发表沙尘暴研究论文最多的机构

这几天最大的生态新闻莫过于咸海的干涸。这个地处中亚哈萨克斯坦和乌兹别克斯坦之间，面积曾经达68,000平方公里，平均水深16米，最深处水深69米，总水量1,100立方公里的咸水湖1960年曾被评为世界第四大湖。美国宇航局拍到咸海东部河床已经无水——这个拥有550万年历史的内陆咸水湖很快就会从地球上完全消失。消失后的咸水湖是什么？逐渐沙漠化！12年前，一个比咸海小得多，仅仅80平方公里咸水湖，地处中国内蒙古自治区锡林格勒盟阿巴嘎旗的查干诺尔湖完全干涸。查干诺尔（蒙语：白湖）干涸形成的干盐湖面积达80平方公里。湖盆积聚了大量的盐碱粉尘，大风下便形成盐碱尘暴。盐碱尘暴不是一般的自然灾害，它还会形成化学污染，其腐蚀性、毒性污染空气、环境、土壤和水源，危害草原、庄稼、植被，引发人畜疾病，腐蚀设备，比一般沙尘暴具有更大危害，也是生态治理的难点。盐碱尘暴不但破坏其他地区的生态，其源头也会发生植被退化消失、风蚀、沙丘堆积……查干诺尔干湖盆将逐渐演变成真正意义上的沙漠。郑柏峪，这个当年在阿巴嘎旗插队，看到并享受过查干诺尔（白湖）的北京老知青也由此开始了他“与天奋斗”的历程。郑柏峪的“与天奋斗”并不是逆天意而行，而是在科学家的支持下，仔细研究了当地沙化的成因，同时吸取了中国苏北沿海治理滩涂的经验，进行了4年的科学实验，找到了种植碱蓬，积沙压碱这个治理干盐湖的技术道路。通过他自己的坚持和努力，人工种植以后，这些一年生的先锋植物碱蓬已经在那里自然繁殖多年，取得大面积推播种的经验。查干诺尔是2002年彻底消失的。郑柏峪从2003年开始试种碱蓬，到2012年，他和企业合作，已经种植碱蓬75000亩。查干诺尔干湖盆原是一片白茫茫的死寂世界，没有生命。大面积碱蓬出现以后，湖盆的生态发生显著变化：大量堆积的沙土改变了湖盆土壤的结构，盐碱度降低，；碱蓬种植改善了小气候，增加了当地的降雨，小气候和雨水的增多及碱蓬的出现，引发其他植物的“入侵”，次生植物出现，蚊虫开始大量滋生，蜥蜴、昆虫也多了起来，鸟类经常光顾，甚至还发现了鼠类、狐狸……碱蓬地出现了生机，生态系统开始恢复了！到2012年，消失10年的查干诺尔湖水又重新出现。夏天的碱蓬郑柏峪找到了“顺天意”这个“与天奋斗”的途径，也享受到了“与天奋斗其乐无穷”的意境。这些，在他的新书《查干诺尔》中都有描述。但此时，郑柏峪一个人的治沙也遇到了他早该遇到的问题：资金没有了。资金缺失问题其实是一系列问题的结果，它反映出来的却是在中国一个人治沙必然要遇到的人文环境的困难。资金郑柏峪走在街上你绝不会多看一眼。他年过65，又曾经罹患癌症，但他的样子既不像电影中的干部，也不像大家印象中的知识分子，虽然他曾经是干部，也是一个有高等学历的人。他外表就是一个职业不详的中年人。也许他原来没有想到他压碱治沙会有这么好的效果，会成规模。因此，他只是一个人在干湖盆里熬。他从2003年熬到2008年，六年，他找到了一条可行的路，这就是从东海之滨引种碱蓬到查干诺尔压碱治沙。这期间他的环保活动完全是自费。我没有勇气问他自己花了多少钱，因为我知道这个钱无论多少都是他个人微薄的积蓄，是他一生的辛苦钱——是原本应该由国家或国家某一个部门出的钱。秋天的碱蓬2006年，韩国环境保护组织“生态和平亚洲”人士朴祥镐等和郑柏峪进行了接触，到查干诺尔进行了考察和调研。2008年，郑柏峪通过“生态和平亚洲”争取到韩国“现代汽车”的支持，成功实施了5年查干诺尔盐碱干湖盆治理项目：种植碱蓬75000亩，覆盖湖盆2/3的面积。“现代汽车”积极参与查干诺尔治理，每年出300万人民币的费用，查干诺尔项目费用全部列支在广告费项目里，明显有其商业目的。它五年全部投资为1500万元，其中用于韩国大学生来查干诺尔活动为1000万元，科学研究约100万元，直接用于治理项目的费用约为400万元。科研加治理的费用占1/3，公共关系费用为2/3。“现代汽车”这样做，更重要的目的是树立环保形象。根据朴祥镐先生讲，在项目进行的5年里，现代汽车在韩国民众的满意度由7%上升到11%。在“现代汽车”查干诺尔项目启动之前，它在全世界共资助了五个类似的环保项目。查干诺尔项目启动后，其他项目都不甚好，已经中止。因为查干诺尔项目非常成功，见效快，效益明显，符合“现代汽车”广告和公共关系利益。韩国有主导亚洲荒漠化科学研究的欲望，争夺治沙成果和科研话语权是其重要目的之一。因为他们发现中国对荒漠化的研究比较肤浅、问题不少，甚至有明显的错误，因此韩国学术界积极参与查干诺尔项目，每年都有学者来查干诺尔考察研讨，发表论文。2012年查干诺尔开始重新见水。