到五臺山 探天然地質博物館

編者按

五臺山之美，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年演化歷程的“天然地質博物館”。

近日，記者專訪了山西省地質調查院有限公司高級工程師、五臺山科考站站長李建榮，原山西地質博物館高級工程師續世朝以及山西省地質調查院有限公司基礎地質調查院院長、高級工程師劉暢三位專家。在他們眼中，五臺山藏著一個獨特的“地質世界”。其獨特性在于完整保留了25億至18億年前地球沉積、巖漿活動、變質作用與構造變形的全過程。無論是研究早前寒武紀地質構造，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，五臺山都具有不可替代的科學價值。

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

01

爬山就能“穿越”地殼

▲五臺山中變質花崗綠巖帶。

站在五臺山西臺的懸崖邊，眼前層層疊疊如“千層糕”般的巖石，實則來自地下25千米的地殼深處。在地質專家眼中，整座五臺山就是一部被“豎起來”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。

無需鉆探機 徒步“穿越”地殼

2億年前，華北板塊與揚子板塊發生碰撞。如同巨人抬手，將五臺山—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剖面。這一獨特構造，讓我們無需借助深井鉆探，只需爬山就能“穿越”地殼。

從五臺山南坡向上攀登，腳下是來自地下5千米的淺變質板巖，觸感相對松軟；抵達山頂及北麓，所踩巖石變為地下15千米的中變質花崗綠巖帶，硬度顯著提升；繼續向北前往恒山，映入眼簾的則是地下25千米的深變質麻粒巖，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“溫度計”與“壓力計”，成分相同的礦物在不同深度會呈現不同形態，地質學家依據這一“形態”，便能推算出礦物形成時的溫度與壓力，如同為地球“測量體溫”。

顯微鏡下 見證巖石“變形”

地殼深處的巖石并非靜止不動。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作下的“拉面條”。在地下500℃的高溫高壓環境中，巖石會逐漸變軟，如同橡皮泥般被板塊擠壓力“揉來揉去”。經過上百萬年的拉伸，巖石形成了波浪狀褶皺，其中的白云母晶體甚至被拉長10倍，形似銀針，清晰記錄著巖石變形的強度。

不同礦物在不同深度的“變身”過程更為奇妙。石英在淺層時呈顆粒狀，而到了地下11千米、溫度達到300℃以上的環境中，便會轉變為絲綢般的條帶；長石需深入地下20千米、處于450℃的條件下才開始“變軟”；角閃石在南坡山腳時是墨綠色短柱狀，抵達北坡后則變成了銀灰色長針狀；石榴子石更是能從櫻桃大小，生長成拳頭般的“晶體炸彈”。

破解“黑匣子” 解讀地球演化

五臺山—恒山的巖石中，還隱藏著地球演化的“密碼”。從南到北，巖石呈現出完整的“變質相帶”。起始是含綠泥石、絹云母的綠片巖相，形成于300℃、地下5—8千米的環境；接著是角閃石與斜長石共生的角閃巖相，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。

巖石中的特殊結構，更是珍貴的地質“黑匣子”。比如黃鐵礦晶體兩側的纖維狀礦物，如同日晷般指向應力方向；旋轉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。這些證據表明，這片區域曾經歷過三次構造運動，每次運動期間溫度升高均超過200℃。

02

藏在石頭里的古老密碼

▲五臺山條帶狀鐵礦（阿爾戈馬型BIF）。

五臺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”的海底地質運動。如今，這一古老寶藏借科技之力，為現代工業注入活力，成為解碼地球演化與推動區域發展的雙重密鑰。

“鋼鐵童年”的誕生密碼

專家介紹，27億年前，五臺山是滾燙的古海洋，海水溫度達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、硅等物質帶入海水。這些物質經沉積和鐵細菌作用，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，板塊運動活躍。板塊碰撞擠壓時，花崗巖漿鉆入海底沉積層，溫度變化讓巖石“變形”。600℃—450℃時，鐵礦物重結晶成磁鐵礦條紋；400℃—300℃時，熱液促使金、銅等礦物富集；200℃—150℃時，巖石變為綠片巖。最終形成“花崗—綠巖帶”，鎖定豐富礦產。這一過程與區域深部地質構造相關，是地殼深部物質與地表環境作用的產物。

現代工業的“動力源泉”

