东非大裂谷考察记实

东非大裂谷古人类遗迹以及地质剖面考察

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2 8卷 2期

综合考察

东非大裂谷考察记实隋建立①刘嘉麒② ①博士生，国科学院地质与地球物理研究所，非大裂谷中国科考队员，京 1 0 2 中东北 00 9②中国学科院院士，国科学院地质与地球物理研究所，京 1 0 2中北 009

关键词东非大裂谷

东非高原

火山

东非大裂谷是地球上最大的大陆裂谷系统。谷、山、裂火高原 (非高原 )东以及古人类演化等每一个领域都是最引人瞩目的焦点。2 O世纪 7 O年代、 O年代。于东非大裂谷阿法尔地区 (塞俄比亚北部 )研究。板块构造学说奠 8关埃的为定了坚实的基础。一系列至关重要的古人类化石和遗迹的发现，立了东非大裂谷在古人类学方面的地位。非洲政确治、济的缓慢发展，碍了该地区科学的充分发展。中国科研走出国门提供了极好的研究对象。经阻为

东非大裂谷在地质上是独一无二的，就像中国的青

1引言16 9 8年，魏格纳根据地图上大陆形状的可拼合性提出了板块构造学说，来获得众多的地质现象的支持，后至今已经发展成为地学最重要的基础理论之一。其中二次世界大战以后，军声纳设备用于海洋探测，现海发大洋扩张，为板块构造学说的有力证据；此之外，成除地磁研究证实的大陆漂移现象，为板块构造学说的另一成个强有力的支柱。板块学说认为，层岩石圈就像一个表刚性的薄板漂浮在熔融的地幔 (如软流圈 )上，应例之在力的作用下，岩石圈可以移动、裂、聚和消减。对于破汇

藏高原，研究固体地球动力学的关键，是每一个地是也学家梦寐以求、心向往的地方。但是由于政治、济真经等方面的原因，洲一直很落后，学研究更加薄弱；非科由

于历史的原因，里的第三世界国家也不欢迎西方学这者，是他们与中国却关系密切。因此， 20但在 0 5年 8 月，埃塞俄比亚驻北京大使馆邀请，国科学探险协受中会组织中国科学家首次赴非洲进行科学探险和考察活动，了初步研究东非大裂谷地质和火

山以外，时也除同考察、了解和研究东非大裂谷的气候、态环境、生动植物和古人类的起源等科学问题。

地球板块的运动模式，尔逊提出一个假说，为大陆威认裂谷是原始大洋的开始，着裂谷的持续扩张，会形随就

2地质概况东非大裂谷被誉为地球上最大的大陆裂谷系统，包括红海和亚丁湾在内的裂谷系统总长度达到 65 0 k 0 m,像一个巨大的之字形，横盘绕在广阔的非洲大地上。纵 大裂谷南北纵贯非洲大陆，分岔为东西两支，支从并东非洲北部经过埃塞俄比亚向南一直延伸到肯尼亚，大其部分位于埃塞俄比亚境内，一段也是东非大裂谷东支这最典型的地区，括狭长的裂谷和雄伟的高原。包 东非大裂谷是一个年轻的裂谷系统，究表明大裂研谷的形成主要是第三纪构造活动的结构，成大裂谷的形构造活动包括板块的水平扩张和垂直隆升两种形式，并伴随着广泛的岩浆活动和火山喷发。迄今为止，非大东裂谷仍在扩张，仍然有大量的火山活动。美国和欧洲各

成真正的大洋，洋板块在俯冲带消减，致大陆的增大导生和拼合。东非大裂谷可看作是一个威尔逊旋回的开始，始的大洋或者说大洋的雏形正在这里逐步扩张原形成。

国合作执行一个很大的项目——鹰计划，这里通过人在图 1东非大裂谷中国科学考察队

工地震台网监测、究地球上最大的大陆裂谷系统，研探

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Co p e n i e Su v y m r he s v r e

C ieeJ u n lo Na u e Vo. 8 No 2 h n s o r a f tr 12 .

