高原上的背影——地质学家刘东生

初识黄土高原

　　黄河孕育了博大精深的中华文化，然而，它的多变也给中华民族带来了无穷的灾难。自周定王五年（公元前６０２年）以来，黄河决口共约１５００次，重大改道有７次，其溃堤泛滥范围北达海河流域，南抵淮河流域，遍及我国整个东部平原。强烈的泥沙淤积，又使黄河成了地上“悬河”，犹如随时坠落的利剑悬在黄淮地区广大人民头上。新中国成立后，党和政府决心兴利除害，治理黄河。刘东生与队友们一道光荣地承担了这个与国家经济建设密切相关的任务。

　　１９５４年初，刘东生被借调到水利部黄河梯级开发坝址考察队，担任技术指导，奔波在刘家峡和龙羊峡之间。任务临近结束，地质所所长侯德封发来电报，要他赶往河南三门峡地区的陕县会兴镇，那里有三门峡水库区第四纪地质综合考察任务等着他。

　　自此，刘东生步入了研究黄土高原这一新的科学领域，与黄土高原这一“风神捏就的土地”结下不解之缘。他曾坦言，在三门峡地质考察之前，他并不大了解黄土高原。然而，黄土高原这本厚厚的书已经摆在了他的面前，等待他去阅读、去揭示其中的奥秘。

　　一天在会兴镇吃完晚饭，刘东生与队友像往日那样在户外散步。夜幕降临，老百姓家家点上了煤油灯。突然，他发现远处山坡上有一排排灯光，那是只有楼房住宅才会出现的景象。“贫穷的河南农村不可能有楼房，哪来这么多如此分布的灯光呢？”他感到非常诧异。刨根问底是科学家的天性，第二天一大早他便向昨晚看到的地方走去。明亮的阳光下，谜团终于解开，原来黄土崖上，上上下下是成排的民居——窑洞。这些成排窑洞发出的灯光，夜色之下远望，自然近似于居民楼房发出的灯光。“窑洞叠着窑洞，没有坚固的黄土层是难以支撑的，究竟是何样的土质给老百姓提供了这般坚实的建造条件？”他顾不上回去吃早饭，便顺着山坡向窑洞爬去，想弄个明白。仔细观察后他发现，窑洞均开挖在黄土层中，每层窑洞顶部都有一层颜色偏红、质地比黄土还坚硬的土层，从而保证窑洞不易坍塌、渗漏。他在为农民们的聪明创造感到兴奋的同时，也思考着一个问题：“这种被农民用来充当‘窑洞顶板’的沉积物究竟是怎么来的？”

　　回到营地，刘东生把自己的发现和疑问讲给从事土壤研究的队友朱显谟听。朱显谟也很感兴趣，为了解开这一谜团，在以后的考察中，每次见到窑洞顶部这种颜色偏红的层位，他们总要仔细观察。朱显谟认为这种层位像是土壤层。为求证这一观点，他们将采集的样品带回实验室研究。刘东生从粒度组成、矿物和孢粉方面进行思考；朱显谟从土壤的发生层、微结构方面进行分析。最后，两人终于认定，这“红色条带”为古土壤。

　　刘东生从排排窑洞的“盖板”引发思考，进而辨认出古土壤。联想到牛顿从苹果的落下得出万有引力理论的故事，我们可以看到，大科学家往往能从人们熟视无睹的现象中发现问题，引发思考，他们是生活中的有心人。

　　黄土高原，以及由黄河裹挟着黄土泥沙堆积而成的华北和黄淮大平原，是中华民族繁衍生息的地方。如果要问我们脚下的黄土来自何方，就不能不首先提到德国地理与地质学家、国际地貌学之父李希霍芬。