由于政策问题，郑柏峪与“现代汽车”的合作不得不于这一年结束。治理项目停止带来严重问题。查干诺尔干湖区尚未治理的面积实际还有约15%；碱蓬是一年生植物，靠种子繁殖，如果不能持续在上风方播种，在风的吹动下，碱蓬会逐渐向下风方退缩，最终将使前十年的努力前功尽弃。那么，压碱治沙需要多少钱呢？按郑柏峪这个完全的志愿者的算法，每亩直接治理费用平均只要53元！其中种子费20元，劳务费约25元，杂费（例如管理人员往来交通食宿、种子仓储等）约8元。如果再加上五年的养护费用，每亩地一共只需要80元就可以做到自然更新了。按2008至2012的压碱治沙成本计算，如果10年内有资金750万元，不但可以继续维持和深化查干诺尔项目，而且还可以完成两个相当5万亩的干湖盆新开发项目。750万，在北京拿不下一个中等面积的豪宅，买不了一辆豪车，现在一个处级贪官贪污的钱都可能比这个多。但郑柏峪就是筹不到。募集资金有许多法律问题。另外就是体制问题了。防风治沙一直是历届政府的重要任务，国家投的钱不可谓不多，下的力量不可谓不大，可以说是重要国策。但政府部门对查干诺尔项目一直不投资，这就牵涉和暴露了我们管理体制上的许多问题。首先是种碱蓬压碱是不是治沙这个理论问题。“这是根本不可能的事情，植树造林的钱怎么会给你种草呢？”理论查干诺尔项目没有得到国家的支持，首要原因是：行政主管部门根据传统理论，认为湖泊干涸并非治沙问题的主要方面；其次，我国传统理论划定150毫米降雨线以下的地区为荒漠区，但是查干诺尔咸水湖不在这个范围内；三是，主管部门认为荒漠化问题的对策是“防沙治沙”，沙尘暴发源于沙漠，手段以植树造林挡风拦沙为主。行政主管部门认为沙漠、沙地是沙尘暴的发源地，植树造林当然是最佳的手段。但是这个理论本身有缺陷，甚至可以说有错误，其给国家造成的损失也十分严重和巨大。郑柏峪是一个有脑子的人。他没有“人定胜天”的豪情，他一开始就想找到一条针对查干诺尔地区形成干湖的具体原因和治本的路子。早在2002年，郑柏峪就请专家到查干诺尔考察。与韩国合作的五年间，他委托地科院和内蒙古师范大学做了多项与查干诺尔直接相关的科学研究。这些科学家通过考察，提出了自己的观点，“我国东部的沙尘暴实质是含有盐碱物质的尘暴，发源自查干诺尔这样的干盐湖”。这个观点来源于现场的直接观察和学术上的研究，它直面目前学术界和舆论中的一个错误认识，即所谓我国京津、华北及东部地区的沙尘暴发源自沙漠的论断。真理始于实践。多大颗粒度的沙子、在多大风速下能够刮多远有详细的实验数据，有清晰的计算公式。对我国各大沙漠里的沙子的颗粒度大小也有明确的测量数值。实验说明，沙漠里的沙粒由于颗粒度比较大，只能随风蠕动，最多不过几百米，很难随风飘移上千公里扬到北京来。因此，结论只能是：所谓京津、华北及东部地区的沙尘暴实质上只能是尘暴。对于沙尘暴发源地，权威部门认为“京津地区的风沙主要起源于周边的农牧交错区、农耕区、退化草场、沙地以及河谷区……干湖确实是沙尘的源头之一，但与广大的沙漠和沙地比起来，就要小得多。”参与查干诺尔项目的地质科学院地质研究所和北京理化分析研究中心对北京沙尘的研究都证实粉尘主要来源于干涸盐渍湖盆区。他们在对北京尘暴源区27万平方公里的研究结果是：干盐湖的分布面积仅占本区域总面积的1.3％，可是来自干盐湖的粉尘却占总降尘量的30%；全部降尘中常温水溶盐含量高达2.36％，其中96%来自干盐湖。干盐湖很小的面积却能提供巨大的粉尘量和盐碱物质量，这个区域内的尚未完成演化的湖盆沉积区才是沙尘暴的发源地。地质科学院的结论：一是京津、华北的沙尘暴实质是尘暴；二是这种尘暴是含有相当多盐碱物质的；三是干盐湖是我国东部沙尘暴的主要发源地。这个结论并不是地质科学院一家的理论。支持这个结论的科学论据很多。已故的地质学家、原国务院环境委员会专家组组长、中国科学院地球环境研究所名誉所长刘东生院士早就指明了沙漠的沙、黄土高原的土、东部的尘的发源地都在西部的荒漠区的大盆地，是风选的过程将它们分离，按照颗粒物的大小、有次序的沉降在不同的地点。颗粒度大的留在湖盆成为沙漠，中等颗粒飘散到较远地区成为黄土高原，细微的粉尘飘扬到东亚成为黏土、或者进入大气环流。按照这个描述，沙漠是风选的结果而不可能是尘暴的源头。已经形成的沙漠不可能成为沙尘暴的发源地的，只有积存大量盐碱物质的干盐湖才是，这些干盐湖包括我国西北的几大大盆地，因为它们本身就是古海洋干涸的产物，查干诺尔不过是一个新的表现而已。咸海的干涸将是另一个例证。查干诺尔的实践从另一个角度证明了这个理论。种植耐盐碱植物碱蓬，覆盖湖盆，积沙压碱，改良土壤，植物替代，人为控制定向转化，能在较短的时间内将盐碱干湖盆转化成新草地。