編者按

五臺(tái)山之美，在于自然與文化的交融，還在于這座千年名山還是一座記錄地球億萬(wàn)年演化歷程的“天然地質(zhì)博物館”。

近日，記者專訪了山西省地質(zhì)調(diào)查院有限公司高級(jí)工程師、五臺(tái)山科考站站長(zhǎng)李建榮，原山西地質(zhì)博物館高級(jí)工程師續(xù)世朝以及山西省地質(zhì)調(diào)查院有限公司基礎(chǔ)地質(zhì)調(diào)查院院長(zhǎng)、高級(jí)工程師劉暢三位專家。在他們眼中，五臺(tái)山藏著一個(gè)獨(dú)特的“地質(zhì)世界”。其獨(dú)特性在于完整保留了25億至18億年前地球沉積、巖漿活動(dòng)、變質(zhì)作用與構(gòu)造變形的全過程。無(wú)論是研究早前寒武紀(jì)地質(zhì)構(gòu)造，探尋24億年前最古老真核生物化石，還是追蹤全球性大氧化事件的痕跡，五臺(tái)山都具有不可替代的科學(xué)價(jià)值。

如今，五臺(tái)山不僅是地質(zhì)科研的重要高地，更成為科普與教育的核心基地。請(qǐng)與我們一道走進(jìn)這里，一睹這座“天然地質(zhì)博物館”的神奇和瑰麗。

01

爬山就能“穿越”地殼

▲五臺(tái)山中變質(zhì)花崗綠巖帶。

站在五臺(tái)山西臺(tái)的懸崖邊，眼前層層疊疊如“千層糕”般的巖石，實(shí)則來(lái)自地下25千米的地殼深處。在地質(zhì)專家眼中，整座五臺(tái)山就是一部被“豎起來(lái)”的地球深部檔案。今天，就讓我們一同翻開這本“檔案”，探尋地球過往的奧秘。

無(wú)需鉆探機(jī) 徒步“穿越”地殼

2億年前，華北板塊與揚(yáng)子板塊發(fā)生碰撞。如同巨人抬手，將五臺(tái)山—恒山地下25千米處的巖層整體抬升至地表，形成了全球罕見的垂直地質(zhì)剖面。這一獨(dú)特構(gòu)造，讓我們無(wú)需借助深井鉆探，只需爬山就能“穿越”地殼。

從五臺(tái)山南坡向上攀登，腳下是來(lái)自地下5千米的淺變質(zhì)板巖，觸感相對(duì)松軟；抵達(dá)山頂及北麓，所踩巖石變?yōu)榈叵?5千米的中變質(zhì)花崗綠巖帶，硬度顯著提升；繼續(xù)向北前往恒山，映入眼簾的則是地下25千米的深變質(zhì)麻粒巖，它密度最大，堪稱地殼深處的“硬骨頭”。

巖石中的礦物還能充當(dāng)“溫度計(jì)”與“壓力計(jì)”，成分相同的礦物在不同深度會(huì)呈現(xiàn)不同形態(tài)，地質(zhì)學(xué)家依據(jù)這一“形態(tài)”，便能推算出礦物形成時(shí)的溫度與壓力，如同為地球“測(cè)量體溫”。

顯微鏡下 見證巖石“變形”

地殼深處的巖石并非靜止不動(dòng)。在清水河谷的峭壁上，有一道“之”字形巖帶，這是位于地下的“韌性剪切帶”，其形成過程宛如慢動(dòng)作下的“拉面條”。在地下500℃的高溫高壓環(huán)境中，巖石會(huì)逐漸變軟，如同橡皮泥般被板塊擠壓力“揉來(lái)揉去”。經(jīng)過上百萬(wàn)年的拉伸，巖石形成了波浪狀褶皺，其中的白云母晶體甚至被拉長(zhǎng)10倍，形似銀針，清晰記錄著巖石變形的強(qiáng)度。

