(二)新疆沙漠的形成与演变

新疆全区22%的面积为沙漠戈壁,沙漠主要分布在塔里木盆地、准噶尔盆地、吐哈盆地鄯善地区和罗布泊南缘地区,焉耆盆地、伊犁河谷及东疆等地还有零星分布的沙丘地。

1.新疆的沙漠分布

(1)塔克拉玛干沙漠。

塔克拉玛干沙漠位于塔里木盆地中部,面积33.7万km2,约占中国沙漠面积的47%。盆地南、西、北分别被海拔3000m以上的昆仑山、帕米尔高原、天山所包围,东面地势较低,近乎为封闭地形。地势西高东低,由西南向东北倾斜。由于帕米尔高原和天山的阻挡,当来自大西洋的西风气流较弱时,西风的北支和南支气流无法翻越帕米尔高原和天山,只能绕天山东部(东灌)或通过一些山口从西部(西灌)进入盆地;当西风气流强大时,不但有绕流后的东灌气流,而且还有越山气流(中灌),这些进入盆地的气流影响着沙漠地貌的类型(韩永翔等,2006)。由于距离太平洋遥远,东亚夏季风不能深入,北部天山阻碍了北冰洋湿润气流的进入,南部巨大的青藏高原、喜马拉雅山、昆仑山则阻挡了来自印度洋的暖湿气流。这种构造和地形特征,使得塔里木盆地气候极为干旱,成为欧亚大陆的干旱中心。盆地年降水量大部分地区在25～40mm之间,东部地区15mm以下,年潜在蒸发能力在2100～3400mm之间,年平均气温11℃。

塔里木盆地内流动沙丘占绝对优势(图12～图17),约占沙漠面积的85%,沙丘移动方向在大部分区域是由东北向西南移动;沙丘形态复杂,沙漠东部以巨大复合型沙丘链为主,沙漠中心和沙漠西南部为复合型纵向沙垄,沙漠南部为金字塔形沙丘,沙漠北部为穹状沙丘,西部及西北部为鱼鳞状沙丘群。沙漠区的河流沿岸及洪积—冲积扇前缘由于间歇性洪水的补给,冲积地层中有着丰富的淡、潜水资源,发育绿洲,成为沙区人类经济活动的主要场所。

(2)古尔班通古特沙漠。

准噶尔盆地南侧为天山山脉、西侧为准噶尔界山、北侧为阿尔泰山,地势大致东高西低,由东南向西北倾斜。古尔班通古特沙漠位于准噶尔盆地中央(图18)。西风可从盆地西部和西北部山口长驱而入,由于这里西风气流较为湿润,盆地气候并不显得十分干旱,沙漠内部植被生长较好,沙漠内固定、半固定沙丘面积占整个沙漠的97%,是中国最大的固定、半固定沙漠(吴正,1997)。年降水量高于塔里木盆地,可达70～150mm。沙丘形态主要为沙垄,占固定、半固定沙丘面积的80%。

影响沙丘地貌建造的营力以西风环流体系为主,而蒙古高压风系(偏东风)次之,并具有季节性和区域性,仅在冬春季对沙漠中部和东北部地区影响较大。盆地内全年盛行的主要是西风环流风系的西北风,因此,沙丘总的移动方向具有自西北向东南移动的特征。沙漠西部受西北风控制,沙垄为西北—东南走向;沙漠中部和北部受北北西风和北北东风控制,沙垄沿合力方向大致南北走向。

(3)库姆塔格沙漠。

库姆塔格沙漠分布在新疆东部罗布泊以南、阿尔金山北麓山前(图19),面积约为2.29万km2,为中国第六大沙漠(俄有浩等,2006)。区域内气候极端干旱,年降水量10mm以下,植被稀疏,沙丘全部是流动型沙丘,覆盖在海拔1250～2000m的石质山地斜坡、古代冲洪积扇或河湖相平原上。在东西、南北两个风向的风力作用下,风力将上风方向洪积—湖积平原和戈壁滩中的细沙物质搬运到该处,形成了自北向南由北东走向转成南北向的著名“羽毛状沙丘”,羽毛状沙垄面积占沙漠面积的1/5,此外还有金字塔形和蜂窝形等沙丘。紧邻沙漠的上风地区则形成了三垄沙等著名风蚀雅丹地貌。

