黃河終于有了準(zhǔn)確的生日。

中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員龐忠和等中國(guó)科學(xué)家圍繞黃河“身世”和現(xiàn)代黃河水系格局形成時(shí)代展開研究。他們通過(guò)地下水精細(xì)定年測(cè)定，得出了“現(xiàn)代黃河水系格局的形成時(shí)代為125萬(wàn)年前”的結(jié)論，一改此前眾說(shuō)紛紜的局面。

近日，該研究結(jié)果在線發(fā)表于《地球與行星科學(xué)快報(bào)》。

兩種測(cè)年方法相結(jié)合

據(jù)介紹，古黃河從寶雞峽貫通三門峽東流入海，而現(xiàn)代黃河則是從六盤山起向北流，經(jīng)賀蘭山后過(guò)陰山河套，再由呂梁以西向南折返，最后經(jīng)三門峽東流入海。該過(guò)程是地殼構(gòu)造變動(dòng)影響地表水系形成演化的重要事例，對(duì)于認(rèn)識(shí)古氣候與古水文變化意義重大。

然而，對(duì)于古黃河中游改道的時(shí)間，學(xué)術(shù)界眾說(shuō)紛紜，對(duì)現(xiàn)代黃河水系格局的形成時(shí)代，有15萬(wàn)年前、不晚于120萬(wàn)年前、約500萬(wàn)年前等不同觀點(diǎn)。

以往，科學(xué)家使用36Cl測(cè)年方法來(lái)測(cè)定地質(zhì)沉積物年限，但該方法在地下水測(cè)年工作中容易受到深部來(lái)源、初始值變化等因素影響，其定年結(jié)果的解譯精度低，在地下水中的應(yīng)用非常有限。為此，中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、北京師范大學(xué)、中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)組成聯(lián)合科研團(tuán)隊(duì)，選擇渭河盆地深層地下水展開年代學(xué)研究，并綜合81Kr與36Cl方法開展精細(xì)的定年工作。

作為惰性氣體家族一員，81Kr的半衰期是23萬(wàn)年，定年范圍可達(dá)130萬(wàn)年，而且81Kr在地下無(wú)干擾源、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，被看作是十萬(wàn)到百萬(wàn)年尺度區(qū)間古老地下水的理想示蹤劑。由于81Kr同位素在自然界中的豐度極低，導(dǎo)致該方法的應(yīng)用長(zhǎng)期受限，直到基于激光冷卻原子阱技術(shù)（ATTA）的出現(xiàn)。

據(jù)介紹，ATTA是一種量子測(cè)量技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)單原子水平的計(jì)數(shù)，具有極高的靈敏度，可以在每微升為10-14同位素水平（STP）的氪氣中計(jì)數(shù)極低濃度的85Kr和81Kr原子。

龐忠和告訴《中國(guó)科學(xué)報(bào)》，基于兩種方法的結(jié)合與對(duì)比研究，不僅能得到更精確的地下水年齡數(shù)據(jù)，還可以根據(jù)地下水年齡數(shù)據(jù)的差異性，找到影響36Cl定年結(jié)果的重要因素，進(jìn)而深入了解地下水經(jīng)歷的深部地球化學(xué)過(guò)程和動(dòng)力學(xué)信息。

例如，研究人員得到的測(cè)年數(shù)據(jù)，顯示同一處深層地下水的36Cl年齡和81Kr年齡不一致，這緣于前者受到“死氯”的影響。龐忠和說(shuō)，這種差異性恰好反映出地下水經(jīng)歷的水巖相互作用過(guò)程及其動(dòng)力學(xué)影響。

在渭河盆地揭秘黃河“生日”

為何將揭秘黃河身世的地點(diǎn)選在渭河盆地？

研究人員解釋說(shuō)，渭河盆地位于中國(guó)黃土高原與秦嶺造山帶之間，保存有超過(guò)7500米的巨厚細(xì)粒河湖相沉積，是世界一流的研究新生代亞洲氣候與水文變化的獨(dú)特陸相記錄，也是研究黃河河道變化的良好場(chǎng)所。同時(shí)，渭河盆地地?zé)豳Y源的開發(fā)利用造就了一大批深部地?zé)崴g接為分層采樣測(cè)試創(chuàng)造了有利條件。

據(jù)介紹，該研究共采集測(cè)定了8組地下水樣品。通過(guò)分析地下水的年齡和化學(xué)成分?jǐn)?shù)據(jù)，研究人員發(fā)現(xiàn)，自秦嶺山脈向北，區(qū)域地下水呈現(xiàn)年齡逐漸變老的趨勢(shì)；而根據(jù)地球化學(xué)溫度計(jì)估算，地下水的溫度可達(dá)100℃～130℃，此時(shí)地下水與碳酸鹽同位素交換作用加強(qiáng)，O-18富集程度增大。

這部分地下水在受重力驅(qū)使繼續(xù)向北運(yùn)移的同時(shí)，溶解了古三門湖湖相沉積中的氯化物，因而Cl元素含量顯著增加，并最終與盆地中心部位的老地下水混合。

與此同時(shí)，由于鄂爾多斯高原隆升，黃河溯源侵蝕和不斷下切導(dǎo)致區(qū)域深層地下水流向發(fā)生了由東西向變?yōu)槟媳毕虻霓D(zhuǎn)折。而這個(gè)時(shí)間在約110萬(wàn)年至130萬(wàn)年前，正好對(duì)應(yīng)中更新世氣候轉(zhuǎn)型期、第四紀(jì)轉(zhuǎn)型期。最終，研究獲得了125萬(wàn)年前斷代時(shí)間節(jié)點(diǎn)的新結(jié)果和區(qū)域地下水流場(chǎng)的新認(rèn)識(shí)。

◎ 來(lái)源|中國(guó)科學(xué)報(bào)