波兰飞来石喀尔巴阡山脉晚冰期至全新世的岩体运动活动阶段，及其受地质与古气候因素影响的机制——当前研究进展与新的视角

《Quaternary International》：Late Glacial – Holocene phases of mass movements activity in the Polish Flysch Carpathians as effect of geological and paleoclimatic factors interferences – the state – of – the – art and a new perspective

　　

沃洛迪米尔·马吉列夫斯基

波兰科学院自然保护研究所，地址：波兰克拉科夫亚当·密茨凯维奇大街33号，邮编31-120

摘要

本研究概述了目前关于波兰喀尔巴阡山脉滑坡阶段的认知状况，旨在探究初始岩崩形态的长期发展规律，并评估内部与外部因素在加剧物质运动中的作用。研究提出了13个新的滑坡放射性碳测年数据以及23个滑坡沼泽中矿物层的测年数据，结合此前已发表的数据，利用扩展后的数据集计算出了滑坡¹⁴C年龄的累积概率密度函数（CPDF）。基于总共97个滑坡测年数据和131个矿物层测年数据得出的新CPDF曲线显示，在晚冰期和全新世期间，波兰喀尔巴阡山脉的物质运动呈现出周期性加剧的趋势，这一结果印证了早先的假设，即这些变化主要与气候湿度增加导致的降水频率和强度周期性上升有关。通过34个洞穴沉积物的绝对测年数据确定重力作用形成的洞穴（即岩崩形成的初始阶段）的发育时间，可以发现当前各岩体正处于不同的重力分解阶段。通过分析控制岩崩发展的内部因素，尤其是沿构造断层延伸的裂缝和洞穴的长期演变情况，以及强降水、地震等外部触发因素之间的关系，有助于解释在潮湿甚至较冷的气候条件下滑坡活动为何会周期性加剧。引发物质运动的地震可能源自构造活动或气候变化，而寒冷时期山地冰川的波动也可能引发冰川静力地震，进而促进滑坡的形成。通过CPDF分析确定的滑坡活跃期（约1.4万及1.2万年前、约1.2万年前、1.1万–1.05万年前、0.93万–0.85万年前、0.82万–0.78万年前、0.6万–0.55万年前、0.43万–0.4万年前、0.32万–0.28万年前、约2千年前以及1.4千年前校正年份，还有小冰期，即公元1250–1850年）与晚冰期和全新世期间气候湿度增加的阶段高度吻合，部分时段也与气候变冷相对应。

