多变龙卷风的来头,地球保存最完全天书

作者: 美高梅游戏官网娱乐  发布:2019-10-22

自然条件

摘要: 2008年02月14日 09:37:11   【字号 大 中 小】 【留言】 【打印】 【关闭】 【Email推荐: 】 黄沙滚滚漫天飞舞,黄土高原在现代人眼中,是物产匮乏、土地贫瘠的代名词,然而在科学家眼里,黄土高原是一个无与..地球保存最完整天书?详解黄土高原3大疑问2008年02月14日 09:37:11   【字号 大 中 小】 【留言】 【打印】 【关闭】 黄沙滚滚漫天飞舞,黄土高原在现代人眼中,是物产匮乏、土地贫瘠的代名词,然而在科学家眼里,黄土高原是一个无与伦比的宝库。 黄土高原在历史上究竟是什么样的自然景观?是森林区?还是像现在这样光秃的荒草区?黄土高原是怎么形成的?高原上的黄土是土生土长,还是来自异国他乡?她又经历了怎样的变迁……中科院南京地质古生物研究所、中科院南京地理与湖泊研究所、兰州大学西部环境教育部重点实验室的专家唐领余、李春海、安成邦、汪卫国等人,利用植物“孢粉文字”破译出了黄土高原的历史变迁,还原出黄土高原4万年来的“变脸”过程。 种种疑问———疑问一:黄土高原曾是森林区? 黄土高原历史上究竟是什么自然景观?是森林区?还是像现在这样光秃的荒草区?有人认为黄土高原历史上就不是森林区,而属草原带。但大量事实证明:黄土高原历史上确是森林和森林草原地区,这是在黄土高原上进行过大量认真考察研究的科学家的共识。例如,我国古生物学家杨钟健于1929年到晋西陕北考察时,根据大量考证和调查材料断定当地原为森林地带,并对晋西陕北破坏森林后到处是荒山秃岭、沟壑纵横的情景很感慨地说:“这样摧残森林是可怕的。”1955年中国科学院黄河中游水土保持考察队在考察报告中明确指出:“从残存的原生植被来看,可以肯定,本区在农耕以前原始植被是属于森林和森林草原”。这一科学结论为大量历史资料所证实。 疑问二:高原上的黄土从何而来? 关于黄土的来源,长期以来,中外学者有过不同的争论。一种认为是这一地区盛行的偏北风把新疆、宁夏北部、内蒙古乃至远在中亚沙漠中的大量粉沙刮到黄土高原地区堆积下来,因为黄土高原与黄土底部的基岩成分不一样。黄土下部地貌形态多样,起伏比较大,但上部沉积黄土厚度大体相似,并有从东到西逐渐变薄的趋势,同黄土来源于西部的方向是一致的,这说明黄土是从别处搬过来的;但有不少科学家发现,黄土层的底部有一砾石层,而这浑圆的砾石层却是典型的河流沉积物,于是他们认为,黄土的原籍在黄河的上游,是河流把黄土冲刷下来形成的;还有一种观点认为黄土既不是风成的,也不是水成的,它是在原来的基础上不断风化形成的,是土生土长的;也有一种综合性观点,认为黄土高原既来自西北、中亚,由大风刮来,又有绵绵流动的河流携带而来,还有本地土生土长的基岩风化的,是在这三种力的共同作用下形成的。 1966—1999年间,发生在我国的持续两天以上的沙尘暴竟达60次。中科院刘东生院士认为,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。 就像人们对黄土高坡吟唱不已一样,人们对黄土高原的来源也争论不休。 疑问三:黄土高原是地球保存最完整的“天书”? 地球上,历史痕迹的变化都或多或少可能通过地质现象来保存,但是这样的“天然记录”多是片断性的,不连续和不全面的,而黄土高原却是个“异类”。专家说,黄土高原的形成和青藏高原的隆升,加快了侵蚀和风化的速度,在高原周围的低洼地区堆积了大量卵石、沙子和更细的颗粒。每当大风骤起,在西部地区便形成飞沙走石、尘土弥漫的景象。被卷起的沙和尘土依次沉降,颗粒细小的粉尘最后降落到黄土高原区域,形成了一条荒凉地带。 印度板块向北移动与亚欧板块碰撞之后,印度大陆的地壳插入亚洲大陆的地壳之下,并把后者顶托起来。从而喜马拉雅地区的浅海消失了,喜马拉雅山开始形成并渐升渐高,青藏高原也被印度板块的挤压作用隆升起来。 然而东西走向的喜马拉雅山挡住了印度洋暖湿气团的向北移动,久而久之,中国的西北部地区越来越干旱,渐渐形成了大面积的沙漠和戈壁。这里就是堆积起了黄土高原的那些沙尘的发源地。体积巨大的青藏高原正好耸立在北半球的西风带中,240万年以来,它的高度不断增长着。青藏高原的宽度约占西风带的三分之一,把西风带的近地面层分为南北两支。南支沿喜马拉雅山南侧向东流动,北支从青藏高原的东北边缘开始向东流动,这支高空气流常年存在于3500—7000米的高空,成为搬运沙尘的主要动力。