最新研究：現代黃河水系格局125萬年前形成

中國科學院地質與地球物理研究所研究員龐忠和，與一眾科學家圍繞黃河「身世」和現代黃河水系格局形成時代展開研究，通過地下水精細定年測定，得出「現代黃河水系格局的形成時代為125萬年前」的結論。研究結果已在國際期刊《地球與行星科學快報》（Earth And Planetary Science Letters）發表。

《中國科學報》介紹，古黃河從寶雞峽貫通三門峽東流入海，現代黃河則從六盤山起向北流，經賀蘭山後過陰山河套，再由呂梁以西向南折返，最後經三門峽東流入海。

然而，對於古黃河中遊改道的時間，學術界眾說紛紜，對現代黃河水系格局的形成時代，有15萬年前、不晚於120萬年前、約500萬年前等不同觀點。

以往，科學家使用36Cl測年方法來測定地質沈積物年限，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，其定年結果的解譯精度低，在地下水中的應用非常有限。

為此，中國科學院地質與地球物理研究所、北京師範大學、中國科學技術大學組成聯合科研團隊，選擇渭河盆地深層地下水展開年代學研究，並綜合81Kr與36Cl方法開展精細的定年工作。

作為惰性氣體家族一員，81Kr的半衰期是23萬年，定年範圍可達130萬年，而且81Kr在地下無干擾源、化學性質穩定、不與其他物質發生反應，被看作是十萬到百萬年尺度區間古老地下水的理想示蹤劑。由於81Kr同位素在自然界中的豐度極低，導致該方法的應用長期受限，直到基於激光冷卻原子阱技術（ATTA）的出現。

據介紹，ATTA是一種量子測量技術，可實現單原子水平的計數，具有極高的靈敏度，可以在每微升為10-14同位素水平（STP）的氪氣中計數極低濃度的85Kr和81Kr原子。

龐忠和解釋，基於兩種方法的結合與對比研究，不僅能得到更精確的地下水年齡數據，還可以根據地下水年齡數據的差異性，找到影響36Cl定年結果的重要因素，進而深入了解地下水經歷的深部地球化學過程和動力學信息。

研究人員解釋，渭河盆地位於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沈積，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利用造就一大批深部地熱水井，間接為分層採樣測試創造有利條件。

據介紹，該研究共採集測定了8組地下水樣品。通過分析地下水的年齡和化學成分數據，研究人員發現，自秦嶺山脈向北，區域地下水呈現年齡逐漸變老的趨勢；而根據地球化學溫度計估算，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使繼續向北運移的同時，溶解了古三門湖湖相沈積中的氯化物，因而Cl元素含量顯著增加，並最終與盆地中心部位的老地下水混合。

由於鄂爾多斯高原隆升，黃河溯源侵蝕和不斷下切導致區域深層地下水流向發生了由東西向變為南北向的轉折。而這個時間約110萬年至130萬年前，正好對應中更新世氣候轉型期、第四紀轉型期。最終，研究獲得了125萬年前斷代時間節點的新結果和區域地下水流場的新認識。