五臺山鐵礦的開發利用歷史悠久，從我國古代十分發達的冶鐵業中的記述足以說明五臺山古代冶鐵業已初具規模。《山海經·五藏山經》記載，春秋戰國時期（公元前770年—公元前221年）我國產鐵之山有34處，其中就有五臺山鐵產地；秦、漢時期（公元前221年—公元220年），漢武帝宣布鹽鐵官營政策，全國49個設置鐵官的產鐵地區，山西就有5處，包括五臺山；隋、唐時代（公元581年—公元907年）《新唐書·地理志》記載，全國有鐵礦產地104處，其中山西有15處，主要分布在五臺、臨汾等地；截至2024年底，五臺山已探明鐵礦儲量42億噸，其磁鐵礦平均含鐵量35%，精加工后達68%，雜質少，是冶煉特種鋼的理想原料。

此外，五臺山還蘊藏金、銅、稀土、鈷鎳等關鍵金屬。2025年，峨口礦區新發現可用于電子器件的稀有礦產。其“垂直找深度”特性，讓不同深度巖層暴露，為礦產勘探和研究地殼深部礦產形成規律提供便利，不同變質相帶巖石也為精準找礦提供依據。

古老寶藏煥發新生

過去，地質工作者靠實地敲石頭、人工測數據找礦，效率低且難精準定位深部礦體。2024年發射的“太行號”地質衛星，能識別地面0.1%的磁鐵礦異常，穿透地表植被與松散土層找礦體。

現代科技還提升了五臺山礦產的綜合利用水平，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”，在現代工業中煥發新生，續寫地質資源與人類發展的新篇章。

03

每年“長個”0.39毫米

▲五臺山北臺頂夷平面（石流坡）。

知道嗎？如今海拔3061.1米、被譽為“華北屋脊”的五臺山，在數千萬年前竟是一片低海拔平原。這場跨越數千萬年的“平地起高樓”，背后藏著地球板塊運動的精彩故事，你腳下的每一塊巖石，都藏著它從平原變身高山的億萬年密碼。

從平原到高山的“成長動力”

如今海拔3061.1米的“華北屋脊”五臺山，數千萬年前曾是低海拔平原，這一巨變源于地球板塊運動的“連鎖反應”。

5600萬年前，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”下插歐亞板塊，先撐起青藏高原，再帶動鄂爾多斯地塊旋轉、推動太行山脈抬升，最終將平坦的五臺地區“擠”起，開啟高山形成之路。4000萬年到3600萬年前，五臺山經歷“塑形期”：先經持續暴雨沖刷、河流千萬年“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“成長密碼”

無需穿越時空，大地的“證據”和科學測算，能清晰還原五臺山的“成長史”。

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”，氣候類似現在的海南，而非山西如今常見的黃褐色土壤環境。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；硅質薄膜厚度能反映地表暴露時間；巖石內部封存的熱事件遺跡，可證明4100萬年前這里曾經歷地熱烘烤。

最初的2500萬年，五臺山“生長”緩慢，僅抬升200米，平均每萬年高8厘米，相當于人類指甲幾百年的生長長度。之后600萬年，它突然“加速”，抬升720米，每萬年長高1.2米，速度是之前的15倍。

如今，五臺山仍在“長高”：北斗衛星監測顯示，它每年垂直抬升0.39毫米、水平移動2.1毫米，因速度過慢，人類憑感官難以察覺。

不可替代的“地質寶庫”

五臺山的地質歷史不僅具觀賞性，更有三大世界級價值，為地質研究提供關鍵支撐。

一是“時間膠囊”，完好保存了5600萬到3400萬年前的古平原景觀，其時間跨度是人類歷史的百倍以上；二是“構造標尺”，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程影響，為地質研究提供關鍵依據；三是“氣候檔案”，紅土風化殼如同“日記本”，見證了華北地區從“熱帶雨林”到“溫帶草原”的氣候變遷。

這場持續億萬年的“地質成長記”仍在緩慢上演，五臺山的每一寸土地，都藏著千萬年的地質波瀾。

04

地質運動打造的生物方舟

▲五臺山亞高山帶生長嵩草草甸和凍原生態景觀。

深秋的五臺山鴻門巖，氣溫跌破-4℃，紅外相機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，只是五臺山生態奇觀的一角，這里還濃縮了北半球從暖溫帶到極地的生態景觀，堪稱“地質運動打造的生物方舟”。

一步跨出“千里氣候”

沿著五臺山海拔爬升，每向上走一段，就能遇見完全不同的生態世界。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，豹貓在這里穿梭覓食；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，勺雞是這里的常客；再往上，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“生物寶庫”，2025年普查顯示，有1852種植物（包括特有種太行花）、297種脊椎動物（國寶褐馬雞在內），還有2100多種昆蟲（含新發現的五臺山步甲）。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

