Paleozoic glaciation in NE Africa: field and remote sensing-based evidence from the South Eastern Desert of Egypt

ABSTRACT

Exhumed Paleozoic glacial deposits and landforms of the North Gondwana are reported here for the first time from the South Eastern Desert (SED) of Egypt. Using field observations and remote sensing datasets (Advanced Land Observing Satellite [ALOS], Phased Array L-band Synthetic Aperture Radar [PALSAR] radar, multispectral Landsat TM datasets, and digital elevation models [DEMs]), we mapped the distribution of Paleozoic glacial features (i.e. deposits and landforms) in the SED. Two main glaciogenic facies were identified in three locations in the SED: (1) massive, poorly sorted, matrix supported, boulder-rich diamictites in Wadi El-Naam and Korbiai, and (2) moderately-sorted, occasionally bedded outwash deposits in Betan area. Inspection of radar, DEMs, and Landsat Operational Land Imager (OLI) images revealed previously unrecognized ENE-WSW trending glacial megalineations (MLs) over the peneplained Neoproterozoic basement rocks in the central sections of the SED, whose trends align along their projected extension with those of glacial features (tunnel valleys and striation trends) reported from Saudi Arabia. The glaciogenic features in the SED are believed to be largely eroded during the uplift associated with the Red Sea opening, except for those preserved as basal units beneath the Nubia Sandstone Formation or as remnant isolated deposits within paleo-depressions within the basement complex. The apparent spatial correlation of the SED glacial features with well-defined Late Ordovician deposits in North Africa and in Saudi Arabia, and the reported thermochronometric analyses and fossil records are consistent with a Late Ordovician age for the SED glaciogenic features and support models that call on the continuation of the Late Ordovician (Hirnantian) ice sheet from the Sahara into Arabia through the SED of Egypt.     

塔克拉玛干沙漠腹地流沙下垫面土壤呼吸特征及影响因素分析

通过LI-COR8100A土壤碳通量观测系统分别于2013年1月、5月、10月和11月进行了塔克拉玛干沙漠腹地塔中流沙下垫面土壤呼吸速率测定试验,并分析了相应的土壤水热因子对呼吸速率的影响。结果表明:塔克拉玛干沙漠腹地土壤呼吸速率整体偏低,但具有明显的昼夜波动性和季节变化特征。研究区流沙土壤中可能存在的无机碳过程是导致夜间及凌晨的土壤呼吸速率为负值,白天为正值的主要原因。不同时段的土壤呼吸速率(Rs)分别与土壤表层0~5 cm平均土壤温度(T)和湿度(W)间存在较为同步的昼夜变化趋势且具有良好的回归关系。相对于单因素影响的回归分析,土壤温、湿度的协同作用能够从整体角度更好地解释土壤呼吸速率的变化情况。回归方程Rs=a+bT+cW和Rs=a+bT+cW+dTW可解释不同时段土壤呼吸速率76.0%以上的变化情况。这说明土壤温、湿度是控制土壤呼吸速率的主要环境因子。沙漠腹地土壤极低的水分条件成为土壤呼吸的限制性因子,呼吸速率对于作为限制性因子的土壤湿度的变化响应则更加直接,而对于土壤温度变化的敏感性就有所下降,导致土壤呼吸速率与土壤温度回归关系出现明显的时滞环现象。     

乌兰布和沙漠流动沙丘风蚀空间分布规律及其影响因素

为科学治理黄河乌兰布和沙漠沿岸风沙入黄问题,以该河段风沙危害严重的刘拐沙头流动沙丘为研究对象,开展沿岸沙丘风蚀与沉积规律及其影响因素研究。结果表明：（1）沙丘不同部位风蚀与沉积存在差异,与风速在沙丘的空间分布相关。迎风坡坡脚、坡中以风蚀为主,风蚀速率分别为1.07、1.31 cm·d^-1;坡顶风蚀和沉积交替进行,风蚀速率2.16 cm·d^-1,沉积速率1.36 cm·d^-1;沙丘背风坡受反向气流影响以沉积为主,沉积速率2.19 cm·d^-1,风蚀主要出现夏秋季节反向风时期;丘间地受上风向沙丘阻挡的影响,一般以沉积为主,平均沉积速率0.12 cm·d^-1。丘间地净风蚀量与背风坡显著差异（P<0.05）,但与坡脚、坡中和坡顶差异不显著（P>0.1）;背风坡净风蚀量与坡脚、坡中和坡顶极显著差异（P<0.01）。从总风蚀速率来看,风沙活动活跃强度排序：坡顶 > 背风坡 > 坡中 > 坡脚 > 丘间地。（2）冬春季节风蚀与夏秋季节存在显著差异（P<0.05）,风力和降水的季节性差异是造成风蚀季节性差异的主要因素。研究结果可为沿岸流动沙丘风沙入黄防治和完善黄河沿岸风沙防护体系提供参考。     

