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专家破解巴丹吉林沙漠惊现地下湖泊之谜[图.评论]http://www.sciencehuman.com 科学人 网站 2004-12-16
巴丹吉林沙漠周边地区水资源及地质概况示意图
巴丹吉林沙漠位于内蒙古自治区西部的阿拉善盟境内，总面积4.92万平方公里，是我国第三、世界第四大沙漠。这里地处西风环流带，北风劲吹，最大风速高达9米/秒，降雨量每年不足40毫米，而蒸发量大于4000毫米，是我国极为干旱的地区之一。然而，在巴丹吉林沙漠深处，湖泊却星罗棋布，有113个之多。在极度干旱的沙漠里，为何会有如此之多的湖泊？这个谜团长期困扰着科学家。近日，英国《自然》杂志发表的一篇由中国科学家主笔的论文最终揭开了谜底。 在中国西北阿拉善高原上的巴丹吉林沙漠，分布着不计其数的新月形、金字塔形沙丘和各种形态复杂的沙山，高度一般在200米左右，最高为500米以上，有人称之为“沙漠珠穆朗玛峰”。除此之外，那里还分布着100多个被当地人称为海子的湖泊，现在，仍然有水的湖泊有70多个，面积达23平方公里之多。这些湖泊里芦苇丛生，水鸟嬉戏，鱼翔浅底，一直享有“漠北江南”之美誉。 11月25日，英国《自然》杂志上发表的一篇论文使这里再次引起世人的注意。这篇名为《地下水维系高大沙山景观》的论文由河海大学、中国科学院地质与地球物理所、澳大利亚昆士兰大学等机构的研究人员共同合作完成。该论文指出，巴丹吉林沙漠中的沙山为什么始终不移 动？这里为什么分布着如此之多的湖泊？原因在于这里的沙漠下面隐藏着一个大型的地下水库。这个大型地下水库与500公里以外的祁连山冰川积雪之间，更存在着一条巨大的“调水通道”———祁连山深大断裂。近日，记者采访了论文的第一作者、河海大学同位素水文学研究所所长陈建生教授。 沙漠深处的追踪 陈建生教授告诉记者，巴丹吉林沙漠风大雨少，极其干旱，但却有着中国乃至世界上最大的沙山。从2001年起，在首席科学家、中国科学院汪集院士的指导下，陈教授及其合作者便开始了对巴丹吉林沙漠地下水的补给来源的苦苦追踪。研究小组多次深入沙漠腹地，一次，在一个湖泊旁的沙山边上挖到了一株年龄约4000多岁的植物化石。这一化石的发现让他们兴奋不已，这说明沙山至少在4000年内纹丝未动，否则植物化石早就随风倒下了。松软的沙山不仅未被当地强劲的狂风吹散，而且还能长达几千年岿然屹立，原因何在？“可能是沙山有稳定的水源补给。”陈教授初步推断。 经过进一步深入研究后，他们惊讶地发现，高大沙山的内部确实是潮湿的，体积含水率为2%至20%。他们在对沙漠中的一个大沙丘进行考察时，在其表面下仅20厘米的地方发现了大量的潮气。研究人员还在一个沙山边坡挖了1米深的井，观察到水的渗出，而这个井要比邻近湖泊水面高出17米之多！由此推论，是沙山里面含有的水分起到了类似粘合剂的作用，从而使沙山得以抵抗住强大的西北风的侵蚀。那么，沙山中的水分来自何方？这成了摆在研究者们面前的新问题。 令人兴奋的发现 在降雨量每年不足40毫米而蒸发量大于4000毫米的情况下，巴丹吉林沙漠中沙山和湖泊里的水究竟来自哪里呢？陈教授发现，仅1.5平方公里的诺尔图湖，每天的蒸发量就足以满足西北地区10万人的生活用水。如此巨大的蒸发量必定要有相当的水源补给，水源来自何方？这是研究者们不可回避的又一个问题。 既然当地降雨量每年不足40毫米而蒸发量大于4000毫米，那么这些水决不是来自于降水。他们在当地的沙山和湖泊中分别发现了钙质胶结和钙华，他们由此认定，沙山和湖泊里的水来自深层地下水。 深层地下水又来自哪里呢？他们采用同位素水文学的研究手段，一路追踪到了500公里以外的祁连山。他们发现，沙丘和湖泊水中各种氧同位素的比例与祁连山雪的氧同位素比例吻合。然而，祁连山位于巴丹吉林沙漠西南500公里的地方，那里的水又是如何到达沙漠的呢？ 研究人员通过溶解在水中的锶判断，祁连山的雪融化后，通过地下深处的断层(即地质上著名的阿尔金断裂带)源源不断地进入沙漠。也就是说，500公里外的祁连山冰川积雪融水正是巴丹吉林沙漠之水的发源地，在地下1万米深处，两者靠一条隐蔽的“地下河”一脉相承，“河床”则是因地球板块运动生成的深大断裂带。 据推算，“地下河”每年对巴丹吉林沙漠的补给量在5亿立方米以上(比黑河流量的1/3还多)，补给周期约为30年左右。