北京凤凰岭:岩臼的秘密

我来自南方,但我更喜欢北方的春天,因为她的到来特别有春的味道——严寒过后的生机盎然。三月,北京郊区的山桃花盛放,将整座山都装点得毛绒绒的,白中投点淡淡的红影。春天登山令人愉快,绿野上的活动这个时候也更频繁,有一群驴友组织徒步白虎涧-凤凰岭-大风口-妙峰山-萝卜地垭口-大觉寺(见凤凰岭照片)。于是我跟着他们去了,但我的目的地不是妙峰山,而是沿途的京西小黄山——凤凰岭。

凤凰岭,因为山型像凤凰故而得名。这让我想起湘西的凤凰古城,据说也是因为有一山酷似凤凰展翅而得名。

黄山天下奇,华山天下险,它们都是花岗岩的山。凤凰岭也是典型的花岗岩地貌【图1】。花岗岩是地球深部的岩浆在上升过程中,未来得及抵达地表就冷却凝固而形成的岩石。在冷却过程中,岩石发生收缩,内部发育节理,这些节理就是山雄奇的秘密。

受地球内部构造运动的影响,花岗岩被抬升到地表,从此风餐露宿,接受阳光、风、雨、动物、植物等外力的侵蚀。内力作用喜欢使地表凹凸不平,而外力则喜欢将高山变低,将低地填平——就像地球一样变成一个球,不长棱角。

【图1】北京凤凰岭自然风景公园周边地质图。(来源:马丽芳《中国地质图集》)

因为花岗岩内部节理的发育,流水常常沿着节理面——其中的垂直节理下渗、下切,使花岗岩形成耸立的石柱【图2】。北京地处暖温带半湿润季风气候,冬季寒冷干旱,夏季炎热多雨,日温差和年温差大,因而风化强烈,而山顶山脊的岩石一马当先,最容易遭受日晒雨淋,风吹雨打,因此,那些地方的岩石的棱角最先被磨圆,最终变成不太规则的球体。这叫做球状风化【图3】。当我们花两个小时,登上凤凰岭的山顶时,首先会看到上面的石头圆滚滚、光秃秃的。一座石塔立在不远处的大岩石上,这是凤凰岭的标志。

【图2】凤凰岭的花岗岩石柱。

【图3】凤凰岭山顶的球状风化产物。

但是,我至今还不能忘记那一个个岩臼。它就在白虎涧到凤凰岭的路边,一片比较开阔平坦的山坡上,在出露的花岗岩的顶部,有一些脸盆大小的洞【图4-5】。这些洞穴叫什么?它们又是如何形成的?这些问题困惑我许久,根据这些天的摸索,我有了一些初步认识,特写此文请教。

起初认为可能有三,一是冰臼,二是风成的岩臼,三是水成的岩臼。

【图4】凤凰岭的岩石表面的一排岩臼。

【图5】凤凰岭的岩石表面的一个岩臼。

一、冰臼

冰臼是如何形成的呢?

第四纪冰川时期,全球气候异常寒冷,地球表面许多地方被厚厚的冰层覆盖,那些现在不可能有冰川的地方,也都发育了冰川。冰川的冰盖毕竟不是铁板一块的岩石,冰盖有点像“冰”做的外衣,因此它会沿着地表滑行,这时若有一个石块“卡”在某个位置,冰盖的重力和摩擦力就会使石块发生旋转,不断冲击那个位置的岩石,日积月累之后终形成一个个窟窿——冰臼。

目前发现的冰臼群,大多发育在花岗岩地区。而覆盖地表最广的岩石之一——石灰岩,因为很容易受水的侵蚀,形成冰臼的难度较大,但并不是不可能。

克什克腾的青山岩臼群是目前我国乃至世界上规模最大、形成最好、类型最多、保存最完整的岩臼群,它发育在花岗岩地区【图6】

【图6】克什克腾世界地质公园的青山岩臼群。(来源:世界地质公园

前几年,有人在河南鹤壁的石灰岩上发现了大量石臼,请地质科学院的韩同林过来鉴定,他们认为这是冰臼。这是国内首次在石灰岩上发现的冰臼。

【图7】河南鹤壁的石臼群。(来源:河南报业网-大河报

韩同林是国内专门研究冰臼的学者,他曾编写过《发现冰臼》一书(华夏出版社,2004),讲的就是他在全国,包括北京附近发现的冰臼群。

有些岩臼到底是不是冰臼,学术界一直争论不休。韩同林主张是冰臼,但反对的声音也同样很强烈。以青山岩臼群为例,很多人就不同意这些岩洞是冰川造成的,他们认为风的磨蚀和吹蚀也能形成。令人疑问的还有:因为被冰川裹挟、雕刻的地方通常会形成山谷而不是山脊,故冰臼多分布在冰谷和冰床等低洼的地方,一般不分布在山顶或山脊上。但是,青山岩臼群主要分布在山顶平缓的花岗岩表面【图6】,并非发育在冰谷,岩臼群两侧就是陡崖。