五臺山的生物分布，早就被地質條件“安排”好了，不同巖石區孕育著專屬生態系統。片麻巖區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；石灰巖區的土壤含鈣，適合白扦純林生長；花崗巖區的酸性土壤能培育菌根網絡，華北落葉松林因此繁茂。2025年還在金剛庫組綠巖帶發現嗜鐵微生物，它們能加速鐵礦風化、釋放磷元素，幫特有植物五臺金蓮花生長。

第四紀冰期也給這里的動物“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，嗉囊變大能儲存能量扛-20℃低溫；五臺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構，能反射紫外線防輻射。

預警氣候記錄演化

五臺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“濕島”，東南濕潤氣流爬升形成地形雨，年平均相對濕度68%，山上山下天氣差別大，一天里晴、陰、雨、霧輪番來，“十里不同天”很常見。

北臺頂的監測數據藏著氣候變化的信號，現在林線在2483米，比10年前的位置上移了38米，說明近10年來的升溫速率為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，物候期發生了明顯變化；凍土活動層為2.1米，比以前增厚了0.4米，凍融循環加劇，更適合生物的蘇醒復活。

而冰期塑造的“生命孤島”，記錄著物種演化史。200萬年前冰期來臨，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，比如五臺山的褐馬雞、秦嶺的血雉、長白山的松鳥。分子鐘顯示，褐馬雞和近親在80萬年前（中更新世冰期）就分化開，都是環境變化的結果。

如今，人們也在守護這份奇跡。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年就恢復了完整垂直生物帶，生物量達原生系統的92%。國家還啟動“未來方舟計劃”，建生態基因庫、存1842種植物種子（含33種瀕危種）、冷凍23種動物生殖細胞，并用3D掃描建生態模型。

05

山高百泉涌

深秋凌晨的五臺山北臺頂，-5℃的云霧裹挾著寒意，地質人循著巖石裂縫中“咕咚”的水聲，探尋著五臺山的“脈動”。從這里流出的涓涓細流，最終匯成滋養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

五臺山“水塔”的根基，早在25億年前便已奠定。歷經多次火山噴發，它成為太行山北段的支脈，因五座臺狀山峰得名“五臺山”。其中北臺頂海拔3061.1米，素有“華北屋脊”之稱。五臺山南北綿延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“高地勢水倉”。

億萬年的地質運動還為這座“水塔”鋪設了完善的“儲水層”。長期的風吹日曬、凍脹開裂，讓山體表面形成了30米至70米厚的風化殼。風化殼上布滿節理裂隙，如同海綿般能承接大氣降水，并將其轉化為地下水。更巧妙的是，風化殼下方的巖石裂隙稀少，且存在不透水的黏土層充當“隔水板”，穩穩托住高山上的地下水，這才造就了“山高水高”的獨特水文景觀。

泉水潔凈無污染

1990年至1995年，地質專家對五臺山殊像寺旁的泉水展開勘查，結果令人驚喜：這是可直接飲用的優質礦泉水。它的鈉含量僅為3.92mg/L至4.08mg/L、礦化度低至0.28mg/L，入口無咸澀感；還含0.35mg/L的鍶，以及鋰、硒、偏硅酸等多種對人體有益的微量元素。同時，泉水中有害成分、微生物含量均未超過國家標準，口感清甜冰涼。

不止這一處泉水，據記載，五臺山僅出露的泉水就有上百處。加之這里人口密度小，僅國家級生態保護區面積就達222.37平方千米，各類保護區總面積更是達到657.57平方千米，至今仍保持著原生態環境，泉水自然潔凈無污染。

“水塔”千年不斷流

這座“天然水塔”能千年運轉，核心在于穩定的“補水”與“排水”平衡。它的水源主要來自大氣降水。當地年平均降水量為524mm，而五臺山及周邊區域降水量可達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，五臺山及周邊年平均氣溫為-4℃，比當地其他區域低12.6℃，年積雪期超過8個月。積雪融化后，也成為地下水的重要補給來源。算一筆賬便可知其儲水能力：在2萬多平方千米的范圍內，每年大氣降水滲入補給的水量達10.2億立方米。而滹沱河每年向華北平原排水5億立方米，河北境內西部山區的五條大河排水2億立方米，再加上側向地下水排泄的3億立方米，補給量與排泄量恰好持平，形成良性循環平衡，讓“水塔”常年水流不斷。

從25億年前的火山噴發到如今滋養華北的涓涓水流，五臺山這座“天然水塔”，不僅藏著地質演變的神奇奧秘，更承載著華北大地的生命密碼。守護好這片原生態區域，便是守護我們身邊珍貴的“生命源泉”。

來源：山西日報

本期編輯：康馨月

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