正是这条“地下河”对巴丹吉林沙漠源源不断的水分补给维系了当地沙山群集、湖泊密布的奇特景观。 质疑与反驳接踵而至 陈建生他们发现了巴丹吉林沙漠深处的地下补给体系后，先后在《水利经济》及其他专业杂志上陆续发表了论文。论文的发表，震惊了学术界，同时也引起了一些学者的反驳。一些学者认为，沙丘中存在的水主要来自日常降水，另一部分学者认为，湖泊中的水是在最近一次的冰川活动中积蓄下来的。 陈教授在接受记者采访时对以上观点进行了质疑，他说，最近一次的冰川活动距今至少也有一两万年了，而巴丹吉林沙漠每年的蒸发量超过4000毫米，即使按照湖泊水面蒸发量来计算，一年的蒸发量按2000毫米，一万年的时间里2万米高的水柱也会全部被蒸发掉，所以根本不可能是冰川活动留下来的水。 另外，湖泊中和附近往往有几十上百个泉，仅诺尔图湖泊平均每天的泉水补给量超过一万立方米，对不断涌进的水怎么解释呢？ 陈教授说：“如果湖泊没有补给的话，蒸发一万多年还会存在湖泊甚至淡水湖泊？这是个普通常识问题。”陈教授还对一些学者采用氢、氧稳定同位素及含水量在包气带垂向的变化研究地下水的多年平均补给率及水文气候变化提出了反驳，他指出：包气带中的水分子是极不稳定的，随着温度与湿度的微小变化吸附在沙粒表面的水分子始终在运动着(蒸发、凝结、交换)，几百年来包气带中的水分子不知道交换了多少次，怎么可能利用它来研究几百年前的补给率甚至水文气候变化呢？陈建生指出，一些学者的研究方法的错误必然导致对自然现象认识的偏差与错误！ “地下河”为调水提供新思路 陈教授告诉记者，“地下河”的发现有重大的意义，西北地区长期存在的缺水难题说不定能够就地解决。这一发现对我国的调水方式也提供了新思路，目前，国家调水都是先将已知的地表水用水库存起来，但蒸发损耗无法避免，浪费巨大。 根据中国地质调查局最新的调查，西北地区为了向下游地区输送26亿的水，在水库和渠道中被白白蒸发掉的水高达20亿，蒸发量达到43%。如果调水工程中能将阿尔金断裂等这样的地下天然输水通道利用起来，则可大大减少无效蒸发。 当记者问及开发利用“地下水库”会有什么实际操作难度时，陈教授说，实际上在额济纳盆地有现成的天然通道(深大断裂)，我们只需要采用物探的方法调查清楚断裂通道的分布规律，其实不需要做太多的工程，因地制宜地充分利用地下的输水通道，将沙漠中无效蒸发掉的水充分利用起来。问题的关键在于我们要改进目前的这种兴修地面水库的调水策略，这才是忧虑所在。 [北京科技报]
相关链接 河海大学陈建生等人在今天出版的《自然》杂志上报告了一项令人惊讶的发现，巴丹吉林沙漠存在一个年补给量为5亿立方米以上的地下水库。研究人员由此建议，应该重新审视祁连山以北地区的调水计划。 [南方周末]
巴人论评 我们认为，这一地理上水系分布的发现是重要的，对于我国综合利用资源和恢复生态都是相当重要的。 就我们狭隘的观点来看，这一片沙漠通过这一水系进行恢复，并由此带动整个西部地区生态的巨大改善是非常具有实际意义的。 但是，国家必须对此进行严格的科学的规划和指导。种草还是植树，种何种东西最为有效益，如何地种植，应该具有的何种政策、指导和培训，这都是需要很好研究的。假如将这一片沙漠地表改善，水汽蒸发量最大限度地减少，那么，这一地区有可能会形成一个逐步富积起来的水源。二三十年以后，生态的巨大改善，就会无形中使得这些地区增加更多的水量，那些湖泊就可能成为有所再扩大的天然水库。我国西北部一直很缺水，从战略意义上讲，这样有的放矢就更显得非常重要了。 现在需要研究一下为什么这样的地区为能生长出成片的草原和灌木。如果是人为的因素所致，那就非常有希望扭转这一地区的恶劣生态。从发掘到的几千年前的植物来看，这一地区以往是水草树木都非常丰茂的地区。已有人提出，最有可能是这一地区与中国历朝（特别是秦朝）砍伐高大乔木修筑宫殿、烧炭、修筑长城等有直接的关系。因为这一地区古时候多属于诸侯国划分国界的争持之地，那些一时占领者便大肆砍伐边境地带的树木而为己用，同时也开辟出一条能迅速发现侵略的隔离带。甚至可能发生过引火而大面积烧山造成了生态的被毁的决定性事件。当然，这些还需要多方面证实。 期望将这一沙漠地区变为生态宝地，也算是我们的一个爱国梦想吧。但愿这样想并勇于做的人越来越多！[巴人 2004-12-15]
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