由于碱蓬是一年生植物，以多年生植物替代碱蓬，形成植物替代才是目的，在这个链条中，碱蓬被称为“先锋植物”。查干诺尔压碱治沙的实践表明，现在碱蓬的面积已经非常可观了，植物演替的过程要比原先预计的快很多，面积增长快……小气候改变，局部雨量增加，动物生存环境也得到了改善。碱尘明显减少！由此已经可以得出结论：查干诺尔治理项目路线正确，技术可行，圆满成功。查干诺尔治理项目成功是一个了不起的奇迹，把如此大面积的干盐湖、在如此短的时间内成功绿化，不但在中国、而且在全世界都是首次。韩国人机敏地从这些科研项目中看到了缝隙，拿我们的观点和实践结果在韩国大加宣传，甚至整版的报纸报导查干诺尔的信息和科学价值，企图在荒漠化研究中占领导席位。但这些并没有触动我国的相关部门。在中国，照理国家主管部门应该从宏观上进行管理，尤其是应该掌握相关理论研究的成果或争论，将科研结果转化成行政管理的方向。但实际上它们很少有所作为。例如，防治荒漠化的工作由国家防沙办负责，但是他们对理论性的问题几乎毫无兴趣。虽然在防止沙化和沙尘暴方面的争论已经持续很多年了，一些科学家提出过尖锐的意见，仅中科院植物所首席科学家蒋高明对植树造林防风拦沙的做法提出异议已经十多年，且有学者出书赞同他的观点；我们查干诺尔项目的专家提出的“京津华北的沙尘暴实际是尘暴、发源地在干盐湖”也已经十多年，但是防沙办始终不予理睬，仍然坚持按“沙漠是沙尘暴发源地”这样陈旧的观点办事，主要工作还是放在三北防护林和京津风沙源治理那些治标不治本的项目资金分配上。报纸上报道的种树的面积不断加大，报纸上也不断呼吁重视沙化面积的不断增加——此间的面积差额到底到哪里去了，谁也不知道。“这是根本不可能的事情，植树造林的钱怎么会给你种草呢？”体制郑柏峪是一个有理智的正常人。他不是推石头上坡的息息法斯，不是无效追日的夸父，也不是为取悦自己想象中的情人达辛尼娅而勇斗风车的唐﹒吉珂德。他一个人治沙也好，和“现代汽车”合作也好，都是不得已而为之。郑柏峪曾千方百计争取国家有关部门的重视和支持。2003年初，郑柏峪联络十几名科学家在中青网上发表文章，证明他们通过在查干诺尔的调查认为北京的沙尘暴实质是尘暴。这篇文章在学术界、舆论界引起广泛反响。刘淇同志批示“组织专家论证”。但是主管部门没有找提出问题的专家，只找了几个坚持传统结论的人讨论。紧接着，几名领导和专家的文章便见诸报端：国家防沙治沙办公室主任刘拓认为，干涸湖泊并非京津沙尘暴的祸首。京津地区的风沙主要起源于周边的农牧交错区、农耕区、退化草场、沙地以及河谷区。其中河谷区就包含了干涸湖泊。但是，干湖只是风沙问题的一个方面，并非问题的主要矛盾。京津周围的干涸湖泊问题并不是很明显。北京市气象台台长郭虎说，认为肆虐京津的是尘暴而非沙尘暴这一结论不太准确。气象专家张明英认为，干湖确实是沙尘的源头之一，但与广大的沙漠和沙地比起来，就要小得多。2004年，郑柏峪他们发《内参》，讲述了一年的实验成果，请求国家支持。曾培炎副总理作出了批示给了发改委，发改委约见郑柏峪和参与项目的科学家，确定在国家林业局2005年科技支撑项目中予以安排。但是第二年，项目被取消了。2006年，沙尘暴肆虐。郑柏峪联系了10多名科学家联名写信给温家宝总理，呼吁召开专家论证会。6月下旬温总理亲自主持专家座谈会，查干诺尔项目科学家韩同林参加，第一个发言说明了观点，温总理在总结中作了鼓舞人心的讲话。但是最后还是无实质结果。之后，受国家林业局贾局长指示，主管部门曾经听取过郑柏峪他们的汇报和意见，但是还是毫无结果。究其原因，根源还是在主管部门。主要是认识问题。主管部门认为湖泊干涸并非防沙治沙问题的主要方面。沙尘暴发源于沙漠，解决荒漠化问题以植树造林为主要手段；其次是行政规定死板。我国传统理论划定150毫米降雨线以下的地区为荒漠区，但是查干诺尔咸水湖不在这个范围内。因此从理论上讲，查干诺尔地区不属于他们负责的范围。按照林业部三北局一位处长的话：这是根本不可能的事情，植树造林的钱怎么会给你种草呢？这样就出现了一个非常有趣的现象：大片已经形成的沙漠有人管，但基本上属于在沙漠边植树造林，沙进人退，被动防御；我国不同程度盐渍化或次生盐渍化的地区28.8亿亩，占国土面积的20%，其中有6亿亩盐碱地的治理已经纳入农业部的工作范畴；但像查干诺尔这样的1.5亿亩干盐湖区虽然危害巨大，但通过治理可以重新恢复植被和水源地地区，目前尚无管理机关。更有趣的是，郑柏峪他们压碱治沙取得阶段性成功时，查干诺尔湖区的所有权问题也浮现了出来。查干诺尔原来有水时属于国营，归水利局管。没有水了，水利局也不管了。