另一处库姆塔格沙漠位于鄯善县城以南,面积较小,仅约1300km2,是在南侧近东西向风力和东侧南北向风力共同作用下,在两组风力的西北回风区形成的小片沙漠。沙漠形成时间短,覆盖在第四纪早期河流沉积物之上。

2.新疆沙漠的形成演化

中国西北地区的干旱气候早在中生代白垩纪(135～70Ma)到新生代早第三纪(70～25Ma)时即已初步形成(中国科学院《中国自然地理》编委会,1984)。中、晚侏罗纪时,新疆就属于半干旱—干旱亚热带红层盆地(中国地质科学院地质研究所等,1985)。在准噶尔盆地将军戈壁的古新世—渐新世地层中找到了已经沙漠漆壳化、属于晚白垩世的标准化石屠螺和维氏楔蚌(雍天寿等,1986)。中新世以后,塔里木盆地腹部沙漠开始形成,统一的中亚内陆干旱盆地——塔里木盆地就此产生(王汉生,1986)。晚第三纪上新世,塔里木盆地广大面积为沙漠所占据(中国科学院《中国自然地理》编委会,1984;夏训诚等,1991)。

晚第三纪(25～20Ma)及第四纪早更新世,随着喜马拉雅造山运动的开始,青藏高原大面积抬升到3000m高度,昆仑山、天山、阿尔泰山也发生强烈断块上升,成为高大山脉。而大面积的克拉通地台则相对陷落,形成了远离大洋的准噶尔盆地(半封闭型)和塔里木盆地(封闭型)。晚第三纪末,因东北行星风系逐步被东亚季风环流所取代,东部长江流域变得湿润,而东南季风难以抵达新疆。加上青藏高原对南北气流的屏障作用,特别是第四纪中更新世以来,青藏高原隆起至海拔4000m,使得输送高度达3500m的来自印度洋的西南湿润季风不能进入新疆,因此,气候愈发向着干旱方向发展。可能在早更新世晚期(相当于午城黄土堆积晚期),准噶尔盆地和塔里木盆地出现了第四纪沙漠,并在以后的历次冰期中逐步扩大(杨怀仁等,1979;张林源,1981)。

(1)塔克拉玛干沙漠的形成演化。

1)形成时间。过去人们认为塔克拉玛干沙漠形成较晚,认为形成于中更新世(朱震达等,1980;李保生等,1989)甚至晚更新世等,新的研究根据风成黄土和源区沙漠的关系,通过证实新生代阿图什组和西域组粉砂岩的黄土成因,揭示早在3.6Ma(Zheng等,2000;郑洪波等,2002)、至少5.3Ma的上新世初期沙漠即已形成(Sun和Liu,2006)。

2)长尺度环境演化。董光荣(1997)认为本区的气候和沙漠演化分为两大时期:①包括白垩纪、第三纪在内的前第四纪时期,为干热的热带、亚热带稀树草原至荒漠草原,沙漠为固定、半固定沙丘占相当比重的红色沙漠。②第四纪时期,总体处于暖温带(亚间冰期)和中—寒温带(亚冰期)干旱荒漠草原至极端干旱荒漠,流沙逐渐增多、沙漠规模不断扩展。其中早更新世早中期相对暖湿,为干旱荒漠草原,沙漠零散,规模较小;早更新世晚期至中更新世期间,是干旱气候和流沙沙漠基本定型时期;晚第四纪干旱化加剧,沙漠扩大,最终形成今天极端干旱沙漠面貌。

3)末次冰期以来沙漠环境演化。全新世是最近1万年以来的时期,而末次冰期是距今1万～7万年左右的时期。末次冰期开始在塔克拉玛干沙漠南缘克里雅河上游普鲁堆积了起始年代为66.7±3.3ka的风成沙(李保生等,1986,1988)。克里雅河下游干三角洲及沙漠腹地末次冰期时的河湖相亚黏土和古风成沙互层沉积,表明沙漠腹地气候经历了几次显著的干湿变化,在约2kaB.P.(全新世)、30kaB.P.、40～30kaB.P.(末次冰期)几个时期,沙漠腹地比现在湿润;而其他干旱期,大型流动沙丘占主导。沙漠南缘40kaB.P.年和18kaB.P.的沙楔也指示沙漠南缘末次冰盛期时曾显著降温(Yang等,2002)。

