沙尘暴与沙尘原【从小沙尘到一场沙尘暴】

　　春天来了，万物吐新。气象台有关沙尘天气的报道和预报也多了起来。许多人对什么是扬沙?什么是浮尘?什么样的天气称为沙尘暴并不十分清楚。自然也会担心在北京举行奥运会期间，会不会出现沙尘暴?
　　气象台报告的沙尘天气包括扬沙、浮尘和沙尘暴等。沙尘暴是其中最严重的一种，指大风把沙尘粒卷入空中，使空气混浊，水平能见度低于1公里的灾害性天气现象。一场沙尘暴，足以成为当日媒体的热点，却很少有人留意它的唯一组分――小小的沙尘。它们正是沙尘暴组成的物质基础。丰富而松散干燥的沙尘，在一场强风和不稳定空气流的作用下，随时可以被扬起、向远处传输。
　　
　　缘起
　　
　　沙尘暴由来已久，远远超过了人类的历史。在古老的地质历史时期，当地球出现干旱区的时候，沙尘暴就已经产生了(2002年《自然》杂志发表了中国学者的最新研究成果，把中国沙尘暴开始出现的时间追溯到了2200万年前)。地质学家甚至在7000万年前的深海岩芯和冰盖沉积物中找到了沙尘暴的沉积。沙尘暴缘起干旱地区。沙漠和戈壁是它最初的源头。影响我国的沙尘暴源头主要是中国西北部和中亚内陆的沙漠和戈壁。
　　距今6500万年前开始的喜马拉雅造山运动逐步改造了亚洲的地质构造和环境，并在15万年前最终形成了中国西北干旱区戈壁沙漠广布的地理格局。环绕西北干旱区外围的巨厚黄土就是地质历史时期沙尘的堆积。
　　自从人类步入文明，对自然界的干扰也日益增加，对于土地的过度利用使得土地沙漠化急剧加速，沙尘暴从而有了一个新的、比气候变化更强的推动力――人类的活动。研究表明，历来对干旱荒漠地区不合理开发都会引发沙尘暴现象的加剧，人类对环境过度的“索取”成为造成沙尘暴频繁发生的主要原因。如果说地质历史时期的沙尘暴是气候所决定的天气现象，那么随着人类对自然的干扰越演越烈，人类的活动越来越成为现在沙尘暴的主导因素。
　　人类的过度开垦、放牧、乱砍乱伐活动，造成天然植被的破坏，造成人为的水土流失、土地沙漠化和土壤盐渍化，还有，人为的改变河流水系的布局，这些，都形成新的沙尘源，如旱作农田、严重退化的草地、断流的河道和干涸的湖盆洼地。我国北方旱作农业地区春耕春播季节有2亿多亩裸露并被耕松的耕地。其中，有1亿亩已经沦为不同程度的沙漠化土地；北方草原牧区有过度放牧造成的严重退化草原2亿亩。随着人类生产技术的不断进步，这种干扰已经愈来愈重要，并占到支配地位上。
　　美国19世纪向西部移民，开垦9000万公顷草原种粮食，使草地植被覆盖率由85％下降到15％。大地失去植被保护，终于引发了1934年震惊世界的黑风暴，席卷2/3的美国国土，使4500万公顷耕地被毁，16万农牧民倾家荡产，被迫逃离西部大草原，20世纪50到60年代前苏联对中亚荒漠边缘的开垦，引发的沙尘暴给了人们深刻的教训。
　　我国在同一时期发生着类似的事件，1840年鸦片战争以后，为了付给帝国主义的“战争赔款”，清政府胁迫蒙古王公开放草原供内地失去土地的农民开垦，使北方旱作农业的边界向北扩张了300公里，春天裸露土地的大面积扩张，造成了20世纪30-40年代的沙尘暴多发时期。而1966-1999年间，发生在我国的持续两天以上的沙尘暴竟达60次。
　　
　　小沙尘的旅行
　　
　　由于气温的冷热剧变，沙漠和戈壁的岩石比别处能更快地崩裂瓦解，成为碎屑，地质学家按直径大小依次把它们分成：砾(大于2毫米)，沙(2-0.05毫米，粉沙(0.05-0.005毫米)，黏土(小于0.005毫米)。黏土和粉沙颗粒，能被气流带到3500米以上的高空，走得很远。
