三、新疆地貌与气候的地质背景

(一)新疆干旱气候的地质历史背景

新疆全区22%的面积分布着沙漠、戈壁荒漠(山地37%、丘陵19%、平原44%)。沙漠主要分布在南疆塔里木盆地、北疆准噶尔盆地中心以及吐哈盆地的鄯善地区和罗布泊南缘地区的库姆塔格沙漠,前二者为中国第一和第二大沙漠。新疆地区常年受到西风带的控制,冬季受到蒙古—西伯利亚高压带的影响。

新疆地区早在第三纪以前一直受控于东西向行星风系,早中侏罗世气候潮湿,新疆三大盆地中炭质泥岩和煤系地层广泛发育,是新疆最重要的成煤时期,在孔雀河—罗布泊一带出现湖相含煤沉积;晚侏罗世至白垩纪气候转为干燥炎热,各盆地内都沉积了大量的红色碎屑沉积,如准噶尔的五彩湾、吐哈的火焰山、塔里木的库车等地,整个新疆地区基本都处于东西向干旱带内。

进入第三纪后,随着印度板块向北漂移,古特提斯海逐渐西退,至渐新世,印度板块与欧亚板块在帕米尔地区碰撞拼合,塔里木盆地彻底与古特提斯海分离,成为内陆盆地。中、上新世以来,青藏高原快速隆升,中国东部季风气候开始形成,原来的东西向干旱带向西退缩,新疆地区仍为干旱区中心,气候环境进一步干旱化。伴随着天山、昆仑山的快速隆升,盆地区快速下沉,接收大量陆相碎屑岩和磨拉石堆积,其厚度达2500～6500m。中新世时期各盆地尚有大面积湖泊分布,形成一套红色夹蓝灰色湖相膏盐和泥沙沉积,反映了气候在整体干旱背景下存在着干湿波动,这时塔里木盆地腹地已出现大面积风成沙堆积。上新世气候向干旱化发展,盆地内以河湖相棕黄色沙质泥质沉积为主,盆地腹地风成沙堆积面积扩大,在昆仑山和阿尔金山北坡(迎风坡)接受了大量粉尘黄土堆积,古地磁测量确定最早的黄土可能形成于约0.88Ma[1]。最新研究显示准噶尔盆地甚至早在2000多万年前就有了风成黄土堆积,表明了新疆干旱化历史的长期性和继承性特点。

第四纪新疆地区气候干旱化加剧,盆地周围山脉继续隆升,山前堆积了西域砾岩,盆地内部不同地区仍接受河湖相沉积,但各地的沉积时间和厚度各不相同,表明盆地不同部位的起伏和发育程度存在明显差异。与此同时,盆地地表的荒漠化加剧,伴随天山山脉、昆仑山山脉和阿勒泰山山脉的隆起,盆地沦为干旱荒漠区,而山区成为主要的雨雪集中区,是盆地最主要的水源。同时在西风带和蒙古冷高压的共同影响下,越山冷空气气流形成的强烈地面风场在准噶尔、鄯善和塔克拉玛干不仅侵蚀削剥了大量白垩—第三纪的河湖相沉积物,形成众多的雅丹地貌,如准噶尔的魔鬼城、鄯善的东部、罗布泊的龙城等,剥蚀下来的粗颗粒物质在下风方向则堆积形成了准噶尔的古尔班通古特沙漠、鄯善的库姆塔格沙漠、塔里木的塔克拉玛干和库姆塔格沙漠,细粒物质被带到下风向的天山和昆仑山北麓堆积形成巨厚的黄土地层,一些细粒物质更是在上升气流作用下被带到高空,被西风急流输送到中国东部甚至太平洋地区,成为东部沙尘的源区之一。伴随各盆地内沙漠的逐渐形成,在源于山区的河流两岸、河流尾闾和山前洪积扇前缘等一些水源充足的地段出现了天然绿洲,从而奠定了现今新疆地区的环境格局。

新疆的气候类似中国东部地区,也具有雨热同季的特点。新疆的黄土、湖泊、石笋沉积记录显示,第四纪时期新疆古气候虽然也存在冰期间冰期波动,但盆地区内不管是在冰期还是间冰期都十分干旱,因此,在昆仑山北麓和天山北麓的黄土地层中古土壤发育强度弱,没有形成黄土高原那种粒度与磁化率负相关、古土壤成壤作用强、碳酸盐钙结核发育、黄土—古土壤层序结构明显的特点,相反具有粒度与磁化率正相关的特点,反映出间冰期时期气候条件不足以发育较成熟的土壤结构。但在伊犁盆地南部降雨较为充沛的较高海拔地区,一些古土壤时段上具有粒度与磁化率负相关的特点,与塔吉克斯坦和黄土高原的黄土—古土壤地层序列相似,反映温暖的间冰期时期西部地区降雨较充沛,古土壤发育强度从南向北的减弱趋势。但不管是间冰期还是冰期时期,都存在快速的大降雨事件,如伊犁新源末次冰期黄土地层中的冲刷层、塔里木盆地沙漠腹地末次冰期的洪水沉积、全新世时期罗布泊西侧楼兰一带被湖水淹没的古代城池、1958年夏天山暴雨形成的特大洪水导致干涸已久的罗布泊东湖充水成湖,因此,必须注意防范这种突发性气候灾害可能给中下游绿洲的人类生存带来的威胁。

根据《汉书·西域记》、北魏《水经注》等多种历史文献的记载,结合遥感分析手段、野外考察验证重建的距今约2000年前塔里木盆地古河流分布图显示,塔里木南河是曾经的于阗东河向东在扜弥国、精绝国以北汇合了克里雅河、民丰河、阿耨达大水(古车尔臣河或古且末河)后,这些河流从南向北贯穿了整个沙漠腹地,汇成注滨河,最后进入古盐泽(今罗布泊)。然而现在的克里雅河、民丰河、牙通古孜河、安迪尔河的尾闾都在沙漠腹地,不再贯穿沙漠,车尔臣河也改道向东直接流向罗布泊,原来的南河已很难在沙漠中找到踪迹。牙通古孜河和安迪尔河沿线人类活动很少,下游基本属于天然绿洲,人类活动对两河水量的影响很小,于阗河、克里雅河、民丰河、牙通古孜河、安迪尔河与古且末河(即所谓阿耨达大水)等河流水量大量减少,这些河流的萎缩导致扜弥国、精绝国和且末国消亡,造成了塔里木南河的消失,并促使进入罗布泊的注滨河河水减少,引发楼兰地区的水资源短缺,最终导致楼兰国消亡。这些古国基本同时消亡的事实证明,气候趋于干旱化是近2000年来新疆地区气候演化的主要特点。