十年后又有了水，他们就又回来说查干诺尔是小湖泄洪地区，管理权在水利局。草原监理部门这时说了，既然种了碱蓬，查干诺尔就是草原。林业局种碱蓬是治沙，证明这里是荒漠，因此管理权是林业局。土地部门说查干诺尔是国有土地。嘎查大队说是牧民草场。有些农牧民干脆就在这里安营扎寨了……无论政府、集体和个人都看到了查干诺尔的好光景，他们说查干诺尔应该归自己。但自从2004年至今，这些现如今主张自己权利的单位和个人，对查干诺尔的治理没有任何投资和支持。郑柏峪显然不是这里的管理者。过去，他只是一个保护环境的志愿者，一个沙尘和盐碱化土地的治理者——现在，成果有了，但他既无权继续，也无钱继续了。咸海的消失不是偶然的。气候变暖，导致雪线上升；斯大林时期将其上游牧场改为农耕，用行政手段推广种麦，种棉花等需要大量用水的农作物；修运河截水；咸海周围人口剧增四倍……这些都是原因。这种种长期不顾自然环境的掠夺性的开发，造成了今天咸海的消失。我的疑问是：那些用掠夺性开发造成查干诺尔成为干盐湖，现在又用掠夺性手段企图占有郑柏峪治理成果的部门、集体和个人，会立地成佛，爱护这片土地吗？郑柏峪想趁自己还能动，再承包查干诺尔1000亩干盐湖地种碱蓬。但没有一个政府单位肯出这50万元区区小钱支持他。建议北京800公里半径内的几大咸水湖正在陆续干涸。其中，乌拉盖高毕面积230平方公里，2004年干涸；查干诺尔80平方公里，2002年干涸；安固里诺尔面积70平方公里，2004年干涸；黄旗海面积110平方公里，2010年干涸；一些小咸水湖，如阿尔肖特、乌兰诺尔、九连城诺尔早已干涸。面积230平方公里的达里诺尔湖也出现了危机，水面下降很厉害。目前类似查干诺尔的干湖盆还有内蒙古锡林格勒盟东乌旗的乌拉盖戈壁，230平方公里，它的边缘地区已经有大面积的碱蓬，利于项目实施；另一个重要的地点在新疆的西北部，主要是艾比湖，已经出现大面积的干湖盆；还有相当多的中小湖盆。资料显示，PM2.5和荒漠化也密切相关。在美国国家航空和太空管理局( NASA )发布的“全球PM2.5浓度地图”上，清楚地表明了北非-欧亚荒漠区是PM2.5的重点发生区，我国荒漠区及东南沿海是最重的地区。郑柏峪用自己的实践和努力证明了治理查干诺尔理论路线正确，技术可行，成绩圆满。查干诺尔这个干盐湖治理项目成功是一个了不起的奇迹。在如此短的时间内，把如此大面积的干盐湖成功绿化，开始复水，不但在中国，而且在全世界都是首次。毫无疑问，查干诺尔的治理经验有重要的示范价值，将查干诺尔治理项目继续下去也是十分必要、且有重大意义的事业：——到2013年，实际尚未治理的面积还有约15%；——碱蓬是一年生植物，靠种子繁殖，如果不能持续在上风方播种，在风的吹动下，碱蓬会逐渐向下风方退缩，最终将前功尽弃；——由单纯碱蓬到植物多样性、再到普通草地的演化过程，这个过程需要维护，也不是一年、两年就能完成的；——治理项目出资支持的与查干诺尔相关的科学研究，也需要延续；特别是，大面积干盐湖在耐盐碱植物出现以后的植物演替是世界上无人做过的科研课题，非常有价值，非常有必要继续进行。应该强调的是：压碱治沙这个环保项目不仅有其生态价值、而且有其经济效益。以咸水作为荒漠化生态修复和建设的资源条件，在荒漠化地区种植盐生或耐盐碱植物、养殖盐生或耐盐碱水生动物，构建并形成农林牧副渔和谐共存的咸水复合生态农业的生产系统，不但可以达到荒漠化地区生态修复的目的，还可以获得可观的经济效益和巨大的社会效益。比如，碱蓬本身就是牧区牲畜过冬的必要补充饲料。尤其是大雪覆盖草原，碱蓬是牲畜补充盐分的最好植物。压碱治沙如果能够和产业开发相结合，产业开发支持生态治理，农牧民自然有积极性治理和开发干盐湖，项目就可进入良性持续发展的道路。苏北盐城地区已经形成了相关的耐碱性植物种植、加工和利用的经营链条。如果按每治理10万亩干湖盆，十年需要资金1040万元计算；如果国家投入1亿元，坚持10年，国家将可以将100万亩的干盐湖转化成草地。如果国家能组织对压碱治沙理论认真的科学研讨，在此基础上设立干盐湖治理专门机构和专项基金，不出几年，在治沙和压制尘暴方面的成绩可能就会超过林业部门。这需要的仅仅是一点点观念的调整和投资原则的调整。有了这个调整，郑柏峪一个公民的治沙就会变成全民的治沙，从过去一贯的被动防沙变成将来持续的主动治沙，从边缘治沙变成腹地治沙，从种树挡沙暴变成压碱治尘暴……这个账，无论怎么算都是值得的。这个曾患癌症，已经坚持治碱十二年，种碱蓬75000亩，今年六十七岁的郑柏峪想趁自己还能动，再承包查干诺尔1000亩干盐湖地种碱蓬。他能找到这笔资金吗？“这是根本不可能的事情，植树造林的钱怎么会给你种草呢？”