不同礦物在不同深度的“變身”過程更為奇妙。石英在淺層時(shí)呈顆粒狀，而到了地下11千米、溫度達(dá)到300℃以上的環(huán)境中，便會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)榻z綢般的條帶；長(zhǎng)石需深入地下20千米、處于450℃的條件下才開始“變軟”；角閃石在南坡山腳時(shí)是墨綠色短柱狀，抵達(dá)北坡后則變成了銀灰色長(zhǎng)針狀；石榴子石更是能從櫻桃大小，生長(zhǎng)成拳頭般的“晶體炸彈”。

破解“黑匣子” 解讀地球演化

五臺(tái)山—恒山的巖石中，還隱藏著地球演化的“密碼”。從南到北，巖石呈現(xiàn)出完整的“變質(zhì)相帶”。起始是含綠泥石、絹云母的綠片巖相，形成于300℃、地下5—8千米的環(huán)境；接著是角閃石與斜長(zhǎng)石共生的角閃巖相，形成條件為600℃、地下15—18千米；最后是含有紫蘇輝石、石榴子石的麻粒巖相，形成于800℃、地下20—25千米的深處。

巖石中的特殊結(jié)構(gòu)，更是珍貴的地質(zhì)“黑匣子”。比如黃鐵礦晶體兩側(cè)的纖維狀礦物，如同日晷般指向應(yīng)力方向；旋轉(zhuǎn)的石榴子石包裹著早期形成的礦物，將巖石的變形歷史完好封存。這些證據(jù)表明，這片區(qū)域曾經(jīng)歷過三次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，每次運(yùn)動(dòng)期間溫度升高均超過200℃。

02

藏在石頭里的古老密碼

▲五臺(tái)山條帶狀鐵礦（阿爾戈馬型BIF）。

五臺(tái)山深山藏著改寫地球歷史的寶藏基地。這里的巖石不僅有可煉特種鋼的磁鐵礦，還記錄了25億年前地球“童年”的海底地質(zhì)運(yùn)動(dòng)。如今，這一古老寶藏借科技之力，為現(xiàn)代工業(yè)注入活力，成為解碼地球演化與推動(dòng)區(qū)域發(fā)展的雙重密鑰。

“鋼鐵童年”的誕生密碼

專家介紹，27億年前，五臺(tái)山是滾燙的古海洋，海水溫度達(dá)60℃。地球深部地幔柱上涌，使海底開裂，350℃富鐵熱液從縫隙噴出，將鐵、硅等物質(zhì)帶入海水。這些物質(zhì)經(jīng)沉積和鐵細(xì)菌作用，形成“條帶狀鐵建造”（BIF），為地球“鋼鐵童年”埋下伏筆。

25億年前，地球冷卻、地殼變硬，板塊運(yùn)動(dòng)活躍。板塊碰撞擠壓時(shí)，花崗巖漿鉆入海底沉積層，溫度變化讓巖石“變形”。600℃—450℃時(shí)，鐵礦物重結(jié)晶成磁鐵礦條紋；400℃—300℃時(shí)，熱液促使金、銅等礦物富集；200℃—150℃時(shí)，巖石變?yōu)榫G片巖。最終形成“花崗—綠巖帶”，鎖定豐富礦產(chǎn)。這一過程與區(qū)域深部地質(zhì)構(gòu)造相關(guān)，是地殼深部物質(zhì)與地表環(huán)境作用的產(chǎn)物。

現(xiàn)代工業(yè)的“動(dòng)力源泉”