索大裂谷地区的固体地球动力学特征。东非大裂谷构造活动和岩浆活动，层次的动力学机深制受到地下深部软流圈地幔上涌驱动。软流圈上涌使得原

谷的构造活动同步。在东非大裂谷地区，山岩覆盖了火大部分地区，高原的顶部到裂谷的底部，山岩的岩从火性变化从基性的玄武质熔岩流、岩台地到酸性的火山熔灰和浮岩，保留了大量的火山形貌，如火山渣锥、并例破

本统一的非洲板块被

拉伸和减薄，局部地区出现张裂和断陷，贯通形成整个大陆规模的、并深达上地幔的巨大裂谷系

火山口、火口湖、山颈等。其中非洲最高峰——乞破火力马扎罗峰的顶部，是一个巨大的火山锥。乞力马扎就罗峰海拔 58 5m, 9山顶终年冰雪覆盖，名副其实的赤是道雪山。另外，东非大裂谷地区也不乏现代火山活在动，中大裂谷东支的火山活动主要分布在埃塞俄比亚其的北部边界和中部地区。

统；同时驱动大裂谷地区的地壳持续隆升，形成巨大的高原——

东非高原，以埃塞俄比亚地区尤为典型；软流圈上涌同

时也向上提供了一定的岩浆来源，大裂谷减压作用形成与的岩浆一起喷出地表，形成大量火山活动。 沿着东非大裂谷两侧数百公里的大部分地区，拔海很高， 20 0多米以上，为东非高原。东非高原，海在 0称从

F nae火山位于埃塞俄比亚中部地区，一个巨大 a tl是的破火山口，口直径有 1 m宽，体底部海拔高度约上 5k锥110m, 0 顶部约 16 0多米。从山顶上可以看到，火山 0破

CJ

拔 9 0多米的谷底到 40 0多米的高原顶部，物分带明 0 0植显，热带雨林到高山苔原带连续变化，为热带赤道地从成区的一道亮丽的风景线。由于地势的降温效应，于高处原地区的埃塞俄比亚大部分地区都比较凉爽，都亚的首斯亚贝巴的海拔在 250m以上，全感受不到夏天的酷 0 完

口内有更小规模的火山锥体分布，明 F nae火山主体说 a tl形成 (约 7万年前 )大以后，有小规模的岩浆活动，今还至破火山口内还有热泉和喷气孔在活动。从远处望去，F na a tl火山形成巨大的、峰迭起的剪影，炸式喷发 e破尖爆形成的尖锐的山峰表露无疑。在 F nae火山附近，布 a tl分了大量的爆炸式喷发产物和许多相对较小的火山锥，保留了形形色色的爆炸式火山形貌。在 F nae火山西北 a tl约 5k处， m有个很新的火山锥，体高约 4 外表呈土锥 0m,

热，是赤道高原的紫外线可能比其他地区更强烈一些。但 由于软流圈上涌和

地壳隆升的原因，大裂谷底部海拔也远远高于海平面，约在 9 0 10 0m以上。大裂大 0 0谷两侧广阔的高原形成巨大的汇水盆地，洲东海岸充非沛的降雨，着地势汇聚，流而下，大裂谷的地步形沿奔在成一系列的湖泊，一串明珠撒落人间。非洲最大的湖像泊是维多利亚湖，于东非大裂谷的西支，面有几百位水公里宽，面积约 6 9万平方公里。在东支的埃塞俄比亚 .地区，也有一系列的大型湖泊。由于东非高原的降雨量很大 (约 15 0毫米/ )从高原而来的汇水携带大量大 0年，的泥沙和矿物质，汇聚到谷底，加上当地蒸发量很大，许

