黃河有了準確生日！地下水“告訴“我們黃河的“身世”→

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)。

圖源：pixabay

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。

策劃制作

來源丨中國科學(xué)報（ID：china_sci）

責編丨白莉