沙尘来源及其路径沙尘暴天气主要发生在春末夏初季节这是由于冬春季干旱区降水甚少, 地表异常干燥松散, 抗风蚀能力很弱, 在有大风刮过时, 就会将大量沙尘卷入空中, 形成沙尘暴天气。从全球范围来看, 沙尘暴天气多发生在内陆沙漠地区, 源地主要有非洲的撒哈拉沙漠, 北美中西部和澳大利亚也是沙尘暴天气的源地之一。1933一1937年由于严重干旱, 在北美中西部就产生过著名的碗状沙尘暴。亚洲沙尘暴活动中心主要在约旦沙漠、巴格达与海湾北部沿岸之间的下美索不达米亚、阿巴斯附近的伊朗南部海滨, 稗路支到阿富汗北部的平原地带。前苏联的中亚地区哈萨克斯坦、乌兹别克斯坦及土库曼斯坦都是沙尘暴频繁（≥15/年）影响区, 但其中心在里海与咸海之间沙质平原及阿姆河一带。我国西北地区由于独特的地理环境, 也是沙尘暴频繁发生的地区, 主要源地有古尔班通古特沙漠、塔克拉玛干沙漠、巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、乌兰布和沙漠和毛乌素沙漠等。从1999年到2002年春季，我国境内共发生53次（ 1999年9次，2000年14次，2001年18次，2002年12次）沙尘天气，其中有33次起源于蒙古国中南部戈壁地区，换句话说，就是每年肆虐我国的沙尘，约有六成来自境外。这是7月2日，中国气象局副局长李黄向媒体公布的研究结果。他说，2002年春季，我国北方共出现了12次沙尘天气过程。具有出现时段集中、发生强度大、影响范围广等3个特点。影响我国的沙尘天气源地，可分为境外和境内两种。分析表明：三分之二的沙尘天气起源于蒙古国南部地区，在途经我国北方时得到沙尘物质的补充而加强；境内沙源仅为三分之一左右。发生在中亚 （哈萨克斯坦）的沙尘天气，不可能影响我国西北地区东部乃至华北地区。新疆南部的塔克拉玛干沙漠是我国境内的沙尘天气高发区，但一般不会影响到西北地区东部和华北地区。我国的沙尘天气路径可分为西北路径、偏西路径和偏北路径：西北1路路径，沙尘天气一般起源于蒙古高原中西部或内蒙古西部的阿拉善高原，主要影响我国西北、华北；西北2路路径，沙尘天气起源于蒙古国南部或内蒙古中西部，主要影响西北地区东部、华北北部、东北大部；偏西路径，沙尘天气起源于蒙古国西南部或南部的戈壁地区、内蒙古西部的沙漠地区，主要影响我国西北、华北；偏北路径，沙尘天气一般起源于蒙古国乌兰巴托以南的广大地区，主要影响西北地区东部、华北大部和东北南部。