黄色，远望去就像一个巨大的黄土堆，开的剖面显示远挖青黑色的、煤渣一样的火山渣。这个锥体风化比较轻，象 尚未形成土壤，被发育很差，乎没有植被覆盖，些植几这现象表明这个锥体还很年轻。因为新喷发的火山灰、火山渣，物还不能生长，常大约 2 0年以内即可发育土植通 0壤、始出现植被覆盖，壤的厚度、被的发育情况显开土植

多湖水一般没有排泄口，度浓缩，成一些咸水湖和盐形微成湖，而不是象维多利亚那样的淡水湖。 东非大裂谷的构造活动伴随着强烈的火山活动，所以火山岩几乎覆盖了整个地区，是在北部阿尔法盆地只和低洼的谷底出露一些第四纪沉积物和早期沉积岩。 在埃塞俄比亚的 S fOma o r地区，有典型的中生代灰具岩出露。S fOma地区位于 Bae山南部的河谷，底 o r l谷海拔大约 9 0多米， 0由于河流对石灰岩的溶蚀作用，形成深约 1 0多米的河谷，层出露清晰。石灰岩顶部被 0底

示了火山锥的年龄信息。中国东北的天池火山 10 0年 0大喷发形成的厚层白色浮岩，经被参天的大树、密的已茂森林所覆盖，以此类比， a tl近的这个火山至少是几 F nae附百年内喷发的新火山。除此之外，塞俄比亚北部边界埃和中部地区还有一些正在喷发活动的火山。

第三纪火山岩覆盖，部不见底。河谷有一段长约 1下 5 k的地下河，育很多溶洞， m

发孕育了长达 8 0年独特的 0S fOma部落文化。 o r

3火山软流圈的上涌以及深达地幔的大裂谷，为火山活动提供了岩浆来源和岩浆通道，因此火山活动一直与大裂 1 00

图 2考古现场，坑底有石器和兽骨，坑壁的火山灰层 (色 )藏着土壤层 (色 )浅夹深

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综合考察薄层的火山灰；塞俄比亚南部 7埃 0年代发现的 Ko s no Ga ua遗址被火山灰层覆盖保存；覆盖整个埃塞俄 d lr在比亚南部数百公里范围的火山灰层中，藏着 1 5 m夹~ 厚的黄色粘土风化层；本次科考活动中，人类学专在古家黄万波研究员在该风化中发现大量的打制石器。上述种种证据表明，洲的古人类起源和演化与火非

破火山口是爆炸式火山喷发以后，空的岩浆房内排部塌陷，导致火山锥体顶部回落、陷，成巨大的锅状下形

凹陷，果后期蓄水，会形成破火口湖。F n ae火山如就 a tl是一个干的破火山口，中国的长白山天池则是一个巨而大的破火口湖，在茫茫的长白山之巅，蓄一汪清水，约大有 2亿立方米。由于东非大裂谷的活动，非洲形成很在多火山以及火山湖，中最著名的是喀麦隆的尼厄斯湖其 ( o) Ny s。该湖以水怪传说而著名，起地学界关注的则引

山作用密切相关，且大量的爆炸式喷发产物——火山而灰，为古人类化石和遗迹的保存提供了重要的条件。通常而言，物死亡后很快就会被其它生物所捕食，物生生

是尼厄斯湖底汇聚的火山气体造成的巨大灾害，湖多该次爆发火山有毒气体灾害，曾于 1 8 9 4年引起 17 0多人 0死亡。埃塞俄比亚中部地区，山活动形成一些小型的火破火口湖，亮的圆形湖面和湖岸堆积的环状火山灰漂

遗迹也也会被风化、灭，石的保存需要苛刻的条件， 化而火山喷发恰好可以提供这种快速掩埋、闭环境、封还原条件等。通过化石证据纪录的支离破碎的历史片段，我们可以设想：烈的构造运动——东非高原的大规模剧隆升和地壳

