巴丹吉林沙漠横向沙山的研究现状与问题

处于我国西北内陆干旱荒漠地带的世界最高大的沙丘系统——巴丹吉林沙漠横向沙山系统,具有重要的风沙地貌与沙漠第四纪地质及水文学研究价值。以往的研究主要取得了对该沙漠及其沙山的近130 ka来环境变化历史的框架性认识。沙漠的形成时代、沙源、沙山及其间湖泊的成因与演化过程等及其与区域及全球气候环境变化的关系需要进一步研究。在研究方法上,需要重视沉积学方法的应用。对这些问题的深入研究,不仅对认识其自身奥秘,促进风沙地貌学与沙漠第四纪地质学的进展,而且对认识区域气候、环流、水循环、大地构造等重大环境问题具有重要作用。     

巴丹吉林沙漠高大沙山形成演化初步探讨

对巴丹吉林沙漠高大沙山形态特征和环境因素的研究表明:高大沙山形成发育受沙源、风况、基底和植被等因素的影响,尤其受环境演变的影响较大。受西风环流的控制,沙山下伏地形的起伏不仅能够改变近地表风的运行形式,而且是风沙流运行的障碍。气候湿润期(间冰期)沙丘主要通过钙胶结层固定沙丘表面,并增大沙山基底;气候干冷期(冰期)在钙胶结层又发育次一级的沙丘。经过钙胶结固定-加积-再钙胶结固定循环的演化模式,最终发育成高大的复合型沙山。     

巴丹吉林沙漠湖泊-沙山近地表风沙动力环境

高大沙山与湖泊交错发育的地貌景观多年来引起了学术界的广泛关注。基于巴丹吉林沙漠腹地大沙枣海子及其周边5个气象站点的同步风况资料,探讨了区域起沙风况、输沙势以及主导输沙风向的空间分布特征。并结合湖泊-沙山独特的地貌格局,初步揭示了大沙枣海子局地环流以及风沙动力环境。由于受高大沙山的影响,大沙枣海子及其外围局地环流非常明显,合成输沙方向自湖泊中心向外围呈反向发散分布。从沙山外围至湖泊中心,起沙风次数呈同心圆状递减。合成输沙势[RDP]和合成输沙方向空间变化较大,湖泊西侧合成输沙方向以东南向为主,而东侧以西南向为主,区域风能属于低能环境。     

基于CMB模型的巴丹吉林沙漠沙源区分析

沙漠因其高反照率、低比热容的下垫面以及粉尘高输出率的特征对全球和区域环境有重要的作用。作为具有高大沙山的第二大流动性沙漠,其物质来源一直是地球科学研究热点。通过对巴丹吉林沙漠及周边地区表层沉积物进行矿物分析,在此基础上对巴丹吉林沙漠的可能物源区进行分析,进一步利用化学质量平衡(CMB)模型探讨了各物源区对巴丹吉林沙漠的贡献率。结果表明:巴丹吉林沙漠的表层沉积物中主要矿物包括相对比较稳定钠长石、钙长石、歪长石、黑云母、斜顽辉石、透辉石、铁辉石、微斜长石、白云母、正长石、石英和榍石以及不具区域代表性的斜绿泥石、石膏、角闪石、方解石、岩盐;主要物源区包括沙漠湖积平原沙、洪积平原沙、现代湖泊沉积物、外源沙和岩石风化壳;其中岩石风化壳和现代湖泊沉积物属于就地起沙,基本只影响其周边区域,来自沙漠北部的冲洪积沙和来自沙漠西北的外源沙是沙漠的主要物源。这与中国东部沙漠以湖泊沉积就地起沙有明显不同,可能和沙漠的发育过程、地质历史时期湖泊退缩规模和气候环境状况有关。     

基于自组织理论的巴丹吉林沙漠高大沙山空间分布特征研究

通过最邻近距离法定量描述了巴丹吉林沙漠高大沙山空间分布特征,分析和讨论了巴丹吉林沙漠高大沙山的主要成因和影响因素。结果表明:研究区内高大沙山空间分布的均匀程度整体上呈现出由西向东逐渐增大的趋势,而东南部靠近雅布赖山地区略有降低,最邻近指数R主要分布在1.29~1.63。沙山底面积和沙山绝对高度在空间上同样呈现出由西向东逐渐增大的趋势,但巴丹吉林沙漠高大沙山空间分布均匀程度的发展并不直接受到所在地海拔的影响。巴丹吉林沙漠高大沙山在空间分布上具有较高的自组织特征,而风力作用是塑造和维持巴丹吉林沙漠高大沙山巨大高度与自组织排列特征的主要力量。     