引言

山区中的物质运动是一种常见现象（例如Starkel, 1960；Dikau等人，1996；Pánek等人，2013）。在外喀尔巴阡山脉（即别斯克德山脉），该地区由碎屑岩构成（见图1），物质运动是塑造地形的主要力量，覆盖了30–40%的坡面区域（例如Starkel, 1960；Zi?tara, 1968；Bober, 1984；Gorczyca, 2004；Chalupa等人，2018；Pánek等人，2013）。在波兰喀尔巴阡山脉的某些山系中，甚至还出现了“滑坡型地形”这一概念（例如Beskid Niski山脉——见图1D，Starkel, 1960）。截至目前，波兰喀尔巴阡山脉的滑坡防治系统中已记录了约7万起不同时期形成的滑坡（Mrozek等人，2014）。同时，由于暴雨引发的大量岩石和坡面物质移动现象也时有发生，不仅对人类经济活动构成威胁，还会改变山地地形（Mrozek等人，2000、2014；Poprawa和R?czkowski，2003；R?czkowski，2007；?ajczak等人，2014）。在西喀尔巴阡山脉，1934年、1970年、1972年、1997年、2010年和2021年等暴雨过后，也观察到了物质运动加剧的现象（见图2A、B1–4，Zi?tara, 1968；R?czkowski和Mrozek，2002；Poprawa和R?czkowski，2003；Wojciechowski等人，2022）。尽管这些滑坡是大规模发生的，但通常为浅层滑坡，涉及坡面覆盖物（见图2B-1），偶尔也会波及未风化的基岩的浅层部分（见图2B 2–4，?ajczak等人，2014；Margielewski和Jankowski，2024），因此它们很快就会与周围景观融为一体。而那些会在地形上留下永久痕迹的深层岩崩（按照Dikau等人，1996；Hungr等人，2014的定义），在如今已极为罕见（Pánek等人，2013；Margielewski和Jankowski，2024）。在波兰喀尔巴阡山脉，这类深层岩崩包括以下特定年份发生的滑坡：1813年Beskid S?decki山脉Kicarz山发生的滑坡（见图2B–5，Nowalnicki, 1976）、1907年Beszczady山脉Duszatyn村发生的滑坡、1980年Bieszczady山脉Po?oma山发生的滑坡，以及2001年Beskid Makowski山脉Lachowice发生的滑坡（参见?ajczak等人，2014）。在西喀尔巴阡山脉的波兰、斯洛伐克和捷克段，大量通过¹⁴C方法测定的滑坡绝对年龄数据表明，那些地形保存完好的滑坡形态（约100处）形成于晚冰期和全新世时期（Alexandrowicz, 1996；Margielewski, 2006、2018；Pánek等人，2013；B?e?ny等人，2018；Pánek, 2015、2019）。目前根据累积概率密度函数得出的滑坡形成年龄的放射性碳测年数据统计分布显示，物质运动的加剧并非持续不断，而是与大气降水的强度和持续时间增加相关，这正是晚冰期和全新世期间气候湿度周期性增强的典型特征（Margielewski, 2006、2018；Starkel等人，2013；Pánek等人，2013；B?e?ny等人，2018；Pánek, 2015、2019）。早在上个世纪，人们就已经分析了喀尔巴阡山脉滑坡加剧与气候湿度增长之间的这种关联关系（Starkel, 1966、1997；Alexandrowicz, 1996、1997、2013；Margielewski, 1998、2002）。而地震这一因素在滑坡频发过程中显然起着重要作用（例如Arrell等人，2024；Mavroulis等人，2025），但在波兰喀尔巴阡山脉，目前只有少数几起滑坡被证实与地震有关（Gerlach等人，1958；Poprawa和R?czkowski，2003；R?czkowski，2007）。在当代，人类经济活动对引发物质运动的影响也应纳入考虑范围（例如Crozier, 2010）。

根据最新研究，晚冰期和全新世期间滑坡加剧的周期性现象显得更为复杂，尤其是地质条件和古气候条件之间相互影响的机制。这与岩崩的起源和发展机制密切相关（Margielewski和Urban, 2003、2017；Lenart和Pánek, 2013；Margielewski, 2006），同时也与气候变化对地震等地质动力因素的影响有关（Zuchiewicz, 1995）。本文旨在总结此前多位研究者（Starkel, 1966、1995、1997；Alexandrowicz, 1993、1996、1997）以及作者本人（Margielewski, 1998、2006、2018；Starkel等人，2013）在波兰喀尔巴阡山脉滑坡阶段研究方面的成果。本研究的目标是基于此前已有的滑坡及相关现象的放射性碳测年数据，并结合若干新测年结果，构建出一条新的累积概率密度函数曲线（CPDF，详见补充材料中的表1–3）。此外，研究还探讨了初始岩崩形态的长期发展，如通常由重力作用形成的洞穴（作者已对其进行了测年，参见Margielewski和Urban, 2017）对由外部突发因素如降水、地震引发的岩崩加剧所造成的影响。最后，本文试图阐明在喀尔巴阡山脉中，影响物质运动加剧的内部因素（即地质和地质力学因素）与外部因素（降水、地震，还包括冰川作用引发的因素）之间的相互关系。