　　生于德国莱茵河畔的李希霍芬，１８６８年到１８７２年间来到中国探险。为进行地质和资源调查，他的足迹遍及河北、内蒙古、山西、陕西、青海、新疆等地。这位被刘东生称为“中国地质学从无到有的领路人”的科学家，回德后出版了名为《中国——亲身旅行的成果和以之为根据的研究》一书，该书共五卷，首卷内容便是中国的黄土。这位德国人对广泛分布于莱茵河流域的黄土是熟悉的，认为莱茵河流域黄土在性质上与中国黄土无异。不过从沉积厚度和分布广度来看，莱茵河流域黄土与中国黄土是无法比的。当时，有关世界各地黄土成因的说法有多种，李希霍芬是“风成说”的代表人物，他认为莱茵河谷地的黄土即为风成的。面对着区域广阔的中国黄土，李希霍芬知道，如果能把中国黄土的成因弄清楚，其贡献将非同寻常。出于尊重科学，李希霍芬力求在中国黄土研究中保持公正与客观。为此，他几度从“水成说”视角观测中国黄土，但均不能自圆其说。而从“风成说”去理解，却总是得心应手。实际上，李希霍芬并不是唯一用“风成说”解释黄土高原成因的，后来还有苏联地质学家奥勃鲁契夫等人，也认为中国黄土是由强风卷起粉尘并搬运过来的。

　　“水成说”的典型代表，是２０世纪５０年代来华考察的苏联专家格拉西莫夫、帕甫林诺夫等，他们认为中国黄土是山洪暴发所致，并且以对黄土剖面观测时获得的某些表象作为证据。

　　刘东生则全面系统地研究了中国黄土的成因，他认为，能够形成如此广袤而又坚实的黄土高原，必须有源源不断的物质供应，必须有持之以恒的搬运营力，必须能够形成沉降。

　　科学的结论只能来源于实地调查和实验分析。为了寻找到黄土高原的真实成因，刘东生率领他的研究团队踏遍了黄土高原，对黄土样品进行了一次次测定，对黄土从原始物质的形成、起尘与粉尘搬运、粉尘降落和保存条件、粉尘堆积后变化等一系列过程都进行了研究探讨，终于形成了一个完整清晰的成因学说：

　　青藏高原强烈隆升导致的侵蚀作用，源源不断地产生大量碎屑物质；在强风作用下，这些物质中的细粒物质随风吹扬，粗粒则在原地成为沙漠沙（中国黄土与沙漠同源）；向东搬运的尘土在风力减弱或水汽增加的情况下凝聚、沉降；地面上草原植被的环境让这些降落的粉尘得以部分保存；在草原环境条件下的生物地质作用又使降尘逐渐呈现目前见到的黄土的面貌。

　　如果说，风力搬运与水力搬运是“风成说”与“水成说”的分野，那么从粉尘物质来源一直到黄土面貌的出现，这条完整的“证据链”，就不是李希霍芬和奥勃鲁契夫简单的“老风成说”所能概括得了的。“证据链”再好不过地勾勒出刘东生黄土 “新风成学说”的轨迹，它不仅是对 “老风成说”的发展，更有理论与实践上的创新。黄土高原是怎样形成的，这个自１９世纪之初开始，长达一百多年的学术争论，随着“新风成学说”的出现终于结束。

　　刘东生在野外考察在刘东生看来，风成物质堆积形成黄土高原并不是一个难以理解的命题。倘若把时钟倒转回２５０万年前，同在黄土高原位置上，当该是长有茂草、伴有鲜花的一望无际的草原，不时有鸟儿鸣啭，蝶儿飞舞。然而在气候发生重大变化后，呼啸的狂风把远至中亚、近到我国新疆的沙漠和戈壁上的细粒尘土吹起，形成沙尘暴自西北方向吹来，带到草原上空沉降，这些沙尘落进茂草丛中难以飘移，便逐渐累积，最终使草原变成黄土。像２００２年３月２０日北京所发生的那场罕见的沙尘天气，约有3万吨沙尘飘落在北京，等于首都居民平均每人获得两公斤“礼物”。科学计算表明，仅就一般沙尘天气而言，如果每次带来０。０１毫米厚的尘土，那么一万年就可堆积１米。因此说整个第四纪在黄土高原堆积一二百米厚的黄土，并非天方夜谭。