十年一遇的“沙塵暴”突襲北方多地，到底它是沙暴，還是塵暴？
3月15日，從新疆南疆到黑龍江西南部，我國北方大面積土地遭受一場嚴(yán)重的塵暴，圖片來自央視新聞
3月15日，我國北方多地遭受一場嚴(yán)重的“沙塵暴”。
“從整個強(qiáng)度上來看，我們判斷此次是近十年以來最強(qiáng)的一次沙塵暴天氣過程，目前已達(dá)到強(qiáng)沙塵暴級別?！敝袊鴼庀缶汁h(huán)境氣象中心主任張碧輝表示。
根據(jù)北京市生態(tài)環(huán)境監(jiān)測中心監(jiān)測數(shù)據(jù)，目前北京大部分地區(qū)能見度在300～800米左右。PM10濃度超過2000微克/立方米，海淀四季青站達(dá)3572微克/立方米。空氣質(zhì)量處于輕度污染及以上級別，西北部多地處于嚴(yán)重污染級別，城區(qū)基本處于中度污染級別。
在我們一片驚嘆與哀怨聲中討論“沙塵暴”時，很可能犯下了一個長久以來被忽視的常識性錯誤。“沙塵暴”并非一個準(zhǔn)確的科學(xué)名詞。全世界與沙塵有關(guān)的重大災(zāi)害性天氣事件都是“塵暴”，而不是“沙暴”，更不可能是“沙塵暴”。在風(fēng)力的作用下，“沙”與“塵”會徹底地“分道揚(yáng)鑣”。大風(fēng)從遙遠(yuǎn)的北方刮到北京的是“塵”，而不是“沙”。
遺憾的是，這樣一條早已確立的、簡單的原理在我國學(xué)術(shù)界卻沒有成為“常識”。因為沒有準(zhǔn)確而清晰地認(rèn)識，與“塵暴”相關(guān)的成因、來源及其治理方式，常年來都可能存在問題。
撰文 | 張宏仁（國際地質(zhì)科學(xué)聯(lián)合會前主席）
在我國的傳統(tǒng)歷史文化中，“沙”這個詞深入人心?！帮w沙走石”“疾風(fēng)沖寨起，沙礫自飄揚(yáng)”等等不一而足。而“塵”這個詞主要用于家居，極少用于野外的自然現(xiàn)象。很可能在古人的概念中，“沙”這個詞既包括“沙”也包括“塵”。
直到現(xiàn)代地質(zhì)學(xué)傳到我國，人們才對不同大小的巖石顆粒進(jìn)行細(xì)分為礫、沙、塵、黏土。然而對“塵”這個粒級常常用“粉沙”一詞代替，還是沒有甩掉“沙”字，“沙”與“塵”仍然沒有截然分開。
乍一看，沙和塵都是巖石風(fēng)化的產(chǎn)物，似乎沒必要分那么清楚。然而一旦沙與塵生成以后，它們在風(fēng)力作用下的習(xí)性卻大相徑庭。正是由于這種習(xí)性，風(fēng)力能把塵與沙分選得非常干凈、徹底。
風(fēng)力分選的原理并不復(fù)雜。我們都很熟悉伽利略的“比薩斜塔試驗”，我們可以對砂粒進(jìn)行類似的試驗。人們把石英顆粒研磨成不同直徑的球，然后測試它們在靜止的、完全沒有風(fēng)的空氣中降落的情況。從比薩斜塔落兩個鐵球，空氣的摩擦阻力小到可以忽略不計。但對砂粒來說，空氣的摩擦阻力具有重要作用。
中央氣象臺發(fā)布沙塵暴黃色預(yù)警
