图片 夕阳下的大同土林，很壮观。摄影 田连捷
日前，2023年国家自然资源科普基地名单公布，全国50家单位入选，大同土林地质公园成为我省唯一入选单位。什么是土林？它是如何形成的？记者采访了山西省煤炭地质勘查研究院有限公司煤层气勘探开发部副部长覃轩、大同土林地质公园专家段建国。
千姿百态的土柱
“好像是在一片平整的土地上挖去了一部分，留下了一些柱状土层。”“有点像火星的感觉，特别原始，特别自然。”
……
这是在大同土林地质公园内参观的游客对土林的直观印象。
什么是土林？
土林这个词，最早出现在1977年。中国地质科学院地质力学所的钱方在进行野外地质调查时，发现多片被流水冲刷后形成的土柱，这些土柱“高低参差、密密层层、层见叠出，远看如一片森林”。1977年，钱方将这种地貌形态命名为“土林”并写进了他公开发表的一篇科研论文中。从此，“土林”才作为一种独立的地貌类型，逐渐被地学界所接受。
图片 大同土林土柱集中发育区。 摄影 李鸣放
顾名思义，土林是由没有完全固结成岩的土状堆积物构成的成群分布的柱状地貌，远望如林。而土林地貌是指在干旱半干旱地区，由半松散半固结的碎屑沉积物经过流水剥蚀，堆积形成的林柱状、墙状及沟谷等一系列地貌的统称。每个土林景区都是由大量千姿百态的土柱、土塔、土墙、土台、土堡、土城、土崖、土岭等构成。雨水的淋蚀会在这些景观的外表雕刻出无穷无尽的图案，还会给它们披上神秘的外衣。构成土林的岩层在物质组成、厚度、粒度、颜色上都有极大的变化，加之季节与光线的变化，组合成无数奇幻的图画。
段建国介绍，在大同土林地质公园内，就有一片占地3500余亩的土林地貌。一个个土柱、土塔、土墙、土台、土堡、土城如大树一般高耸而立，裸露的土壁上，还有着黄白相间的分层，穿梭其中，如同走进了黄土地中的迷宫，有一种原始的美感，更能感受到大自然的鬼斧神工。不过，大同土林地质公园，并不是我国唯一的土林地貌。位于云南的元谋土林、位于冈底斯山和喜马拉雅山之间的札达土林，和大同土林一起，并称为中国三大土林。
土林形成有自己的条件
“土林有自己的形成条件，因此，并非所有的地方都能形成土林。”覃轩介绍。
土林的形成主要以流水侵蚀为主要动力，此外，还需要特殊的地质构造环境、适合的沉积物成分与成岩过程等多种因素相互作用。
图片 雨后土崖下形成的细沟和小型冲积扇。
土林的发育过程主要分为两个阶段。第一个阶段，是进行构造沉降，形成巨厚的沉积物。
这个过程比较漫长。而且一般发生在可以较长时间接受沉积的古湖或盆地。沉积物主要包括河湖相的黏土、砂、砾石等，比较松散。
这些未完全固结成岩的松散沉积物大多形成于最近二三百万年以来的湖泊或河床。例如西藏札达土林的沉积物沉积于510万年—300万年前（上新世-早更新世）；构成元谋土林的沉积物年龄也早于258万年。
大同土林发育在大同盆地内，而大同盆地是距今300万—200万年以来因裂谷作用形成的。虽然经过上百万年的沉积，但这些沉积物并没有完全固结成岩，便因快速的构造抬升暴露地表，沉积物普遍呈水平或近水平状态。
第二个阶段，巨厚沉积物会经历构造抬升作用以及水流的侵蚀，最终形成土林。相比第一个阶段，这个过程比较快速。如大同土林景观的形成年龄距今只有2万—3万年甚至更短。
这些沉积物比较松软，加上抬升过程中及抬升之后，地层中产生大量裂隙（节理），因此很容易受到雨水的冲刷。在后期地表降水强烈的淋蚀或冲蚀下，就逐渐形成了典型的土林景观。
从地势条件上看，由于土林是地表雨水侵蚀的结果，因此它发育的区域，需要有一定的地势差异，如小型河谷边缘、河流阶地附近等易于侵蚀作用发生的位置。大同土林就发育在大同市杜庄村附近的石板沟，属于桑干河流域非常微小的一个支流河谷。