与此同时,由于青藏高原隆起,东亚季风也被加强了,从西北吹向东南的冬季风与西风急流一起,在中国北方制造了一个黄土高原。 专家说,从学术角度来讲,青藏高原隆升带来的干旱,使黄土高原成为地球上唯一一本保存完整的陆相沉积而成的“天书”。 谜底揭晓 植物孢粉推断:黄土高原最初并不姓“黄” 中科院南京地理与湖泊研究所的李春海副研究员告诉记者,古植物的孢子和花粉大量散布在黄土中。由于植物的孢粉外壁坚固,能够在地层中长时段埋藏而不腐烂,无论它飘落到哪里,就保存在哪里。李春海说,毫不夸张地说,孢粉的土壤保存年代可以达到上亿年。 李春海介绍,为了解黄土高原的“变脸”过程,专家们特意到黄土高原西部甘肃静宁县、秦安县、定西县等地采集黄土高原6个典型地质剖面的黄土标本,从中获得了700余块孢粉样本和209块表土孢粉样本,这近千份孢粉样本大约记录了公元前4.6万年至今黄土高原植被变迁过程。通过对碳14的测量,在6个典型剖面中共测得年代34个。经过分析,专家们发现,从黄土高原采集的20克样品中最多分离出孢粉颗粒达到1112粒左右,最少的则不足50粒,显示着4万多年来,环境和植被出现了巨大的变化过程。 李春海说,从孢粉的分析来看,发现了松、云杉、冷杉、铁杉、栎、菊科等数十种植物孢粉的记录,专家们认为黄土高原在最初的时候并不姓“黄”,在4.6万年的历史中,有一多半的时间,黄土高原是森林和草原的成分相互消长,在这段时间里,黄土高原经历过多次快速的“变脸”———历经过草原、森林草原、针叶林以及荒漠化草原和荒漠等多次转换。 -相关资料 黄土高原 黄土高原是中国四大高原之一,亦为世界著名的大面积黄土覆盖的高原,是中华民族古代文明的发祥地之一。高原横跨青、甘、宁、内蒙古、陕、晋、豫7省区大部或一部,面积约30万平方千米。高原由西北向东南倾斜,海拔多在1000—2000米。除许多石质山地外,大部分为厚层黄土覆盖。经流水长期强烈侵蚀,逐渐形成千沟万壑、地形支离破碎的特殊自然景观。黄土高原面积广阔,土层深厚,地貌复杂,水土流失严重,均为世所罕见。 高原上主要山脉太行山、吕梁山和六盘山把高原分隔成3部分:①山西高原。吕梁山以东至太行山西麓,有许多褶皱断块山岭和断陷盆地,山岭多呈北东走向,主峰海拔均超过2000米,山地下部多为黄土覆盖。②陕甘黄土高原。吕梁山和六盘山(陇山)之间黄土连续分布,厚度很大,其堆积顶面海拔一般在1000—1300米。地层出露完整,地貌形态多样,是中国黄土自然地理景观最典型的地区。③陇西高原。六盘山以西,高原海拔约2000米,黄土厚度逐渐增大,成为波状起伏的岭谷地形。 -相关链接 黄土高原是这样形成的 黄土高原在秦汉以前是森林和森林草原地带是确凿无疑的。但由于长期以来的人为破坏,使大面积的森林逐渐消失而成为今日的荒山秃岭。大规模破坏森林的方式包括战争破坏、营造宫殿、樵采、毁林开荒等。其中以毁林开荒对森林的破坏最为严重和彻底。 自秦汉以来黄土高原经历了三次滥伐滥垦高潮,第一次是秦汉时期的大规模“屯垦”(边防军有组织大垦荒)和“移民实边”开垦。这次大“屯垦”使晋北陕北的森林遭到大规模破坏。第二次是明王朝推行的大规模“屯垦”,使黄土高原北部的生态环境遭到空前浩劫。据考证,明初在黄土高原北部陕北(延安、绥德、榆林地区)和晋北大力推行“屯田”制,竟强行规定每位边防战士毁林开荒任务。从这里我们不难看出,明代推行“屯田”制对环境破坏之严重。第三次大垦荒是清代,清代曾推行奖励垦荒制度,垦荒范畴自陕北、晋北而北移至内蒙古南部,黄土高原北部和鄂尔多斯高原数以百万亩计的草原被开垦为农田,使大面积的土地沙化,水土流失加剧。 100多年来,许多科学家致力于这一问题的研究,提出了几十种假说。但近二三十年,更多的科学家赞同黄土风成学说。按照黄土风成学说的解释,黄土高原是这样形成的:在蒙古、中亚和我国西北一带的荒漠地区,气候干燥,温差很大,由于热胀冷缩的作用,使岩石、砂砾等被“加工粉碎”成细小的沙子和粉尘。强劲的西北风将以百万吨计的细沙和粉尘旋入天空,随风南下。于是粗粒的先沉降下来聚成沙漠,细粒的则被飘移至秦岭北麓。经过二三百万年的搬运堆积,终于形成了黄土高原。 科学在不断发展,近年来科学家发现许多现象是黄土风成学说无法解释的。譬如,黄土中粗粉沙含量由西北向东南递减,黏土的含量却从西北向东南递增,这种自西北向东南的有规律的排列呈叠瓦阶梯状的分布过渡,而不是平面模糊过渡。这种叠瓦阶梯状的分布过渡更像是洪水的杰作等等。(编辑: 郭小夏 来源:科技日报)