在自然條件下，空氣永遠(yuǎn)不會是靜止的，“風(fēng)”就是運(yùn)動中的空氣。如果空氣運(yùn)動向上的速度分量大于顆粒的“終極沉降速度”，顆粒就會永遠(yuǎn)懸浮在空氣中。雖然風(fēng)速變化無常，但只要平均風(fēng)速比顆粒的“最終沉降速度”大很多，顆粒懸浮在空氣中的概率就是很大的?？梢哉J(rèn)為，只要一有風(fēng)吹草動，塵?？隙〞腋≡诳諝庵?。因此，對巖石顆粒所作的“比薩斜塔試驗”會得出有趣的結(jié)果：顆粒直徑小的塵埃顆粒會長時間懸浮在空氣中，顆粒直徑略大的沙粒只能短暫地離開地面，很快便會回落到地面。
如果您有機(jī)會到塔里木盆地去走一走，可以看到戈壁和沙丘。在戈壁灘表面，很難找到沙粒。相反，如果到沙丘分布地區(qū)去，在沙丘上取一個沙樣，作一個簡單的機(jī)械分析，就會發(fā)現(xiàn)：沙丘里的沙分選極好，既無礫石，又絕少粉砂（塵）和土。
大量的塵粒，在風(fēng)的反復(fù)作用下，或早或晚會被風(fēng)刮到下風(fēng)向遙遠(yuǎn)的地方沉積下來，最終形成黃土。于是，在風(fēng)力的作用下，由巖石風(fēng)化形成的碎屑被分選成三處，礫石被留在本地，形成戈壁灘，沙則在離母巖不遠(yuǎn)的地方形成沙丘，并緩慢地順風(fēng)向移動，粉塵則被風(fēng)帶到很遠(yuǎn)的地方，形成黃土沉積。
英國人拜格諾在他的著作《風(fēng)沙和荒漠沙丘物理學(xué)》中指出：“由于沒有把沙和塵區(qū)別開，對于沙暴常有誤解。在干旱地區(qū)中，如果氣候平靜了一陣以后，繼之，強(qiáng)風(fēng)自新方向吹來，空中便會彌漫著小顆粒。在沒有多少或完全沒有細(xì)砂的沖積地區(qū)，例如伊拉克及卡爾通附近，塵土可以形成密云，飛揚(yáng)到幾千尺之高，長期遮蔽天日。雖然這常被錯誤地引用‘沙暴’兩字來描述， 但它顯然是‘塵暴’。由于沉速微小，極細(xì)的塵?？杀伙L(fēng)的內(nèi)部運(yùn)動所產(chǎn)生的向上氣流所帶起，并懸浮在空中。”
在風(fēng)力的作用下，“沙”與“塵”會徹底地“分道揚(yáng)鑣”。這也就是為什么被大風(fēng)從遙遠(yuǎn)的北方刮到北京的是“塵”，而不是“沙”。遺憾的是，這樣一條早已確立的、簡單的原理在我國學(xué)術(shù)界卻沒有成為“常識”，否則就不會有幾年以來的爭論了，也不會把北方的沙丘當(dāng)作北京的“風(fēng)沙源”了。
其實，不僅在中國，全世界各地，凡是影響面大的，都是“塵暴”而不是“沙暴”?！吧潮敝荒茉谏吃锤浇?，如裸露的巖石風(fēng)化面、荒漠沙丘或岸邊沙丘附近施虐。有趣的是，用“sand dust storm”（沙塵暴）在網(wǎng)上搜索時，找到的絕大部分是中國的網(wǎng)站，國外的網(wǎng)站所提供的信息絕大多數(shù)是有關(guān)“塵暴”的。
一旦確信肆虐的是“塵暴”，我們就可以把沙丘、沙地排除在“塵暴”的來源之外。因為沙丘基本不含“塵”。我國的幾大沙漠不是“塵暴”的物質(zhì)來源。那么大量的塵來自何方呢？
毫無疑問，塵只能來自地表有塵的地區(qū)。首先，塵來自干旱、半干旱地區(qū)一些過去曾受到植被或地表鈍化層保護(hù)的地區(qū)，由于開墾荒地和過度放牧使得植被或地表鈍化層被破壞，使得含有大量塵的巖石風(fēng)化產(chǎn)物暴露在風(fēng)力作用之下。美國20世紀(jì)30年代的“黑風(fēng)暴”和澳大利亞的“紅風(fēng)暴”是兩個典型的例子。
