,上方疊置有晚期的文化層堆積。但該區(qū)發(fā)掘的古文化遺址多為單一時(shí)期的文化堆積?？紤]到該區(qū)遺址主要位于大寧河兩岸這一事實(shí),因此,這一現(xiàn)象可能與大寧河河道變遷有關(guān)。

在考古發(fā)掘中,中國社會(huì)科學(xué)院考古研究所在大寧河?xùn)|邊的河漫灘上發(fā)現(xiàn)有漢晉時(shí)期的墓葬。對(duì)這一墓群的分布及埋葬物品的清理表明,該發(fā)掘區(qū)周圍應(yīng)是一處規(guī)模較大的東漢或稍晚時(shí)期地位較高的家族墓冢地。從時(shí)代來看,這一墓葬群與張家灣遺址漢代文化層是同一時(shí)代的,因而這一墓葬群可能與張家灣遺址有一定的聯(lián)系。一般來講,先民是不可能在河漫灘上進(jìn)行埋葬的,因此,當(dāng)時(shí)進(jìn)行埋葬時(shí)不可能為一河漫灘。河漫灘之上可能覆蓋有厚的松散沉積物,后來由于大寧河河道變遷,將這一層松散沉積物沖刷掉,從而成為現(xiàn)在的狀態(tài)。在雙堰塘遺址底部發(fā)現(xiàn)有巨厚的鵝卵層,初步鉆探結(jié)果表明,這一鵝卵石層厚度要超過2 m。鵝卵石在水動(dòng)力的作用下,傾向下游方向。為判斷當(dāng)時(shí)河流的流向,筆者隨機(jī)挑出104塊鵝卵石,用羅盤就地測(cè)定其組構(gòu)并繪出玫瑰圖,如圖 5所示。

圖5 礫石組構(gòu)統(tǒng)計(jì)圖示

由圖5可以看出,鵝卵石AB面大多傾向西南方向,因而可推斷當(dāng)時(shí)的流水是由東北向西南方向流動(dòng)的。結(jié)合實(shí)地地貌調(diào)查,再一次證明了西周以前,遺址為一較大河流曲流所在地。雙堰塘遺址西周文化層之上的層位由西周直接躍至漢代、清代,其時(shí)間跨度非常大。由擾亂層出土物及張家灣遺址的發(fā)掘情況來看,該區(qū)在漢代、唐代、宋代、清代都可能有人居住,但為何沒留下任何的文化遺址?這與大寧河泛濫不無關(guān)系。在西周文化層之上原來可能有完整的文化堆積,但由于后來受大寧河河水的沖刷而遭到破壞。由圖2也可看出,T439文化層厚度要比 T457文化層薄,這是由于T439剖面的文化層經(jīng)受了后期洪水的沖刷所致。由這些基本的事實(shí)可初步恢復(fù)大寧河的河道變遷史。

在西周以前,大寧河河道在雙堰塘遺址所在的位置,長期的沖刷、堆積使得該處堆積有巨厚的鵝卵石層。后來河道向西偏移,雙堰塘遺址所在位置成為河漫灘。洪水期,在鵝卵層上堆積有濁流沉積相碎屑沉積物,西周時(shí)期的人們?cè)诙逊e物上,在溫暖濕潤的氣候環(huán)境下創(chuàng)造了燦爛的古文明。漢代,河道擺動(dòng)到河的西岸,在原來的河漫灘上堆積的厚層沖積物上挖掘墓穴(從發(fā)掘情況看,當(dāng)時(shí)人們已挖穿多層沖積層至鵝卵石層)。后來,大寧河河道繼續(xù)向東擺動(dòng),將墓葬頂部的沖積層又沖刷掉一部分,擺動(dòng)至現(xiàn)在的雙堰塘遺址位置,將漢代時(shí)期堆積的文化層沖刷殆盡,僅留下小部分漢代遺存。此后,河道又向西擺動(dòng)至現(xiàn)今位置。以上所恢復(fù)的大寧河河道擺動(dòng)歷史主要是憑實(shí)地考查、考古遺址及墓葬的相對(duì)位置判斷的結(jié)果。若要全面恢復(fù)大寧河河道演變歷史,須結(jié)合鉆孔來作進(jìn)一步研究。