巴丹吉林沙漠高大沙山地貌的线条美

巴丹吉林沙漠是中国第二大流动沙漠,被列入世界自然遗产提名地名录,具有独特的美学价值,但目前尚缺乏沙漠美学价值的系统论述。本文基于野外考察、影像和文献资料,将美学原理与风沙地貌学理论结合,探讨巴丹吉林沙漠高大沙山地貌的美学价值,侧重其独特的线条美。将高大沙山地貌的线条分为直线、曲线和交织线条,分别解析其美学的表现形式和所包含的科学内容。巴丹吉林沙漠高大沙山地貌的潜在美学价值值得挖掘,对沙漠资源特别是旅游资源的开发乃至沙漠科学知识的普及具有重要意义。     

巴丹吉林沙漠湖泊对浅层沙含水量的影响

湖泊与高大沙山共存是巴丹吉林沙漠独特的自然景观,对其形成机制尚未形成共识。已有研究发现沙层含水量偏高的现象可能在高大沙山的形成中发挥了重要作用,但对其水分来源的研究尚不充分。本研究通过对沙漠腹地3个湖盆内气象要素和浅层沙含水量时空分布的对比,结合前人对水同位素和水分运移规律的研究,发现湖泊的存在大大增加了湖盆内空气相对湿度和浅层沙含水量的变化幅度,并影响了浅层沙含水量随高度的分布特征;相关分析表明,控制有湖湖盆浅层沙含水量变化的主导过程是气温升降引起的水分损失与补充,而干湖盆浅层沙水分补给主要来自风的平流输送。尽管沙丘分层含水量的长期定量观测仍有待开展,但现有证据表明巴丹吉林沙漠高大沙山沙层含水量偏高的现象很可能是湖泊蒸发的水汽以土壤吸附水汽或凝结水等形式逐渐运移至沙层内而形成,是湖泊-沙山体系长期共存、形成局地水汽平衡的结果。这为沙层水分来源研究提供了新的视角,也对沙漠腹地水资源开发利用有一定的参考意义。     

基于DEM数据的巴丹吉林沙漠沙丘分布规律及其形态参数

沙丘形态特征是风沙地貌研究的重要内容。数字高程模型（DEM）因卓越的三维地形表达能力被广泛应用于沙丘形态研究中。长期以来，受交通条件和研究方法的制约以及高大沙山分布位置的限定，对巴丹吉林沙漠沙丘形态的研究主要集中在沙漠东南部，缺乏对整个沙漠沙丘分布规律及其形态参数特征的系统认知。而对整个沙漠沙丘形态特征的研究，是区域风沙地貌形成与演化研究的重要组成部分。以巴丹吉林沙漠内所有独立沙丘为研究对象，利用研究区DEM数据和一种新的算法，研究了沙漠内两种主要类型沙丘（横向沙丘、星状沙丘）的分布规律及其形态参数特征。结果表明：沙漠内独立沙丘大约有6 033座，高度9~433 m，高度超过350 m的巨型沙山共有53座，其中星状沙山7座，最大高度383 m；横向沙山46座，最大高度433 m。横向沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的线性函数关系，星状沙丘高度与等效沙丘厚度呈正相关的对数函数关系，表明在现代气候和环境条件下，横向沙丘高度仍在增加，而星状沙丘高度增长已经趋缓。两类沙丘的主轴向大都垂直于研究区主风向NW-SE。横向沙丘起沙风风向单一，沙丘轴向集中在NE-SW和NNE-SSW方向；星状沙丘起沙风风向略为复杂，沙丘存在多个次级轴向。     

巴丹吉林沙漠高大沙山的形成发育研究

通过对巴丹吉林沙漠高大沙山的考察，以及沙丘形态和风况、沙山TL测年、古沙丘层理产状等的研究表明，高大沙山的形成发育受沙源、风系、底基地形和灌草植被等因素的影响。第四纪以来弱水古水系的变迁为沙漠及沙山的发育提供了丰富的沙物质来源。沙山发育的受西风和西北风两大盛行风系的控制，末次冰期以前为西风环流主导时期，地表盛行风向为西风，次为西北风；末次冰期以来为季风环流主导时期，地表盛 行风为西北风，次为西风。沙山底基地形的起伏不仅诱发近地表气流产生波伏运动，同时也是风沙流运行的障碍。气候湿润期发育的沙丘灌草植被通过抑制风蚀、扑捉风沙等作用加速沙山的发育。高大沙山是新月形沙丘和沙丘链、复合新月形沙丘和沙丘链演进而形成的大型稳定风积床面形态。     