美國當(dāng)年的塵暴可一點(diǎn)不遜色我國現(xiàn)在的情況，圖片來自c3headlines.com
20世紀(jì)30年代恰逢第一次世界大戰(zhàn)以后，大批美國農(nóng)民遷移到中央平原去開荒。1933年到1936年出現(xiàn)了連續(xù)干旱，由于植被已破壞，塵土失去了保護(hù)層，狂風(fēng)一起，大量塵土被卷人大氣層，形成延續(xù)幾年的塵暴，危及德克薩斯、新墨西哥等幾個州，面積達(dá)6億畝。
澳大利亞中昆斯蘭等地氣候炎熱，雨量稀少，加上過度放牧以及兔子對植被的破壞，為“塵暴”提供了大量物質(zhì)來源。由于土壤的鐵被氧化成紅色，所形成的“塵暴”呈紅色。
我國西北的大片地區(qū)，屬于內(nèi)陸河地區(qū)，包括內(nèi)蒙古、甘肅、新疆相當(dāng)大面積的地區(qū)的塔里木河、黑河以及石羊河等。幾十年來，由于上游地區(qū)不斷擴(kuò)大灌溉面積，逐漸耗盡了本來流入下游尾閭湖的地表水資源，使得面積很大的湖泊干涸。從而為塵暴提供了大量物質(zhì)來源。
南疆的和田地區(qū)在綠洲附近以方格網(wǎng)的形式植樹造林、保護(hù)農(nóng)田，由于過多地占用了原來流向下游的水資源，使得當(dāng)?shù)氐母m天氣比過去增加了一倍。
弄清原理以后，在治理的辦法方面就有可能逐步取得統(tǒng)一的認(rèn)識。
首先，在干旱、半干旱地區(qū)不能任意開荒。此前實行的“退耕還草”可能是有效的措施。
其次，在充分論證的基礎(chǔ)上，逐步恢復(fù)河流的尾閭湖泊，減少塵的物質(zhì)來源。在黑河、塔里木河等地，已經(jīng)開始這方面的工作。然而上游灌區(qū)已成事實，建議調(diào)查研究減少從綠洲到尾閭之間河道蒸發(fā)損失的方案。這部分損失可能足以維持尾閭湖泊一定的面積。
有一點(diǎn)需要認(rèn)清：近年來亞洲發(fā)生的重大塵暴，來源不全在中國。中國只能承擔(dān)應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的那一部分責(zé)任，而不能為全部問題背黑鍋。我們應(yīng)當(dāng)抓住這個機(jī)會開展國際合作，與上風(fēng)向、下風(fēng)向的國家聯(lián)合起來，共同探討解決的途徑。
人們常說“一團(tuán)散沙”，然而，和人們的印象相反，沙不喜歡散居，而喜歡扎堆。在風(fēng)力作用下，沙粒只能在地表附近跳躍前進(jìn)，稍微遇到一點(diǎn)阻礙，就會停下來。而停下來的沙粒又會成為別的沙粒前進(jìn)的阻礙，于是沙越積越多、越積越高，成為沙丘。沙粒大量集中在沙丘里，而沙丘與沙丘之間常常沒有沙粒。在塔里木盆地可以見到很多“紅柳丘”。沙粒受紅柳的阻擋堆積在灌木的周圍，逐漸把紅柳埋沒，而紅柳為了生存向上長高，于是沙丘越堆越高，形成“紅柳丘”。
沙的這種習(xí)性，使得植樹造林成為防沙固沙的有效手段。
注：本文始發(fā)于2015年，今日舊文重發(fā)。圖片和導(dǎo)語為編者所加。
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