　　沙尘在风力和气流作用下离开源地，开始了旅行。小小的沙尘，在不同风力的作用下，向前运移的方式并不一样。较大一些的沙砾在大风作用下只能沿地滚动或者滑动，科学上称之为表层蠕移。稍小一些的沙尘颗粒则能够在风的作用下跳跃前进，沙粒落地时一般仍有相当的动能，落地时不但自身可能反弹跃起，再次进入运动状态，还可能撞击到其它颗粒，使之飞溅起来，也进入跳跃，科学上称沙尘的这种运动状态为跃移。观测表明，通常风力下，粒径为0.1-0.15毫米的沙粒最容易以跃移形式运动。悬移和跃移之间没有明确的分界线，有的颗粒在风力较小时做跃移运动，在风力加大的一瞬间可能飞起，并在空中做暂短停留。
　　直径小于0.1毫米的细小沙粒在大风中能够在一定时间内，保持不与地面接触，并随风(气流)向下风向做漂浮运动，称为悬移。颗粒越小，悬浮高度越大，悬浮时间越长，空中运行距离也就越远。小于0.05毫米的粉沙和黏土颗粒，能在空中漂浮，而小于0.01毫米的尘土颗粒一旦被风扬起就不容易沉降，能够在空中悬移很长时间和很长距离，有的甚至可运移到距离源地千万里之外。亚洲大陆的尘土颗粒飘洋过海，甚至可以在美国西海岸发现它们的踪迹。
　　沙尘暴产生以后，在其向下风方向推进中与所经过的地面在不断进行着沙尘物质的交换，被强风裹挟的一部分沙尘停留下来，所经地面的另一部分沙尘又加入到风暴中，所以下风向所接受的沙尘物质既有沙尘暴源区的，也有所经地区的，很难说清楚这些尘土的“原籍”。而同一场沙尘暴过程，在沙源区尤其沙漠戈壁地区我们感受到的可能是风沙扑面的沙暴，而在下风向地区更多的悬浮颗粒是尘土，即尘暴。一场发生在新疆的沙尘暴可能将火车车厢的玻璃打碎，而北京却可能是夜晚一场悄无声息的降尘。
　　在我国，沙尘暴行进路径暨冷空气通道可以分为西线、西北线和北线。西伯利亚形成的冷空气，南侵后从新疆西北和北部进入我国北疆准噶尔盆地，通过东天山的若干风口后经东疆戈壁地区获得加强，进入甘肃河西和阿拉善高原，再从黄土高原向东南影响黄河下游和江淮地区，这是西线；经过蒙古高原，从阿尔泰山东侧，额济纳河下游平原直接贯入阿拉善高原和河西走廊，进入黄土高原后，并入上述西线线路，这是西北线；经过蒙古高原，从内蒙古中部浑善达克沙地西侧直接侵入华北和东北地区的，是北线。
　　西线和西北线所经过的地区为我国极干或干旱地区，植被覆盖条件很差的地区，有丰富的沙尘，沙尘暴频繁，强度大；而北路所经地区生态环境虽然不像西路和西北路那样差，但所经过的华北、东北地区人口稠密，经济较为发达，加之北部有着宽阔的旱作农业区，沙尘暴所携带的尘土较多，所以经常引起人们的关注。还有一点是近年沙尘暴侵扰东北地区的报道增多，这是因为我国处在行星风系西风带上，东北平原上风向的内蒙古草原过牧，草场退化愈来愈严重所致。
　　
　　沙尘暴的实验室――黄土高原 　　
　　在人类历史上，不断有关于沙尘暴的文字记载。中国古籍里有上百处关于“雨土”、“雨黄土”、“雨黄沙”、“雨霾”的记录，就是今天我们所说的降尘过程，即沙尘暴天气的产物。我国最早的关于沙尘暴的记载可以追溯到距今3000年前，史载“帝辛五年，雨土于毫”，是说在公元前1171年左毫(今河南偃师县附近)发生第一次降尘。
　　有关“雨土”的最早描述可以追溯到公元前1150年：天空黄雾四塞，沙土从天而降如雨。雨土的地点主要在黄土高原及其附近。古人把这类事情看成是奇异的灾变现象，相信这是“天人感应”的一种征兆。晋代张华编的博物志中就记有：蚁蔫钪时，……天乃大风扬沙，一夕填此空谷。我国黄土高原深厚数百米的绵绵黄土就是二三百万年中“雨土”的堆积物。
　　中国科学院刘东生院士认为，黄土高原应该说是沙尘暴的一个实验室，这个实验室积累了过去几百万年以来沙尘暴的记录。中国西北部沙漠和戈壁的风沙漫天漫地洒过来，每年都要在黄土高原上留下一层薄薄的黄土。