4 討論與結(jié)論

竺可楨對(duì)我國歷史時(shí)期氣候變遷進(jìn)行研究后將我國歷史時(shí)期氣候變化劃分出四次寒冷期與四次溫暖期[7]。其中第一寒冷期為公元前1000年至公元前850年,相當(dāng)于歷史上的西周時(shí)期。據(jù)《竹書紀(jì)年》記載,周共王五年(公元前 903年)與周懿王十一年(公元前 897年),長江最大的支流漢水兩次結(jié)冰,甚至有牛、馬凍死,而現(xiàn)代長江漢水流域一般年份是不封凍的[8]。但該區(qū)西周時(shí)期為溫暖濕潤的氣候環(huán)境,與上述研究結(jié)果相左。根據(jù) Netajirao R.Phadtare的研究[9],在印度 Higher Himalaya中部地區(qū)孢粉、磁化率等環(huán)境替代指標(biāo)的研究結(jié)果表明,在 3 500～2 000a BP為夏季風(fēng)增強(qiáng)時(shí)期,氣候有向暖濕方向轉(zhuǎn)變的趨勢(shì)。一個(gè)區(qū)域湖面升降波動(dòng)與該區(qū)不同時(shí)段的降水、地表徑流及與氣溫密切相關(guān)的蒸發(fā)量的不同配置有關(guān)[10]。通過對(duì)西南區(qū)湖面波動(dòng)研究表明,在 6 000～3 000a BP有高湖面出現(xiàn),與該時(shí)期印度洋夏季風(fēng)的影響有關(guān)[10]。從以上研究結(jié)果可以看出,該區(qū)氣候暖濕與冷干的變化情況與西南季風(fēng)有某種聯(lián)系。夏季風(fēng)增強(qiáng)時(shí)期,同時(shí)也是該區(qū)氣候暖濕時(shí)期,從而與東部地區(qū)相比有著不同的氣候演化模式。從地質(zhì)、地貌條件來看,本區(qū)處于大巴山和鄂西山地接壤地帶。這一獨(dú)特的地質(zhì)、地貌構(gòu)造格局決定了該區(qū)獨(dú)特的氣候演化模式。北部高大山脈的阻擋使得該區(qū)很難受到北方蒙古高壓及西伯利亞高壓的影響,從而使其主要受西南季風(fēng)的影響。研究區(qū)地處亞熱帶濕潤區(qū),夏季長,氣溫高,降水多而集中,常有暴雨。年降水量為1 000～ 1 300 mm,最長連續(xù)降水期多達(dá)8～ 11天,沖刷侵蝕非常強(qiáng)烈。這一氣候特征使大寧河經(jīng)常泛濫。據(jù)研究[11],長江三峽及江漢平原地區(qū)在 3 000～1 000a BP期就發(fā)生 40次大的洪水。在魏晉南北朝(220～ 581 AD),長江三峽地區(qū)發(fā)生特大洪水 5次。隋唐、五代十國(581～ 960 AD)發(fā)生特大洪水5次。在明清時(shí)期 (1368～1911 AD)發(fā)生特大洪水54次。這些不同時(shí)期發(fā)生的特大洪水使大寧河改道頻繁,使人們時(shí)常遭受洪災(zāi)之苦。另外,河道改道的另一個(gè)后果是使有些遺址遭到?jīng)_刷破壞,這可能是該區(qū)遺址大多為單一時(shí)期這一現(xiàn)象的主要原因。該區(qū)作為一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的地貌單元,研究其氣候演變與西南季風(fēng)演變的相關(guān)關(guān)系及其對(duì)人類活動(dòng)的影響,對(duì)于該區(qū)自然資源的開發(fā)與利用及進(jìn)行各種經(jīng)濟(jì)規(guī)劃具有重要的理論與實(shí)踐意義。

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K901.9

A

1673-2006(2013)12-0081-05

10.3969/j.issn.1673-2006.2013.12.023

2013-10-18

張理華(1957-),安徽宿松人,教授,主要研究資源開發(fā)與環(huán)境演變。

(責(zé)任編輯:汪材印)