乌兰布和沙漠不同土地覆被类型粒度特征及空间分异

对中国沙尘暴源区之一的乌兰布和沙漠进行系统采样,分析不同土地覆被类型的地表沉积物粒度特征及其空间分异规律。结果表明：乌兰布和沙漠地表沉积物以中沙和细沙为主,平均粒径为2.84 φ。沙漠地表沉积物的粒度特征在不同土地覆被类型和不同空间存在明显的分异规律,表明该沙漠的地表沉积物粒度分布是由物源、地形和搬运营力共同作用的结果。乌兰布和沙漠内部最可能成为沙尘暴尘源的有沙漠中部的盐碱地、东北部的耕地和广泛存在于沙漠中的沙丘。根据不同区域的土地覆被类型因地制宜地选取先锋植物种群改善区域地表覆盖状况和地表沉积物粒度组分,是该区域尘源治理的主要手段。     

库姆塔格沙漠北部三垄沙地区风沙运动特征

风沙地貌发育受控于近地表风沙运动,目前这一领域的研究较多关注短时期内（几分钟至几小时）、单一方向（正对主风向）的风沙流结构特征,结果难以与长期的地貌过程联系起来。为此,我们采用八方位四层梯度集沙仪,于2014年5月至2015年5月,在库姆塔格沙漠北部三垄沙地区进行了一个完整年度的风沙运动观测。经过6个时段的连续观测,获取了不同方向、不同高度的192个运动沙粒样品。结果表明：（1）近地表1 m高度内,收集的样品总质量为405.2 kg,其中约75.3%集中在近地表0~0.2 m,反映了近地表输沙特征。（2）平均输沙率为55.2 kg·m^-1·d^-1,风沙运动的风向以北风、东北风和西北风为主;不同季节差异明显,春季输沙率最大,是年均输沙率的2.5倍,夏季次之,冬季最小。（3）年度平均输沙通量廓线（风沙流结构）呈指数函数递减趋势,部分通量廓线出现了戈壁风沙流的"象鼻效应"。（4）平均净输沙率1.159 kg·m^-1·d^-1,随高度增加呈递减趋势,合成输沙方向为193.2°;不同时段净输沙率随高度的变化基本与全年一致,合成输沙方向随高度增加有从东北向北偏的趋势。综上所述,该区域输沙强度以春季最为强烈,输沙方向以N、NE和NW方向为主,且春、夏两季节分别有一个次输沙方向,为S方向。本研究对于深入理解三垄沙地区风沙运动特征和揭示库姆塔格沙漠沙物质来源有重要意义。     

霍景涅里辛沙漠地下水化学和同位素特征

在综合分析地质条件基础上,运用水化学及同位素技术,并结合现场调查及室内分析的方法,对霍景涅里辛沙漠地下水进行研究,分析了研究区地下水化学及稳定同位素特征,讨论了地下水的矿化过程及影响因素,确定了沙漠区地下水的补给来源。结果表明：沙漠区潜水中各离子组分平均值均大于承压水,潜水的溶解性总固体（TDS）平均值远大于承压水,说明潜水的蒸发作用大于承压水;控制潜水中主要离子成分的作用主要为溶解作用、交替吸附作用以及蒸发作用,控制承压水中主要离子成分的作用主要为溶解作用;沙漠区潜水与承压水具有一定的水力联系;地下水的补给来源主要为山区冰雪融水及降水,潜水的补给高程为1 370m,承压水的补给高程为1 650m。     