王永迟振卿姚培毅刘训闵隆瑞

（中国地质科学院地质研究所，北京，100037）

摘要本文通过对北京—临河—额济纳旗地表沙尘样品的地球化学、同位素组成等调查，分析了中国北方地区沙尘暴发生源地之一额济纳旗沙尘暴形成的原因与天气条件，并讨论了额济纳旗—北京地表沙尘样品的物质组成与来源问题。Sm/Nd同位素与氧化物特征表明，额济纳旗—北京的地表沙尘主要来源于基岩或土壤就地风化侵蚀，异地成分的贡献较小。北方沙尘暴的发生主要是由于当地气候条件与生态环境的恶化造成的。

关键词沙尘暴地球化学组成来源

1沙尘暴概况

沙尘天气分为浮尘、扬沙、沙尘暴和强沙尘暴四类。沙尘暴是指强风将地面大量尘沙吹起，使空气很混浊，水平能见度小于1km的天气现象；沙尘暴的形成至少要有三个条件，一是有利于产生大风或强风的天气形势，二是有利的沙、尘源分布，三是有利的空气不稳定条件。强风是沙尘暴产生的动力，沙、尘源是沙尘暴形成的物质基础，不稳定的空气状态是重要的局地热力条件，利于风力加大、强对流发展，从而夹带更多的沙尘。

关于沙尘暴现象国内外已进行了许多研究，但多数是现象和灾情的描述，仅限于个例分析，或者天气形势的特征分析等方面。迄今尚没有弄清被风刮起的沙尘是以什么样的途径运动的，因为人们无法跟踪沙尘的整个运动过程。卫星所提供的图像也只能看到沙尘飞越太平洋的情景，但在陆地上的运动无法观察。由于缺乏各种数据，目前还无法建立沙尘暴的计算模型。沙尘飘得远近取决于其沙粒在空气中的漂浮高度，到目前为止，观察沙尘漂浮高度还只能靠专门的激光测量仪。但是，激光测量仪的缺陷是测量范围小，只能探测到空中很小区域，还无法判断沙尘的运动方向。

沙尘暴是我国北方地区的一种主要灾害性天气，它突发性强、破坏力大，难以预报和防御。我国西北、华北大部、青藏高原和东北平原地区沙尘暴年平均日数普遍大于1天（钱正安等，1997），是沙尘暴的主要影响区（高尚玉，2000；胡金明，1999），天山以南大部分地区沙尘暴年平均日数大于10天，是沙尘暴的多发区；塔里木盆地及其周围地区、阿拉善和河西走廊东北部是沙尘暴的高频区，沙尘暴年平均日数达20天以上，局部接近或超过30天，如新疆民丰36天、柯坪31天、甘肃民勤30天等（徐启运等，1997）。

目前我国正处于沙尘天气非频发期的上升期。近年来，我国沙尘暴的强度有所增强，强沙尘暴的次数增加，统计表明，上世纪60年代特大沙尘暴在我国发生过8次，70年代发生过13次，80年代发生过14次，而90年代至今已发生过20多次，并且波及的范围愈来愈广，造成的损失愈来愈重。

本文拟从北方沙尘暴发生源地之一及途径地区地表沉积物的地质、地球化学等方面入手，分析不同地区地表沉积物的变化特征，研究沙尘暴发生与移动过程中源地物质对局地沙尘的贡献，探讨沙尘暴发生源地及其传播路径。本次工作中的样品取自北京至额济纳旗沿途地表风积物（图1）。

图1北京—额济纳旗地表沙尘样品取样路线

2我国北方沙尘暴物质组成特点及来源探讨

内蒙古额济纳旗位于巴丹吉林沙漠边缘，河西走廊北部。该地区靠近沙漠，具备丰富的沙源条件，河西走廊是冷空气活动的通道，是我国沙尘暴天气发生运移路径（北方路径）中的主要源地之一。据统计，1952～1994年我国有记载的48次强和特强沙尘暴中，仅额济纳旗就发生了6次。不仅给农牧业生产造成严重损失，有时还造成人畜伤亡。对该地区沙尘暴发生的特征进行调查分析，并探讨其发生的天气条件，可以为沙尘暴天气的预报预防工作提供依据。

2.1沙尘样品的Sm-Nd同位素特征

2.1.1Sm-Nd同位素原理

稀土元素Nd在自然界中存在143Nd和144Nd两种同位素，144Nd由放射性元素147Sm衰变而来，因而也称其为放射性成因Nd。143Nd则多富集于酸性铝硅酸盐中，通常称为陆源Nd。Nd同位素组成用143Nd/144Nd比值来表示。一般认为，在许多地质过程中w（Sm）/w（Nd）的分异很小，Sm-Nd体系可以保持封闭。

利用Nd同位素进行物源、古环境演化研究（刘季花，1998；孟宪伟，2001）始于对海洋沉积物的研究。近些年来，有人通过将海底沉积物的细粒组分（粘土）、洋面上的尘埃和气溶胶的Nd同位素组成与古地盾、沙漠的Nd同位素值进行比较，借此确定风成物质的来源（Grousset,1988；Donald,1988）。许多研究已经证明，细碎屑沉积物可以代表相当大区域内大陆地壳的平均成分，由于沉积过程中几乎可以忽略不计的Sm/Nd分异，碎屑沉积岩的Nd模式年龄被认为可反映沉积物源区的平均地壳存留年龄；碎屑沉积物本身也可反映物源供给区的化学成分和同位素成分的特征。