五臺(tái)山鐵礦的開發(fā)利用歷史悠久，從我國(guó)古代十分發(fā)達(dá)的冶鐵業(yè)中的記述足以說明五臺(tái)山古代冶鐵業(yè)已初具規(guī)模?！渡胶＝?jīng)·五藏山經(jīng)》記載，春秋戰(zhàn)國(guó)時(shí)期（公元前770年—公元前221年）我國(guó)產(chǎn)鐵之山有34處，其中就有五臺(tái)山鐵產(chǎn)地；秦、漢時(shí)期（公元前221年—公元220年），漢武帝宣布鹽鐵官營(yíng)政策，全國(guó)49個(gè)設(shè)置鐵官的產(chǎn)鐵地區(qū)，山西就有5處，包括五臺(tái)山；隋、唐時(shí)代（公元581年—公元907年）《新唐書·地理志》記載，全國(guó)有鐵礦產(chǎn)地104處，其中山西有15處，主要分布在五臺(tái)、臨汾等地；截至2024年底，五臺(tái)山已探明鐵礦儲(chǔ)量42億噸，其磁鐵礦平均含鐵量35%，精加工后達(dá)68%，雜質(zhì)少，是冶煉特種鋼的理想原料。

此外，五臺(tái)山還蘊(yùn)藏金、銅、稀土、鈷鎳等關(guān)鍵金屬。2025年，峨口礦區(qū)新發(fā)現(xiàn)可用于電子器件的稀有礦產(chǎn)。其“垂直找深度”特性，讓不同深度巖層暴露，為礦產(chǎn)勘探和研究地殼深部礦產(chǎn)形成規(guī)律提供便利，不同變質(zhì)相帶巖石也為精準(zhǔn)找礦提供依據(jù)。

古老寶藏?zé)òl(fā)新生

過去，地質(zhì)工作者靠實(shí)地敲石頭、人工測(cè)數(shù)據(jù)找礦，效率低且難精準(zhǔn)定位深部礦體。2024年發(fā)射的“太行號(hào)”地質(zhì)衛(wèi)星，能識(shí)別地面0.1%的磁鐵礦異常，穿透地表植被與松散土層找礦體。

現(xiàn)代科技還提升了五臺(tái)山礦產(chǎn)的綜合利用水平，每噸鐵礦砂除煉鐵，還能提取1.2克黃金、38克銅和0.03克稀土。25億年前的“石頭”，在現(xiàn)代工業(yè)中煥發(fā)新生，續(xù)寫地質(zhì)資源與人類發(fā)展的新篇章。

03

每年“長(zhǎng)個(gè)”0.39毫米

▲五臺(tái)山北臺(tái)頂夷平面（石流坡）。

知道嗎？如今海拔3061.1米、被譽(yù)為“華北屋脊”的五臺(tái)山，在數(shù)千萬(wàn)年前竟是一片低海拔平原。這場(chǎng)跨越數(shù)千萬(wàn)年的“平地起高樓”，背后藏著地球板塊運(yùn)動(dòng)的精彩故事，你腳下的每一塊巖石，都藏著它從平原變身高山的億萬(wàn)年密碼。

從平原到高山的“成長(zhǎng)動(dòng)力”

如今海拔3061.1米的“華北屋脊”五臺(tái)山，數(shù)千萬(wàn)年前曾是低海拔平原，這一巨變?cè)从诘厍虬鍓K運(yùn)動(dòng)的“連鎖反應(yīng)”。

5600萬(wàn)年前，印度板塊以每年超10厘米的速度北沖，撞上歐亞大陸。它像“推土機(jī)”下插歐亞板塊，先撐起青藏高原，再帶動(dòng)鄂爾多斯地塊旋轉(zhuǎn)、推動(dòng)太行山脈抬升，最終將平坦的五臺(tái)地區(qū)“擠”起，開啟高山形成之路。4000萬(wàn)年到3600萬(wàn)年前，五臺(tái)山經(jīng)歷“塑形期”：先經(jīng)持續(xù)暴雨沖刷、河流千萬(wàn)年“打磨”，山頭被“削平”形成廣闊平原；隨后板塊再次擠壓，這片平原被整體抬升，最終成為華北最高峰。

大地留下的“成長(zhǎng)密碼”