(2)库姆塔格沙漠的形成演化。

库姆塔格沙漠的形成与罗布泊的发展有关(新疆生物土壤沙漠研究所,1978;夏训诚等,1987)。新疆生物土壤沙漠研究所(1978)根据沙漠中普遍发育风蚀地貌雅丹地形推测,其时代属于中更新世,到全新世时,区域水系开始消亡,广泛形成沙漠。王雪芹(2002)对比沙漠下伏沉积物和罗布泊地区第四纪地层,认为沙漠覆盖在中更新世地层上,表明沙漠形成于中更新世以后。夏训诚等(1987)的研究认为中更新世以后库姆塔格沙漠开始出现,晚更新世进一步扩大,形成今天的规模,其发展过程是由南向北逐渐向阿奇克谷地扩展;根据埋在沙丘中的枯死柽柳、沙拐枣群丛14C测年数据(4.6±0.1kaB.P.),推测沙漠北部羽毛状沙垄是距今4600年以后才发展起来的。

(3)古尔班通古特沙漠的形成演化。

1)沙漠形成:准噶尔盆地中部在早更新世气候已经变得相当干旱,并形成了古尔班通古特沙漠(中国科学院《中国自然地理》编委会,1984);中更新世,准噶尔盆地平原上冲积和风积两种作用交替进行;晚更新世的准噶尔盆地,冬季受蒙古高压的影响,西部的西风在盆地内向南偏转,在平原上形成南北向排列的纵向沙垄,东部甚至出现了北北东走向的沙垄。在沙漠南缘,偏北风气流受阻于天山,气流折向东,形成了南北排列的新月形沙丘链。全新世早中期,沙漠不断向南扩展,并迫近山前洪积扇前缘潜水溢出带(韩淑媞,1987)。全新世大西洋期雨量略多,大部分沙丘盛长灌丛和草本植物,逐渐趋向固定(夏训诚等,1987)。

2)环境演化:史正涛等(2006)通过对天山北坡河流最高阶地上厚层黄土的研究,认为古尔班通古特沙漠主体是从约1.2Ma开始发育的,最迟在0.8Ma前已经存在。吴正(1997)推断第四纪时有过至少一个湿润时期,当时水网稠密、水量丰沛,野外考察和航摄相片可看到很多干河床延伸到沙漠中心,形成了盆地巨厚的第四系沉积层。黄土强等(2000)根据对沙漠南缘一个35m深钻孔沉积特征的研究指出,准噶尔盆地在末次冰期三阶段时期气候较湿润。

3.历史时期新疆沙漠的变迁

距今2000多年来,新疆准噶尔盆地的古尔班通古特沙漠环境基本稳定,但在东南缘及西南缘存在着固定、半固定沙丘向流动沙丘转化的沙丘活化现象(夏训诚等,2001)。历史时期的塔克拉玛干沙漠,在沿沙漠河流下游干三角洲分布的一些古代绿洲,由于干旱化加剧、水系变迁、战争等原因沦为沙漠化土地。

考古、历史地理资料和胡杨14C年龄数据(朱震达,1987)表明,全新世特别是全新世中、晚期以来,原来庞大、统一的塔里木河水系逐步瓦解;曾经流入沙漠地区的河流频繁改道,进入下游的水量减少,流程缩短,天然湖泊萎缩、干涸,导致近、现代沙漠化土地面积扩大。

同时,由于人口的压力逐渐增大,人工绿洲被迫向河流上游扩展,灌溉等人为用水量的增加使得下游水量减少,河流下游断流所遗留的沙质干河床受风力吹扬作用,就地起沙形成流动沙丘群。初步估算,历史时期塔克拉玛干沙漠扩大了近3万km2。

由此可见,地质时期新疆沙漠的形成与演化是构造活动、干旱气候、丰富沙源、河湖水系变迁、风力作用等自然因素长期共同作用的结果,其大规模发育时间应在第四纪中更新世至全新世时期。但近2000年来,沙漠边缘的沙地,很多是人类历史时期以来逐渐形成的,人为因素的影响非常明显。

在末次冰期晚期,由于昆仑山的冰雪融水大量增加,克里雅等多条河流横穿塔克拉玛干沙漠,类似的情况在距今约2000年和小冰期时都出现过,这属于自然环境的演变。近100年来特别是近50年来,克里雅、塔里木等河流下游绿洲严重退化、沙漠化,是中上游地区集中发展农业绿洲增加引水量所造成的(杨小平,2001)。