利用大陆沉积物Nd同位素组成进行物源识别是一种新的尝试，尚属于探索阶段。细碎屑沉积岩为原岩机械破坏的产物，在岩石风化、破碎、搬运、沉积过程中，Sm//Nd比值保持不变，形成的沉积岩保持原岩的Sm/Nd比值和同位素特征，模式年龄和原岩相同，因而可以鉴别沉积物的源区。

2.1.2实验分析方法

Sm-Nd同位素测定在地科院地质所同位素实验室进行，采用MAT-261固体同位素质谱仪测定。电离带用Re带，蒸发带用Ta带，M+离子形式，可调多法拉弟筒接收器接收。质量分馏用143Nd/144Nd=0.7219校正，标准测定结果：J.M.Nd2O3143Nd/144Nd=0.511125±8,GBW04419143Nd/144Nd=0.512725±10。Sm,Nd流程空白为5×10-11g。年龄用ISOPLOT EX2计算，衰变常数为6.54×10-12a-1。

2.1.3测试结果

测试结果见表1。

表1临河—额济纳旗地表沙尘样品Sm-Nd同位素测试结果

所有样品的模式年龄都落在中—晚元古代。这些地表样品的物源区可能主要为中—晚元古代的老地壳。这些碎屑沉积物可能代表中—晚元古代两个端元组分以不同比例混合的产物。因此，地表沙尘样品可能是中元古代从地幔分异出来的地壳。碎屑沉积物的Nd模式年龄（TDM）分布在0.9～1.75Ga之间，支持这一结论。其中比较年轻的模式年龄显然是由于大量年轻物质的加入而造成的。从表1可以注意到，绝大部分样品的147Sm/143Nd值介于0.11～0.13之间，表明在沉积过程中Sm/Nd并没有明显的分异，因而这些以亏损地幔线性演化为假设前提而计算的Nd模式年龄是有意义的。地表沙尘样品中高的Nd同位素表明老的地壳（中元古代）可能是主要源区。

从Sm-Nd关系来看，所有沙尘样品的Sm/Nd比值变化不大，但143Nd/144Nd有一定变化，模式年龄的变化也较大（图2）。并未显示相同源区的特征。

图2沙尘样品的143Nd/144Nd与模式年龄

2.2沙尘样品的地球化学成分特征

地球化学方法用于沉积物的物源判别，具有直观、经济、有效的特点，利用地球化学组合成因专属性来定性识别沉积物物源属性已成为一种新趋势。但对于陆源碎屑沉积物而言，由于其来源复杂，需要配合其他方法才能更有效地识别物源的变化特征。

利用XRF方法对采集自北京—额济纳旗的地表沙尘样品进行氧化物含量分析，了解沙尘样品地球化学的变化特征，探讨可能的沙尘来源问题。

表2为所测试样品的氧化物含量特征，从表中可以看出，SiO2、CaO含量变化较大。

Sc24、Sc25样品SiO2含量最低，而CaO含量最高，该样品采集自北京西北山区，周围主要为碳酸岩区，表明地表沙样为就地风化产物。Sc29、Sc30样品SiO2含量最高，而CaO含量最低，该样品采集自内蒙古西部固阳—五原一带。

Si,Al,Ca,K,Mg,Mn,Na,Ti等属于亲石元素，它们的原子结构呈惰性气体型，因而在自然迁移过程中表现较稳定。Fe、P为亲铁元素。图3显示，沙样中的亲石元素与亲铁元素含量在沙尘源区—远离沙尘源区变化比较大，这表明沙尘的主要来源随搬运过程发生变化。可能局地岩石风化对沙样中氧化物含量影响最大。

表2北京—额济纳旗地表沙尘样品的氧化物特征单位：%

图3北京—额济纳旗地表沙样主要氧化物变化特征

沙尘来源于某一地区地表土的风力起尘，而各类土壤的化学元素组分都有一定的特点，相互间有一定的差别，且特定的土壤都有一定的集中分布区域。对不同种类的地表土其元素之间的硅铝率w（SiO2）/w（Al2O3）和硅铝铁率[w（SiO2）/w（Al2O3+Fe2O3）]是相对稳定的，因此常用于初步定性判别某一土壤的源地。将地表沙尘样品的元素成分之间的这两个比率与我国几个典型地表土壤相应的比率进行比较（表3）。从表中可以看出，不同地表土壤类型其两个比率的差别是十分明显的。地表沙尘样品与黄绵土和棕漠土的两个比值较接近。对照我国土壤类型分布图，棕漠土主要分布于新疆北部，黄绵土主要分布于新疆、甘肃西北、内蒙古和宁夏西北及陕西广大地区。因此，该地区可能是沙尘的主要源地。

根据上述分析，沙样中沙尘的硅铝率w（SiO2）/w（Al2O3）和硅铝铁率w（SiO2）/w（Al2O3+Fe2O3）接近于棕漠土，其来源主要是包括我国西北地区在内的土壤尘。当然沙尘中还可能包括沿途混入的局地沙尘，以及由它们组成的地面二次扬尘。