無(wú)需穿越時(shí)空，大地的“證據(jù)”和科學(xué)測(cè)算，能清晰還原五臺(tái)山的“成長(zhǎng)史”。

夷平面上的磚紅色黏土，證明這里曾是高溫多雨的“南方景象”，氣候類似現(xiàn)在的海南，而非山西如今常見的黃褐色土壤環(huán)境。土層中鋁土礦殘留、稀土元素異常，表明這片土地曾暴露在地表超過3000萬(wàn)年。

巖石上的“傷痕”藏秘密：放射狀裂紋記錄特定方向的拉伸力；硅質(zhì)薄膜厚度能反映地表暴露時(shí)間；巖石內(nèi)部封存的熱事件遺跡，可證明4100萬(wàn)年前這里曾經(jīng)歷地?zé)岷婵尽?/p>

最初的2500萬(wàn)年，五臺(tái)山“生長(zhǎng)”緩慢，僅抬升200米，平均每萬(wàn)年高8厘米，相當(dāng)于人類指甲幾百年的生長(zhǎng)長(zhǎng)度。之后600萬(wàn)年，它突然“加速”，抬升720米，每萬(wàn)年長(zhǎng)高1.2米，速度是之前的15倍。

如今，五臺(tái)山仍在“長(zhǎng)高”：北斗衛(wèi)星監(jiān)測(cè)顯示，它每年垂直抬升0.39毫米、水平移動(dòng)2.1毫米，因速度過慢，人類憑感官難以察覺。

不可替代的“地質(zhì)寶庫(kù)”

五臺(tái)山的地質(zhì)歷史不僅具觀賞性，更有三大世界級(jí)價(jià)值，為地質(zhì)研究提供關(guān)鍵支撐。

一是“時(shí)間膠囊”，完好保存了5600萬(wàn)到3400萬(wàn)年前的古平原景觀，其時(shí)間跨度是人類歷史的百倍以上；二是“構(gòu)造標(biāo)尺”，即便距離板塊碰撞帶2400公里，仍清晰記錄著印度板塊與歐亞板塊碰撞的遠(yuǎn)程影響，為地質(zhì)研究提供關(guān)鍵依據(jù)；三是“氣候檔案”，紅土風(fēng)化殼如同“日記本”，見證了華北地區(qū)從“熱帶雨林”到“溫帶草原”的氣候變遷。

這場(chǎng)持續(xù)億萬(wàn)年的“地質(zhì)成長(zhǎng)記”仍在緩慢上演，五臺(tái)山的每一寸土地，都藏著千萬(wàn)年的地質(zhì)波瀾。

04

地質(zhì)運(yùn)動(dòng)打造的生物方舟

▲五臺(tái)山亞高山帶生長(zhǎng)嵩草草甸和凍原生態(tài)景觀。

深秋的五臺(tái)山鴻門巖，氣溫跌破-4℃，紅外相機(jī)捕捉到一群褐馬雞踏過初霜草甸。這些“雪山精靈”所在的2800米海拔，只是五臺(tái)山生態(tài)奇觀的一角，這里還濃縮了北半球從暖溫帶到極地的生態(tài)景觀，堪稱“地質(zhì)運(yùn)動(dòng)打造的生物方舟”。

一步跨出“千里氣候”

沿著五臺(tái)山海拔爬升，每向上走一段，就能遇見完全不同的生態(tài)世界。海拔600米—1800米的中低山帶，暖溫氣候讓油松林和灌叢成片生長(zhǎng)，豹貓?jiān)谶@里穿梭覓食；到了1800米—2400米的中山帶，寒溫氣候下，華北落葉松林成了主角，勺雞是這里的?？停辉偻?，2400米—3061.1米的亞高山帶屬極地型氣候，嵩草草甸和凍原鋪開，褐馬雞就生活在此。