的拉张、断陷，成生态环境的多样性，利造有于物种的多样性，激生物进化和古人类的出现；规刺大模的火山作用是破坏性和毁灭性的，尤其是像这种覆盖

墙，使它们共同的特点。覆盖全区的火山岩，标定大裂谷构造活动时间、为

重建区域构造历史提供了良好的条件，山岩的形成年火代、隆生历史、蚀时间、平面等都可以提供大裂谷活剥夷动的时间线索；进一步的火山岩地球化学工作，可而则

埃塞南部数百公里的火山喷发，然会在短期内引起动必植物的大量死亡，境急剧恶化，速物种淘汰和进化环加的速度。因此，注东非人类起源和演化的问题，须关必重视火山研究。

以深入探讨岩浆的成因演化、幔源区的性质，究大地研裂谷深部地球动力学演化。除此之外，非大裂谷的火东山研究，能为人类起源、化研究提供宝贵的年龄证也演据和其他地质基础资料。 DNA证据显示现在地球上生活和分布的各色人种——

不论是黑人、白种人还是黄种人，们都有一个共我

4结束语在构造上，非大裂谷是一个扩张区和隆升区，东为

同的祖先；干年前，们人类共同的始祖从非洲东部若我开始，步地、阶段地向世界各地扩散。化石证据表逐分

岩浆活动和火山作用创造了条件。火山作用伴随着东非大裂谷的扩张和东非高原的隆升，山喷发的基性玄火武质熔岩和酸性火山灰覆盖了东非大裂谷大部分地区， 并且形成很多重要的矿产资源。火山活动与古人类演

明，在非洲的埃塞俄比亚拥有世界上最古老的人类化石——

大约四百万年前的露西 ( u h )石， L cy化以及大量的

几万年到 3 0多万年的人类遗迹和化石，早期人类的 0为起源和演化提供了最为宝贵的证据。值得注意的是，非洲大量的化石和遗迹与火山活动有关，如与 L c y同例 uh时代的地层发现了清晰、贵的人类智力行走的足迹印珍在曾经酥松的火山灰地层上；名的 Awah河谷的人类著 s活动遗址覆盖在火山灰之下，且气上覆地层有很多层并

化关系

密切，供了必要的化石保存条件。提由于历史原因和地区政治局势等因素，成东非大造

裂谷埃塞俄比亚区段的地质研究非常薄弱，东非大裂与谷独一无二的地位不相称。考虑到中埃友好合作的历史和现状，国到埃塞俄比亚研究具有一定的优势。此中

次科考尽管行程匆匆、一漏万，是给我们留下了深挂但刻的印象，我们期待着更进一步的合作和研究。( 0 6年 3月 2日收到 ) 20 2

The Ea tAf i a itSy t m s rc n R f s e Su i n.i, Li i . 0 iJ a 1D u J a qi① D co a d d t;② C S Me e,I siu e o o o y a d o t rc n ia e A mb r n t t f Ge lg n tGe p y is,CAS,Bei g 1 0 2 o h sc ii 0 0 9 nKe r y wo dsvol ano c

Ea t Af ia Rit y t m, Ea t s rc n f S se s Af i a a t a o, rc n li n pl

图 3化石

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10年8,我国科学考察队应埃塞俄比亚驻北京 0 5月

使馆邀请，首次赴东非大裂谷进行科学探险和考霎活动，同时对东非大裂谷的气候、生态环境、动直和古人类的起源等科学问题进行研究。物

▲阿比亚塔湖浑浊的湖水、广阔的滩涂、美丽的火烈鸟▲ Sf m r o O a溶洞和地下河

火山锥风化残留火山颈

▲ Sf m r o a地下溶洞，流水作用形成的鱼鳞状 O剥蚀面

青尼罗河

▲一夫当关，狒狒挡住了通往峡谷的栅栏

参见本期“东非大裂谷考察记实”一文 (片系考察队员隋建立博士提供)照