　　来自西北部和中亚内陆的沙漠戈壁的粉尘颗粒，在空中向东南方向漂浮的过程中，遇到从南方北上的季风暖湿气流，吸收了水分的粉尘颗粒相互粘结，颗粒增大，下沉，形成“雨土”。在漫长的地质历史过程中，即使每年平均落下的“土雨”堆积厚度只有0.2毫米左右，经历几百万年的不断堆积，奇迹也就产生了――那落下的尘土不再是薄薄的一层，而是中国北方连绵约307i平方公里的200-300米厚的黄土高原，黄土再经流水的冲刷、搬运、堆积、形成黄河下游(黄淮海)冲积平原。黄土高原和黄河下游平原是中华民族生息繁衍的摇篮。
　　
　　福兮祸兮
　　
　　对经常受到沙尘暴袭扰的地区，强暴的大风，漫天的沙尘无论对工业交通，对农林牧业，对人们的生活都有严重的负面影响，甚至可以造成灾难性的后果。
　　可是，沙尘暴对环境，尤其是远离源区的地方也有积极的一面。科学研究表明，正是源自撒哈拉沙漠的尘暴带到空中的细小的尘土颗粒，在遇到云层中的水汽时，作为降雨的凝结核，形成不断的降雨，成就了南美亚马逊热带雨林。
　　沙尘暴还为海洋生物带去了养分。源于东亚的沙尘气溶胶粒子含有丰富的铁、铝等矿物元素，能够增加海洋营养盐的输入，刺激海洋生物的活动，影响藻类光合作用，促进海洋生物的生长繁殖。近年，科学家发现海洋生物在吸收二氧化碳气体，抑制全球变暖中所起的功效并不亚于陆地植物。大量海洋浮游生物又为鱼类的生存提供了丰富的食物。
　　沙尘暴还有中和酸雨的作用。干旱地区因为降雨稀少，淋溶作用差，土壤中富含钠、钙等城金属，偏碱性。从干旱区吹出的沙尘会中和大气中的酸性物质，例如二氧化硫。如果没有沙尘的作用，那么很多北方地区的酸雨危害要严重的多。
　　
　　预测未来
　　
　　沙尘暴作为一种天气现象，有它的发生规律。从气候变化的角度，地球发展史刚刚经历的第四纪是一个寒冷的“冰河”时期，250万年里曾经历了4-5次冰川进退，在有文字记载的近5000年里，也有4-5次寒冷与温暖的变化。科学家在分析了有关沙尘暴的历史纪录以后认为，自然因素主导的沙尘暴频繁发生在寒冷干旱时期。中国历史上明末清初(17世纪前后)最为寒冷，被第四纪地质学家称为“小冰期”，也是最近一次的沙尘暴最频发时期。
　　通过对过去气候资料的研究发现，近五十年以来，中国北方沙尘暴总体趋势在减少。其中20世纪60至70年代沙尘暴频次在波动中上升，80至90年代呈波动式减少，但20世纪末至21世纪初，沙尘暴发生日数有回升趋势。
　　有科学家指出，20世纪80年代以来的太阳活动加强，全球气候变暖，青藏高原地面加热场强度加强，欧亚西风急流轴北移，西太平洋副热带高压偏北偏西、强度加强，蒙古气旋减弱，西北西部的沙尘源区降水增加，是中国北方沙尘暴减少的主要原因。20世纪末到21世纪初，太阳活动开始进入新一轮的减弱期，引起气候变暖趋势减弱，气温逐渐降低，青藏高原地面加热场强度减弱，蒙古气旋逐渐加强。从人类活动的干扰来看，中国共有沙漠、戈壁和沙漠化土地165万平方公里，约占国土面积的17％。其中人类活动导致的现代沙漠化土地约占全部沙漠、戈壁和沙漠化土地面积的近1/4。如此广大的沙尘源为中国沙尘暴的发生提供了丰富的物质条件。人为的因素，加上自然气候的变化，科学家预测，未来二十至三十年，中国北方沙尘暴将在波动中逐渐增加，进入新一轮的相对活跃期。
　　
　　结束语
　　
　　环境变迁的力量似乎不可阻挡地改变着我们生活的环境，沙尘暴只是其中的一种现象。不过环境变迁需要漫长的时间。人类对自然的破坏，却可以在短时间内引发自然的报复。沙尘暴虽说是一种地球上必然存在的自然现象，但我们人类可以顺应自然规律，克制自己的行为，减少和抑制人为因素形成的或说是促进形成的沙尘暴。那些小小的沙尘，应该得到善待，因为它们和我们一样，都是大自然此消彼长中的一员。
　　
　　作者简介
　　
　　陈广庭，中国科学院寒区旱区环境与工程研究所研究员，从事沙漠化过程和治理研究。
　　
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