表3北京—额济纳旗地表沙尘样品与几种典型土壤的硅铝比

漠土系列是中国西北荒漠地区的重要土壤资源，包括灰漠土、灰棕漠土、棕漠土和龟裂土等，共同特征是：具有多孔状的荒漠结皮层，腐殖质含量低，且表聚性强，石膏和易溶性盐分在剖面不大的深度内聚积，存在较明显的残积粘化和铁质染红现象以及整个剖面的厚度较薄和石砾含量多（龟裂土和灰漠土除外）等。在成土过程中主要表现为钙化作用（石灰聚积）、石膏化与盐化作用、弱的铁质化作用，同时风成作用相当明显。

棕漠土是温带荒漠条件下和粗骨母质上发育的土壤，在西北占有很大的面积，同灰漠土比较，腐殖质的累积作用更弱，几乎无腐殖质层，表层有机质含量很少超过0.5%，且随深度增加含量亦无多大变化。

与西北荒漠地区的土壤地球化学特征相比较，地表沙尘样品明显具有较高的w（SiO2）/w（Al2O3）比值。其原因可能是由于沙尘样品经过更长时间的风化、磨蚀，具有更高的成熟度。

3北方沙尘暴物质来源与传播路径讨论

沙尘暴的形成必须满足地表疏松细粒物质和风力搬运的动力条件，同时要具备不稳定的空气状态（邱新法，2001；张仁健，2002）。当动力条件满足时，沙尘暴的发生发展就随不同的地表条件而定，有植被保护的地表和未耕作的耕地抗风蚀力强，难以成为沙尘暴物质源地，而无植被覆盖或植被覆盖度低的裸露疏松细粒物质的地表都可以是潜在的沙尘暴物质源地。西北地区的几大山系由于气候较湿、植被覆盖好，土壤风蚀小，为非沙尘源区，除此以外的其他地区由于气候干旱、植被稀疏都有可能为沙尘暴源区，存在大量沙尘暴物质源地。同时，由于工业化程度的提高，城市规模扩大，在局部地区造成城市与周围地区显著的温度差异，使局部地温梯度增大，形成不稳定的空气热力状态，促进沙尘暴的产生。

在沙尘暴源区内沙尘暴物质源地判定的依据是：在土地资源类型中，裸岩、水体和建设用地都不具备有细粒物质的条件，构不成沙尘暴物质源地。林地和中高覆盖度草地由于植被覆盖度高，地表物质在植被保护下难以被风蚀，也不具备构成沙尘暴物质源地的条件。耕地由于地表植被覆盖率在年内变化与农事活动有极高的一致性，耕地是否是沙尘暴物质源地是由种植制度和农事活动特点决定的，每年的11月至第二年的3月为休耕期，降水少，耕作后的土壤破坏了地表植被和土壤持结力，抗风蚀力弱，成为强尘物暴质源地。从4月初至5月底，为旱地作物播种及发芽出苗期，虽植被盖度低，但由于灌溉土壤含水量高土壤抗风蚀力较强，为弱沙尘暴物质源地；从5月初至10月底，作物生长旺盛期，降水丰富，地表覆盖率高，此期间耕地属于非沙尘暴物质源地。干旱区的低覆盖度草地由于植被稀疏难以对地表土壤进行有效保护和阻止土壤细粒物质被风蚀，属于弱沙尘暴物质源地。戈壁由于砾石间夹有细粒沙土，也属于弱沙尘暴物质源地。

因此，沙尘暴源地的构成冬春季（前年11月至本年4月）主要是沙地、盐碱地、砾质戈壁、裸土、低覆盖度草地和耕地等6种类型，夏秋季（5月至10月）主要是沙地、盐碱地、砾质、裸土和低覆盖度草地等5种类型。

从地表沙尘样品的同位素组成及地球化学特征来看，北京－额济纳旗地表沙尘的主要来源均为成熟度高的沙地就地风蚀产物，异地成分较少。

由于沙尘源地与移动路径的差异，沙尘的影响范围会存在很大的差别。沙尘由于输送路径长，通过沉降清除，浓度会发生显著降低，一般演变为浮尘，因此在地表沙样中的贡献明显较小。

4结语

北京—额济纳旗地表沙尘的主要来源均为成熟度高的就地风蚀产物，异地成分较少。沙尘由于输送路径长，通过沉降清除，浓度会发生显著降低，一般演变为浮尘，因此在地表沙样中的贡献明显较小。

通过额济纳旗、兰州及北京的气候资料记录的沙尘暴分析，前二者的沙尘暴天气可能增加北京上空的浮尘，但更多的沙尘暴天气不是直接受前二地的影响，区域性气候更是北京沙尘暴天气的主要原因。

北方沙尘暴的发生主要是由于风力作用吹蚀就地地表沉积物而形成。工业化程度提高，城市规模扩大，人口增多，形成热岛效应作用也使该地区与周围地区之间的温差日趋加大，地温梯度增加，促进沙尘暴的发生。

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