有利于产生大风或强风的天气形势,有利的沙、尘源分布和有利的空气不稳定条件是沙尘暴或强沙尘暴形成的主要原因。强风是沙尘暴产生的动力,沙、尘源是沙尘暴物质基础,不稳定的热力条件是利于风力加大、强对流发展,从而夹带更多的沙尘,并卷扬得更高。

除此之外,前期干旱少雨,天气变暖,气温回升,是沙尘暴形成的特殊的天气气候背景;地面冷锋前对流单体发展成云团或飑线是有利于沙尘暴发展并加强的中小尺度系统;有利于风速加大的地形条件即狭管作用,是沙尘暴形成的有利条件之一。

土壤、黄砂主要成分是硅酸盐,当干旱少雨且气温变暖时,硅酸盐表面的硅酸失去水分,

H2SiO4=SiO3 -2 + H2O↑

这样硅酸盐土壤胶团、砂粒表面就会带有负电荷,相互之间有了排斥作用,成为气溶胶不能凝聚在一起,从而形成扬砂即沙尘暴。沙尘暴本质上是带有负电荷的硅酸盐气溶胶。

总之,沙尘暴的形成需要这三个条件:

一是地面上的沙尘物质。它是形成沙尘暴的物质基础。

二是大风。这是沙尘暴形成的动力基础,也是沙尘暴能够长距离输送的动力保证。

三是不稳定的空气状态。这是重要的局地热力条件。沙尘暴多发生于午后傍晚说明了局地热力条件的重要性。

物理因素

在极有利的大尺度环境、高空干冷急流和强垂直风速、风向切变及热力不稳定层结条件下,引起锋区附近中小尺度系统生成、发展,加剧了锋区前后的气压、温度梯度,形成了锋区前后的巨大压温梯度。在动量下传和梯度偏差风的共同作用下,使近地层风速陡升,掀起地表沙尘,形成沙尘暴或强沙尘暴天气。

环境因素

在中国科学院寒区旱区环境与工程研究所专家的努力下,一项为探讨沙尘物质的启动、传输机理而专门设立的沙尘暴风洞模拟实验顺利完成。

通过实验,专家们发现,土壤风蚀是沙尘暴发生发展的首要环节。风是土壤最直接的动力,其中气流性质、风速大小、土壤风蚀过程中风力作用的相关条件等是最重要的因素。另外土壤含水量也是影响土壤风蚀的重要原因之一。

这项实验还证明,植物措施是防治沙尘暴的有效方法之一。专家认为植物通常以3种形式来影响风蚀:分散地面上一定的风动量,减少气流与沙尘之间的传递;阻止土壤、沙尘等的运动。

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