章节节选

研究区域

喀尔巴阡山脉是一条长达1300多公里的山脉，西起奥地利，南延至罗马尼亚及其东南部地区（见图1A和B）。波兰境内的喀尔巴阡山脉由三部分组成：内部喀尔巴阡山脉，其中包括塔特拉山脉的高耸结晶核心区域；波德哈莱盆地；以及山间盆地，即奥拉瓦-诺维塔尔格盆地；还有外部（碎屑岩）喀尔巴阡山脉，即别斯克德山脉（见图1C和D，参考?ytko等人，1989；Starkel, 1991）。

放射性碳测年与累积概率密度函数（CPDF）

放射性碳测年工作，包括加速器质谱法（AMS）和液体闪烁计数法（LSC），是由作者在多个实验室完成的：波兰格利维采放射性碳实验室、克拉科夫绝对年代学实验室、波兰波兹南放射性碳实验室、乌克兰基辅放射性碳实验室以及白俄罗斯明斯克放射性碳实验室（例如Margielewski, 2006、2018；Margielewski等人，2022b，详见补充材料中的表1和表2）。

降水阈值——综述

在晚冰期和全新世期间，曾出现过周期性的气候湿度上升现象，同时也有一些持续数百年的气候变冷期（例如Starkel, 1990；Mayewski等人，2004；Starkel等人，2013；Wanner等人，2015）。在小冰期期间，也记录到了周期性气候变化的总体模式（例如Grove, 2004）。在这一时期，剧烈的气候变冷通常与太阳活动减弱有关（例如斯珀勒极小期、沃尔夫极小期和莫恩德尔极小期）。

内部因素：重力作用形成的洞穴现象——初始物质运动

先前的研究表明，深层岩崩的形成并非均匀分布的（Margielewski和Urban, 2000、2003、2017；Margielewski, 2006；Lenart和Pánek, 2013）。侵蚀、雨水对岩体的侵蚀作用、地震，或是现代的人类活动所产生的剪切应力，会在岩体沿构造断层（如节理、断层）处释放出来，这些断层会逐渐张开并形成延伸裂缝。这些裂缝往往以重力作用形成的洞穴形式呈现，可供人类进入。

滑坡阶段：神话还是现实？

基于新增大量滑坡测年数据补充后的数据库得出的滑坡年代概率密度函数曲线，以及滑坡沼泽中矿物层的CPDF曲线，尤其是西喀尔巴阡山脉重力作用形成的洞穴中的洞穴沉积物的CPDF曲线，都明确显示出¹⁴C测年数据的周期性特征，且在很大程度上具有同步性（见图7：1–4）。短期内物质运动出现剧烈加剧的情况也是有可能的，其成因多为外部因素。

结论

基于波兰喀尔巴阡山脉的滑坡及相关现象数据构建的新的¹⁴C年龄累积概率密度函数曲线（CPDF，数据来自经过更新的包含97个滑坡测年数据的数据库）表明，曲线中数据集中的时段确实与欧洲其他山区以及喀尔巴阡山脉中的湿润期存在良好相关性，这些湿润期也体现在当地的地质过程和沉积物特征中，其中包括那些已被识别出的滑坡阶段。对于在洞穴中形成的洞穴沉积物的测年研究也表明……

资金支持

本研究得到了多项资金支持，其中包括波兰科学部在2010–2015年间资助的科学项目编号N N306 522?738，以及波兰国家科学中心（NCN）提供的资助，项目编号为2017/25/B/ST10/02439（2018–2022年），此外还有波兰克拉科夫的波兰科学院自然保护研究所开展的常规研究项目。

利益冲突声明

作者声明，他们不存在任何可能影响本文研究结果的已知财务利益或个人关系。

致谢

我要感谢工程硕士Andrzej Kalemba以及波兰科学院自然保护研究所的Jan Urban教授，他们在野外工作方面给予了大力帮助；同时也要感谢同一研究所的Krzysztof Buczek博士，他在数据集的统计分析工作中提供了重要支持。最后，作者还要衷心感谢两位匿名审稿人，他们提出的宝贵意见极大地提升了本文的质量。