巴丹吉林沙漠沙山发育与环境演变研究

通过对巴丹吉林沙漠风沙地貌、沙山地层结构、古沙山层理构造、沙山TL测年和区域输沙率等的综合研究表明,巴丹吉林地区自西北而东南大致可划分为河湖为主的弱水冲洪积扇、以河湖与风沙交替作用过度区和以风沙作用为主沙丘区。弱水冲洪积扇的发育为沙漠、沙山的发育提供了丰富的沙物质来源。高大沙山是更新世期间起伏的沙质下垫面与西风环流和季风环流相互作用的结果。末次冰期以前为西风环流为主时期,地表主导风向为西风,次为西北风,河湖环境发育;末次冰期以来为东亚季风环流为主时期,地表盛行风向为西北风,次为西风,风沙活动盛行。期间,风积床面经历了新月形、新月形沙丘链、复合新月形、复合沙丘链到复合型高大沙山的一系列复合、演变与发展过程。     

巴丹吉林沙漠沙山区径流与地下水补给条件

在全球高差最大的巴丹吉林沙漠沙山斜坡上发现了沙漠区罕见的因大气降水而产生的地表超渗径流,地表径流侵蚀,缓渗径流及因地下径流出露而产生的地表径流--风沙混合物理沉积与化学沉积(次生盐).根据电镜观察,能谱分析,化学分析和粒度分析等资料,研究了径流化学沉积物的矿物和化学组成,风积沙和径流--风沙混合物理沉积物的粒度组成,径流类型及沙山区水分平衡,降水对地下水与湖水的补给机制.超渗径流的出现表明,虽然该区降水量少,但存在能够为地下水提供补给来源的较强有效降雨过程.径流,径流--风沙混合物理沉积和化学沉积等六项科学指标从深层次上充分证明,该区降水通过入渗至少达到了沙山的下部,完全能够对地下水构成有效补给.细粒层相对的隔水性是该区地下径流出露于地表的原因.沙山区确实存在令人惊奇的水分正平衡,即在大气降水在经过蒸发和蒸腾等消耗之后,每年还有约134648.4 t/km²水补给了地下水和湖水,成为湖水的重要补给来源之一.沙山区能够产生有效降水,植被稀少蒸腾量少,沙层入渗率高和沙层受蒸发影响深度很小是该区水分出现正平衡和大气降水能够补给地下水的四个条件,也是导致该沙漠区有众多湖泊发育的主要条件.     

巴丹吉林沙漠北部风沙地貌形态类型的分区研究

在研究区内选取具有典型形态类型沙丘的8个样区N₁~N₈,通过统计和研究样区内各种形态的沙丘可以看出,研究区内由西北向东南沙丘的排列顺序出现沙丘由简单形态的沙垄和新月形沙丘到复杂形态的复合型沙山最后达到成熟的星状沙丘。由此着重探讨了研究区内由西北-东南方向沙丘的形成演化特征,以沙丘的空间分布序列来反映沙丘形成的时间序列这样一种时空替代的序列,因而能直观地分析和研究沙丘形成发育的整个发展过程,表明西北部沙漠年轻,东南部沙漠较老。     

巴丹吉林沙漠典型沉积物年代学研究评述

巴丹吉林沙漠内几种典型近地表沉积物,如风成沙、湖相沉积、冲洪积物等构成了巴丹吉林沙漠复杂多变的地貌景观.这些典型沉积物的年龄是探讨巴丹吉林沙漠地貌过程及其机理的最直接证据和基础数据.前人发表的这几种典型沉积物年龄,主要涉及380余个14C年龄和释光年龄,这些数据涵盖了170 ka至今的大部分时段.其中12 ka以来年龄...     

中国海岸风沙沉积记录的环境变化

海岸是陆、海、气相互作用的地带。海岸风沙沉积是这一特殊动力环境的产物,是研究海岸环境演变及海平面变化的良好信息载体。中国海岸主要存在3种风沙沉积,分别为“老红砂”、沙丘岩及海岸沙丘。本文通过比较已报道的风沙堆积的物质组成、地层变化等,进一步总结了海岸风沙沉积的特征;选择已开展绝对测年的沉积剖面,利用概率密度函数分析了风沙沉积年代的分布特征,考察了中国海岸风沙活动历史,结合其他气候记录,探讨了不同地质历史时期海岸风沙堆积的关键影响因素。结果表明：“老红砂”沉积主要记录了冰期-间冰期尺度的风沙活动,在120 ka BP前后、73—55 ka BP等时期,风沙活动主要与海平面下降时陆架提供的丰富沙源和强盛的冬季风有关;而在105 ka BP、80 ka BP前后,风沙活动与高海平面时期丰富的沙源或季风气候的季节性增强有关;55 ka BP以来风沙活动强度降低更多地反映了沉积记录保存环境的变化,末次冰期海岸风沙沉积大多分布在现代海面之下,并不代表实际的海岸风沙活动减弱。相比之下,海岸沙丘沉积所记录的风沙活动主要发生在近3 000 a,可能与中国海岸冬季风的增强有关。