這里還是個(gè)“生物寶庫(kù)”，2025年普查顯示，有1852種植物（包括特有種太行花）、297種脊椎動(dòng)物（國(guó)寶褐馬雞在內(nèi)），還有2100多種昆蟲（含新發(fā)現(xiàn)的五臺(tái)山步甲）。更神奇的是，這里海拔每升高100米，溫度就降0.61℃，相當(dāng)于緯度向北移1°，走160米就像從華北“穿越”到更北的地方。

決定生命在哪里安家

五臺(tái)山的生物分布，早就被地質(zhì)條件“安排”好了，不同巖石區(qū)孕育著專屬生態(tài)系統(tǒng)。片麻巖區(qū)的巖石能讓植物根系深入找水，鬼箭錦雞兒灌叢在這里扎根；石灰?guī)r區(qū)的土壤含鈣，適合白扦純林生長(zhǎng)；花崗巖區(qū)的酸性土壤能培育菌根網(wǎng)絡(luò)，華北落葉松林因此繁茂。2025年還在金剛庫(kù)組綠巖帶發(fā)現(xiàn)嗜鐵微生物，它們能加速鐵礦風(fēng)化、釋放磷元素，幫特有植物五臺(tái)金蓮花生長(zhǎng)。

第四紀(jì)冰期也給這里的動(dòng)物“量身定制”了生存技能。褐馬雞的腳距加寬15%，方便在雪地行走，嗉囊變大能儲(chǔ)存能量扛-20℃低溫；五臺(tái)山絹蝶的體液含抗凍蛋白，-15℃也凍不壞；步甲的甲殼有納米結(jié)構(gòu)，能反射紫外線防輻射。

預(yù)警氣候記錄演化

五臺(tái)山還是座天然科研站，能幫人類觀察氣候和生命演化。它像個(gè)“濕島”，東南濕潤(rùn)氣流爬升形成地形雨，年平均相對(duì)濕度68%，山上山下天氣差別大，一天里晴、陰、雨、霧輪番來(lái)，“十里不同天”很常見。

北臺(tái)頂?shù)谋O(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)藏著氣候變化的信號(hào)，現(xiàn)在林線在2483米，比10年前的位置上移了38米，說明近10年來(lái)的升溫速率為0.42℃/10a；今年花期的起始日期為5月7日，也比10年前提前了12天，物候期發(fā)生了明顯變化；凍土活動(dòng)層為2.1米，比以前增厚了0.4米，凍融循環(huán)加劇，更適合生物的蘇醒復(fù)活。

而冰期塑造的“生命孤島”，記錄著物種演化史。200萬(wàn)年前冰期來(lái)臨，原本廣泛分布的鳥類祖先被冰川分隔，在不同山脈演化成新物種，比如五臺(tái)山的褐馬雞、秦嶺的血雉、長(zhǎng)白山的松鳥。分子鐘顯示，褐馬雞和近親在80萬(wàn)年前（中更新世冰期）就分化開，都是環(huán)境變化的結(jié)果。

如今，人們也在守護(hù)這份奇跡。耿莊金礦的采礦跡地通過重塑片麻巖地形、接種微生物、種鬼箭錦雞兒、放巖鴿傳種子，5年就恢復(fù)了完整垂直生物帶，生物量達(dá)原生系統(tǒng)的92%。國(guó)家還啟動(dòng)“未來(lái)方舟計(jì)劃”，建生態(tài)基因庫(kù)、存1842種植物種子（含33種瀕危種）、冷凍23種動(dòng)物生殖細(xì)胞，并用3D掃描建生態(tài)模型。

05

山高百泉涌

深秋凌晨的五臺(tái)山北臺(tái)頂，-5℃的云霧裹挾著寒意，地質(zhì)人循著巖石裂縫中“咕咚”的水聲，探尋著五臺(tái)山的“脈動(dòng)”。從這里流出的涓涓細(xì)流，最終匯成滋養(yǎng)華北大地千年的滹沱河。這座頗有靈性的山，還是一座藏在云端的“天然水塔”。

