深入洞穴：洞穴密碼

央視國際 2004年11月19日 15:39

　　這位正在指揮弟子們探洞的老人，是洞穴研究的一線科研人員。已經70多歲的古稀老人，一生不知探了多少洞穴，但是在老人心目中最最割捨不下的還是北京房山的石花洞，緣由還是他和弟子們在1995年11月4日的一次洞穴樣本的採集。

　　那一天，老人率領弟子們來到了石花洞第三層的一段南北走向的大走廊，這裡正好是與石花洞岩層東西走向相垂直的裂隙。裂隙的南端叫戲臺大廳，海拔320米，洞頂厚度有150米，就在它附近的鈣華板上，他們採集了一枚直徑有10厘米，長14厘米的石筍；而北端的平型關，洞穴頂板比較薄，只有大約50米，在廊道的一個崩塌塊上他們又採集到另一枚長33厘米，直徑9厘米的石筍。

　　從兩個石筍剖面來看：清晰的紋理密集而整齊，這表明由於滴水長期的不間斷，連續形成的碳酸鈣沉積，也就是説石筍是在連續沉積的過程中生長出來的，不會出現其他洞穴沉積常常發生的沉積間斷。

　　當這兩塊石筍被送到中科院地質與地球物理研究所以後，進行了微層理方面的分析，專家們在微米之間尋找著萬年、千年、百年的答案，這些長短明暗如同條形碼一樣的紋理其實就是科學家解讀古氣候的密碼，每一個明暗的紋理代表著一個冷暖的週期，而紋理的寬窄則表示乾濕冷暖週期的長短時間。

　　樣品的切片非常清晰地刻錄著氣候的紋理，僅僅在石筍上端0.5毫米的區域裏就記錄著1947-1961年這之間17年來的氣候變化。

　　也就是這塊9501石筍樣本，在1996年8月挪威卑爾根大學召開的“氣候變化中的喀斯特記錄”國際研討會上，被專家們一致認為是世界上最好的樣品之一。

　　這次的成就令老人和洞穴研究的科學家們興奮不已，他們似乎找到了記錄古氣候環境的一把新的鑰匙。

　　自從1952年美國人莫爾首先使用“鐘乳石（Speleothem）”來描述洞穴碳酸鈣以來，人們認識到石筍與黃土、湖泊泥紋、樹木年輪、冰芯、珊瑚一樣，可記錄自然環境的變化，特別是石筍年層的發現，為研究全球變化提供了高分辨地質載體。

　　然而對於石筍微層理技術的應用，不僅需要研究石筍本身，還要研究洞內氣候與洞外氣候之間的相互關係，以及對洞穴頂板的厚度、岩石的性質、裂隙發育的狀況，還有含水量、滲透系數和二氧化碳變化等等因素，對這些代用指標進行動態的觀測之後，再確認石筍微層理的年層，這樣才顯得更加客觀。

　　一般來説在喀斯特洞穴中，都能夠找到各個時段的石筍，有現代生長的，也有數十萬年以前生長的。這種大的時間跨度不僅在單個石筍上表現出來，而且在多個石筍的拼接上也可以獲得數十萬年來的比較連續記錄的古環境信息。所以説石筍可以完整地記錄古環境信息。

　　讓我們還是回到石花洞中順著老人的視線來探詢洞穴裏的奧秘？

　　在北京房山所有的洞穴中，石花洞算得上是華北地區最大，中國第二大的洞穴，它在洞穴結構、洞穴的化學沉積以及洞穴中的歷史都可以説是具有一定的代表性。

　　經過地質勘探，石花洞上下共有7層，這是全國喀斯特洞穴結構的冠軍。僅在1-2層洞內就有63個形態各一的小支洞，每一層都有十幾米的落差，這種落差非常的陡峭，這種陡峭在沒有開發的5-7層裏，科研人員只能用特殊的手段才能下去。即便是經過訓練的人，下石花洞也要幾個小時才能完成全部的下降過程。

　　常常流連在石花洞這種複雜構造中的老人，經過幾年的細心統計並和其他洞穴相關資料相對比，石花洞1-3層洞壁上懸挂的200多枚石盾，不僅讓石花洞在全國洞穴石盾的排行榜上高居榜首，而且還讓石花洞成為中國洞穴石盾的典型代表。