1:25万《毛乌素风沙地貌图》的编制

风沙地貌图是认识和研究沙漠（沙地）最基本的图件。毛乌素沙漠沙丘类型复杂多样,对毛乌素沙漠风沙地貌进行详细划分,编制《毛乌素风沙地貌图》对深入研究毛乌素沙漠风沙地貌成因、分布和演化规律具有重要意义。根据编图范围和印刷纸张的要求,将《毛乌素风沙地貌图》的比例尺确定为1∶25万。选用1∶10万地形图作为基础资料,并以1∶5万地形图和1∶20万地质图作为补充资料;专题内容资料以landset-8卫星影像为主,结合Google Earth影像对部分细节内容进行补充。在形态成因相关分析的基础上建立地貌分类体系,将毛乌素沙漠地貌划分为风成地貌、湖成地貌、流水地貌、干燥地貌、黄土地貌和其他等6类,其中风成地貌是本图重点展示的内容。根据毛乌素沙漠的地貌特征,采用图例系统和地貌晕渲相结合的方法表示毛乌素沙漠的具体地貌类型,其中图例系统包括底色、符号、代码和注记等多种表示方法,地貌晕渲的使用增强了地貌的立体感,使地图看起来更加美观。     

库姆塔格沙漠东南缘季节性河流(洪沟)水文监测与分析

季节性河流是干旱区不同生态系间物种扩散交流的重要通道,也是维持干旱区生物多样性与生态系统稳定性的重要因子,但我国有关季节性河流水文生态学的研究一直相对滞后,且有关季节性河流水文长期动态的研究报道较少。以库姆塔格沙漠东南缘季节性河流-多坝沟为研究对象,利用自动水位计与人工调查相结合的方法,研究了洪沟内部的长期水文动态特征。研究显示：多坝沟洪水集中在6~9月份,降水是洪水的唯一驱动力。洪水频率、流量与降水季节、降水量、降水强度等因子密切相关。任何时间,单次降水量低于5 mm时,降水无法形成明显的洪水过程;春季单次降水低于16 mm或夏季单次降水低于10 mm时,最大洪水流量均不超过0.3 m³·s^-1。在没有洪水发生时,春秋季节泉水径流量表现为陡涨缓落,而夏季呈现陡落缓涨。该研究不仅为干旱区季节性河流水文监测提供了可行有效的方法,同时为进一步研究库姆塔格沙漠周边的生态水文过程、水资源管理利用及植物生存演化提供了数据支撑。     

种植于人工梭梭(Haloxylon ammodendron)林的肉苁蓉(Cistanche deserticola)个体质量特征

为掌握人工种植条件下肉苁蓉(Cistanche deserticola)个体质量特征,在塔克拉玛干沙漠腹地咸水滴灌人工梭梭林内,采用统一的开沟、撒种接种方式,对不同林龄、不同深度接种肉苁蓉以及造林当年接种连年采收肉苁蓉的质量进行了调查和分析。结果表明:(1)所有样地出土肉苁蓉个体间质量差异大,分布离散程度高。(2)接种时林龄越大,出土肉苁蓉个体平均质量、质量品质较好的比率以及质量分布离散程度都越高;不同林龄间肉苁蓉个体质量有极显著差异。造林当年接种、连年出土肉苁蓉个体质量的特征与不同林龄的相似,但质量品质较好的比率相对较低。(3)在40~120cm深度,随种植深度增加,出土2年生以上肉苁蓉个体的数量以及质量品质较好的比率总体呈现增加趋势,并可以分为3个层面:40cm、50~80cm、100~120cm。其中40cm深度质量指标明显较低,其他深度间没有表现出明显的差异和规律,100~120cm深度的肉苁蓉个体相对细长、品相差。     

巴丹吉林沙漠周边地区土壤养分和粒度特征

选取巴丹吉林沙漠周边8个典型地貌区域,开展不同深度土壤养分和粒度组成特征及空间异质性研究。结果表明：（1）巴丹吉林沙漠周边区域土壤养分和粒度空间异质性较强,整体上土壤贫瘠,全钾含量中等;电导率变异性最大,pH的变异性较弱,其他因子属于中等变异。土壤整体上细沙含量最高,0—20 cm层黏土和极粗沙含量的变异系数较高;20—40 cm层黏土、粉沙和极粗沙含量的变异性强。（2）0—20 cm层全氮、全磷、速效磷、速效钾含量和电导率区域差异显著;20—40 cm层全氮和速效钾含量的区域差异显著。0—20 cm层各粒级含量均有显著的区域差异;20—40 cm层极细沙、中沙和粗沙含量的区域差异显著。（3）0—20 cm和20—40 cm层以细沙为界限,小于细沙颗粒的物质与养分含量普遍表现为正相关关系,而大于细沙颗粒的物质与养分的关系普遍呈负相关关系。