山高水也高

五臺(tái)山“水塔”的根基，早在25億年前便已奠定。歷經(jīng)多次火山噴發(fā)，它成為太行山北段的支脈，因五座臺(tái)狀山峰得名“五臺(tái)山”。其中北臺(tái)頂海拔3061.1米，素有“華北屋脊”之稱。五臺(tái)山南北綿延180多千米，東西寬約130千米，整體海拔比華北平原高出1500米至2000米，天生就是一座“高地勢(shì)水倉(cāng)”。

億萬(wàn)年的地質(zhì)運(yùn)動(dòng)還為這座“水塔”鋪設(shè)了完善的“儲(chǔ)水層”。長(zhǎng)期的風(fēng)吹日曬、凍脹開裂，讓山體表面形成了30米至70米厚的風(fēng)化殼。風(fēng)化殼上布滿節(jié)理裂隙，如同海綿般能承接大氣降水，并將其轉(zhuǎn)化為地下水。更巧妙的是，風(fēng)化殼下方的巖石裂隙稀少，且存在不透水的黏土層充當(dāng)“隔水板”，穩(wěn)穩(wěn)托住高山上的地下水，這才造就了“山高水高”的獨(dú)特水文景觀。

泉水潔凈無(wú)污染

1990年至1995年，地質(zhì)專家對(duì)五臺(tái)山殊像寺旁的泉水展開勘查，結(jié)果令人驚喜：這是可直接飲用的優(yōu)質(zhì)礦泉水。它的鈉含量?jī)H為3.92mg/L至4.08mg/L、礦化度低至0.28mg/L，入口無(wú)咸澀感；還含0.35mg/L的鍶，以及鋰、硒、偏硅酸等多種對(duì)人體有益的微量元素。同時(shí)，泉水中有害成分、微生物含量均未超過國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，口感清甜冰涼。

不止這一處泉水，據(jù)記載，五臺(tái)山僅出露的泉水就有上百處。加之這里人口密度小，僅國(guó)家級(jí)生態(tài)保護(hù)區(qū)面積就達(dá)222.37平方千米，各類保護(hù)區(qū)總面積更是達(dá)到657.57平方千米，至今仍保持著原生態(tài)環(huán)境，泉水自然潔凈無(wú)污染。

“水塔”千年不斷流

這座“天然水塔”能千年運(yùn)轉(zhuǎn)，核心在于穩(wěn)定的“補(bǔ)水”與“排水”平衡。它的水源主要來(lái)自大氣降水。當(dāng)?shù)啬昶骄邓繛?24mm，而五臺(tái)山及周邊區(qū)域降水量可達(dá)1224mm。雨水滲入巖石裂隙，成為地下水的“源頭活水”。

此外，這里溫差顯著，五臺(tái)山及周邊年平均氣溫為-4℃，比當(dāng)?shù)仄渌麉^(qū)域低12.6℃，年積雪期超過8個(gè)月。積雪融化后，也成為地下水的重要補(bǔ)給來(lái)源。算一筆賬便可知其儲(chǔ)水能力：在2萬(wàn)多平方千米的范圍內(nèi)，每年大氣降水滲入補(bǔ)給的水量達(dá)10.2億立方米。而滹沱河每年向華北平原排水5億立方米，河北境內(nèi)西部山區(qū)的五條大河排水2億立方米，再加上側(cè)向地下水排泄的3億立方米，補(bǔ)給量與排泄量恰好持平，形成良性循環(huán)平衡，讓“水塔”常年水流不斷。

從25億年前的火山噴發(fā)到如今滋養(yǎng)華北的涓涓水流，五臺(tái)山這座“天然水塔”，不僅藏著地質(zhì)演變的神奇奧秘，更承載著華北大地的生命密碼。守護(hù)好這片原生態(tài)區(qū)域，便是守護(hù)我們身邊珍貴的“生命源泉”。

來(lái)源：山西日?qǐng)?bào)

本期編輯：康馨月

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