　　我們不禁疑惑：究竟是什麼鬼斧神工之力打造出洞穴裏的各種造型？人們常説：小中見大，洞穴裏那些千奇百怪的造型，也許會解開我們心中的一些疑惑？

　　尤其是滴水的各種形態，這是洞穴裏最多的造型。有上下貫通的石柱，洞頂和洞壁倒挂的石鐘乳，洞底生長的石筍，還有那薄如蟬翼的鵝管。

　　不要小看了這一滴滴的水珠，它們經過了幾十萬年甚至上億年的自由落體的下墜，才成就出石柱、石筍、石鐘乳和鵝管。雖然這是一個非常緩慢的下落過程，但卻是生生不息的運動著，只要洞穴裏的環境條件不發生劇烈的變化，一般來説石筍的生長速度大約是一萬年才能夠長0.6-1.2米這麼高。

　　早在20世紀80年代初期，老人就與眾多的研究洞穴課題的科學家們合作，針對石花洞裏的碳酸鈣科學家用碳14進行年代測量，藉以破譯洞穴形成久遠的地質年代，他們採集了22個數據，這些年代數據為在我國首次建立岩溶地質剖面奠定了基礎。為了確保數據的準確性，1989年，科學家再一次使用電子自旋共振技術測定地質和考古年代，對石花洞9501和9502樣品進行了測量，測定結果大於30萬年，這樣就為測定大於10萬年以上年代的碳酸鈣樣品開創了先例。

　　在石花洞2、3、4層廊道裏生長的表面比較粗糙的石筍，石鐘乳、石柱，它們被測試鑒定出都是在七十萬年前到一萬年前那個叫第四紀更新世週口店期發育而成的。這些樣品剖面上均衡的紋理刻錄著當時北京的氣候。那時的北京，氣候潮濕炎熱，森林密布的平原上水草豐沛，這些已經在週口店古人類遺址上找到證據，那些在岩層裏出土的植物種子就是最好的佐證。

　　因為北京猿人頭蓋骨出土的第一地點就是一個石灰岩的洞穴。它與石花洞的石灰岩同屬於一個時代的岩層。雖然現在這個洞穴已經坍塌成一個大坑，但經過半個多世紀的發掘考察，在這個40多米深的坑壁上，不僅可以清晰地看見十七個堆積層；而且還鑒定出第三層到第十一層是北京猿人生活居住的洞穴空間。這些岩層中出土了6具頭蓋骨、15具顎骨，以及150多顆牙齒，對這些出土的古人類遺骸進行鑒定之後，科學家們推定：北京猿人生活在迄今70萬年到23萬年以前以前週口店這個喀斯特洞穴裏。

　　尤其是岩壁上殘留著的多處灰燼層，根據灰燼層的厚度可以推算出當時北京猿人使用火堆燃燒的年代，一米的堆積厚度可以代表大約十萬年，而岩壁上有的地方竟然堆積了6米厚的灰燼，很難想象這個火堆居然熊熊燃燒了50多萬年經久不息。這個長明的火堆充分説明了北京猿人已經熟練地掌握了火的控制和使用，這是世界上最早懂得使用火的人類之一。

　　灰燼層裏殘存的木炭碎塊和大量燒過的碎骨，説明北京猿人居住的洞穴周圍植物茂盛，有比較豐富的果實、枝葉，這些都成為北京猿人生活中必須採集的食物，而118種動物化石的出土，充分證明附近許多脊椎動物群落的存在。

　　由此可見，當時的北京氣候溫暖濕潤，生物群落多樣而豐富。

　　然而，看似平靜的洞穴，原來隱藏著如此豐富的地質歷史和人類發展進化的信息，這些信息正是解讀大自然和人類自身歷史的一本厚厚的密碼書。

　　這本厚厚的密碼書，老人和研究喀斯特洞穴的科學家們並沒有讀完，也許下一頁還會給我們帶來更多的驚喜和發現……

　　首播時間：CCTV—10 11月22日 （週一） 14：40

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