黃河終于有了準確的生日。
中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所研究員龐忠和等中國科學(xué)家圍繞黃河“身世”和現(xiàn)代黃河水系格局形成時代展開研究。他們通過地下水精細定年測定,得出了“現(xiàn)代黃河水系格局的形成時代為125萬年前”的結(jié)論,一改此前眾說紛紜的局面。
圖源:pixabay近日,該研究結(jié)果在線發(fā)表于《地球與行星科學(xué)快報》。
兩種測年方法相結(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。該過程是地殼構(gòu)造變動影響地表水系形成演化的重要事例,對于認識古氣候與古水文變化意義重大。
然而,對于古黃河中游改道的時間,學(xué)術(shù)界眾說紛紜,對現(xiàn)代黃河水系格局的形成時代,有15萬年前、不晚于120萬年前、約500萬年前等不同觀點。
以往,科學(xué)家使用測年方法來測定地質(zhì)沉積物年限,但該方法在地下水測年工作中容易受到深部來源、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,中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所、北京師范大學(xué)、中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)組成聯(lián)合科研團隊,選擇渭河盆地深層地下水展開年代學(xué)研究,并綜合與方法開展精細的定年工作。
作為惰性氣體家族一員,的半衰期是23萬年,定年范圍可達130萬年,而且在地下無干擾源、化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定、不與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng),被看作是十萬到百萬年尺度區(qū)間古老地下水的理想示蹤劑。由于同位素在自然界中的豐度極低,導(dǎo)致該方法的應(yīng)用長期受限,直到基于激光冷卻原子阱技術(shù)(ATTA)的出現(xiàn)。
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據(jù)介紹,ATTA是一種量子測量技術(shù),可實現(xiàn)單原子水平的計數(shù),具有極高的靈敏度,在常溫常壓下,可以在幾微升的氪氣中計數(shù)濃度低至的和原子。
龐忠和介紹,基于兩種方法的結(jié)合與對比研究,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,找到影響定年結(jié)果的重要因素,進而深入了解地下水經(jīng)歷的深部地球化學(xué)過程和動力學(xué)信息。
例如,研究人員得到的測年數(shù)據(jù),顯示同一處深層地下水的年齡和年齡不一致,這緣于前者受到“死氯”的影響。龐忠和說,這種差異性恰好反映出地下水經(jīng)歷的水巖相互作用過程及其動力學(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選在渭河盆地?研究人員解釋說,渭河盆地位于中國黃土高原與秦嶺造山帶之間,保存有超過7500米的巨厚細粒河湖相沉積,是世界一流的研究新生代亞洲氣候與水文變化的獨特陸相記錄,也是研究黃河河道變化的良好場所。同時,渭河盆地地熱資源的開發(fā)利用造就了一大批深部地熱水井,間接為分層采樣測試創(chuàng)造了有利條件。
據(jù)介紹,該研究共采集測定了8組地下水樣品。通過分析地下水的年齡和化學(xué)成分數(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;而根據(jù)地球化學(xué)溫度計估算,地下水的溫度可達100℃~130℃,此時地下水與碳酸鹽同位素交換作用加強,O-18富集程度增大。這部分地下水在受重力驅(qū)使繼續(xù)向北運移的同時,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,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。而這個時間約110萬年至130萬年前,正好對應(yīng)中更新世氣候轉(zhuǎn)型期、第四紀轉(zhuǎn)型期。
最終,研究獲得了125萬年前斷代時間節(jié)點的新結(jié)果和區(qū)域地下水流場的新認識。
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來源丨中國科學(xué)報(ID:china_sci)
責編丨白莉