此外，气候条件也非常重要。由于没有经过长期的压实和固结作用，松散沉积物抗风化和抗侵蚀能力十分有限，所以只有在干旱或半干旱地区，才能形成相对稳定的土林景观，大同土林、元谋土林和扎达土林都是如此。反之，湿润区的河湖相沉积物会因为降水和地表径流作用，很快会崩塌并被搬运到低洼的河谷，即使偶尔形成土林，也很难长久保存。
与之“殊途同归”的是极度干旱区，地表流水的侵蚀作用微弱，不易发展成土柱或土林。
无论是大同土林，还是元谋土林、扎达土林，其所在的盆地都位于降水比较少的半干旱区域。
藏于地平面之下的土林
虽然同为土林，但各有各的特点。
不同于其他土林，大同土林并不是孤立在荒原之上，而是在地平面之下。平视远望，就像广阔草原，低头俯视，却见土林藏匿其中。
土林景观的高度受构造运动抬升强度、时间、沉积物成分、降雨量等因素控制。漫步大同土林中，便可以发现，这里的土柱、土墙等景观的最大高度一般小于10米。
段建国介绍，大同土林分布区内有一座修建不久的小型水库，水位高度为990米，它是目前这个区域内侵蚀作用能够到达的下限，是景区的侵蚀基准面。
而大同土林周围的平原海拔高度平均为1000米左右，高于侵蚀基准面10米左右，这就决定了大同土林所有的土柱、土墙等景观的最大高度一般不会超过10米。
事实上，由于风化与重力崩塌程度不同，大同土林内绝大多数土林景观的高度均介于3米至9米之间。
图片 土林的每一次变化，都反映了大自然的变迁。 大同土林地质公园供图
同一景观，一年四季不一样
大同土林还有一个特点，让人为之着迷，那就是变幻莫测。
前面提到，形成土林的基础，是比较松软的沉积物。那这样松软的沉积物为何能够以柱状物的形态存在上万年甚至更久的时间呢？
覃轩说，这是因为，土林的形成还需要一种特殊的物质成分和地层结构。
土林是弱固结的沉积物在季节性的雨水淋蚀下形成的，非常容易受到侵蚀，难以长久保持。而绝大多数能够较长久保存的土柱顶部都有一个抗风化能力较强的保护层，这个保护层多为坚硬的铁质风化壳层、钙质或硅质胶结层，是沉积物成分变化的结果。元谋土林的表面，就形成了3层质地坚硬的铁质风化壳。它们在后期构造抬升和雨水侵蚀过程中，充当了松软岩层的“保护伞”，使得土柱、土墙等能够长久保持。
此外，如果土柱上部有坚固的砾石层或者有巨大且坚硬的崩落岩块，也能够抵挡雨水向下的淋蚀，进而形成非常奇特的土柱。
但是，大同土林的土柱顶部既无特殊坚硬的风化壳，也没有巨大的岩块保护，起遮罩和保护作用的主要是顶部20—40厘米厚的土壤层中发达的植物根系，它们在一定程度充当了土柱、土墙的“保护伞”。相对于元谋土林和扎达土林的铁质风化壳，大同土林的坚固程度要弱得多，这也意味着它更易遭受后期侵蚀作用的破坏。而这，正是大同土林更加变幻莫测的原因。同一景观，一年四季不一样，去年今年大不同，甚至一场降雨后就会出现截然不同的形态。
土林是大自然变化的记录者
土林，是一种神奇的自然景观，更是大自然变化的忠实记录者。有心的人，可以在土林的每一次变化中，感受到大自然变迁的过程。
土林的形成过程中，伴随着强烈雨水的侵蚀和重力崩塌，会导致大量土状沉积物发生搬运和再次沉积现象。经过雨水淋蚀、剥蚀的产物，会在土柱周围原地堆积，之后受到地表流水的冲蚀，会在表面发育出大量细小的纹沟和细沟。无数微型的纹沟和细沟在大量的坡积物表面上组合成形态各异的图案。降雨后，土柱周围的沉积物立刻随着雨水的冲刷而发生变化，因此在雨后的土林景区内可以直接观察到微型坡积裙的形成和演化，观察到沉积物因密度和粒度不同而产生的分异现象。
在普通游客看来，土林是大自然中的独特风景；在地质学家看来，土林却提供了一个全方位研究沉积过程、恢复古构造、古环境的便利条件。土林不仅是天然的地质学实验室，也是进行全民科普、地质研学的大课堂。在土林可以观察多种地质现象，可以切身体验和领悟浓缩版的沧桑巨变、海枯石烂的地质过程。 记者 杨晓艳