韩同林在《发现冰臼》一书中还列举了几个北京周边发现冰臼的例子。我曾去过北京八大处,山脚下有一块大石头,叫做冰川漂砾,石头上留有擦痕,李四光认为这是冰川擦痕,这块石头是被认为是冰川携带过来的(但郭旭东等考察后认为这是断层擦痕)。模式口还有一个冰川陈列馆,都曾论证北京曾发育冰川。但这些结论必定还要接受质疑和进一步的研究:如果是冰臼,就不可避免地涉及到地质学界已争论80多年的中国东部有无第四纪冰川存在的重大问题,从而涉及到中国古环境、古气候、古地貌、古人类、古生物等问题的研究。

冰川论者认为北京模式口、隆恩寺、灵岳寺、潭柘寺、八大处、碧云寺等地有古冰川遗迹。但是科学家一来没有在这些地方发现古冰川遗迹,二来研究表明北京地区的古雪线高程为3600m,而北京最高山东灵山不过2000多米,没有雪,更不用谈冰川。所以现在的主流声音是:中国东部无第四纪冰川,即使是被李四光论证的庐山曾发育冰川的结论也并不科学。此外,郭旭东的研究表明北京地区虽不存在第四纪冰川,但存在冰缘环境。

比较冰臼和这里的岩臼,显然,这些也不是冰臼,一来它未成片分布,二来不够深、大,三来我还在旁边发现了一些小凹坑——它们可能就是岩臼的雏形【图10】

二、风成的岩臼

让我们用风的理论来设想一下这个岩臼的形成。

因为花岗岩裸露在地表,昼夜温差的变化引起热胀冷缩,使岩石表面在物理风化和化学风化的频繁作用下呈现片状的剥落,形成很多小的凹坑。风,携带者沙粒往凹坑里钻,在风力作用下不断地打转,磨蚀凹坑的内壁。久而久之,这个坑越来越大,就变成了风窝岩臼。

用这个理论来解释所存在的问题是:风通常是水平向的,因此岩石的侧面更容易受到风的吹蚀和磨蚀,但这些岩臼发育在岩石的顶面而非侧面。我曾在新疆做地质考察的时候见过这样的风窝【图8】,当时我曾问身边的老师,这些洞是如何形成的,他告诉我是风把沙子吹到洞里,沙子不断旋转而形成的。而那些风窝,就发育在山的侧面而不是顶面。

【图8】新疆乌鲁克恰提野外地质考察所见的岩石风窝。

【图9】凤凰岭花岗岩侧面的岩石洞穴,不知道是不是风成的。

另外,北京不如新疆干旱,风力也不如新疆大,风成岩臼似乎说不过去(但我还是发现了一些侧面洞穴【图9】)。而且,假如真是风成,至少应该发育一片,为何这里未见到大片的风窝群。

三、水成岩臼

岩石并不是均匀的,同一块岩石,总有硬和软的地方,这就叫差异性。热胀冷缩使岩石表面较脆弱的地方风化,当有雨水落下时,局部已风化疏松的表面脱落,逐渐被雨水冲蚀成凹坑【图10】。而积聚在坑内的雨水,反过来又加剧了物理风化(例如激起的水波拍打凹坑)和化学风化,凹坑逐渐扩大,就形成圆形的岩臼。

【图10】凤凰岭岩石表面开始出现小的凹洞。

用这个理论好像更合理一点,因为岩石顶面更容易遭受雨水冲击,而我们要研究的岩臼就在石头顶面。当然,这个理论是不是正确,我还不敢肯定,先记下待将来论证。

地质过程,特别是类似风化、侵蚀是一个漫长的缓慢的过程,短短的人之一生,都可能很难察觉出这个变化过程,但他确实时时刻刻在发生。要理解自然,我觉的有必要树立这样一个思想观念,那就是:水滴可以石穿,海可枯,石可烂,不要因为它的缓慢而否认自然界的神奇力量——能使沧海变桑田的力量。

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