库布齐沙漠形成演变的动力过程及其机制

The occurrence of sand seas is due to interactions between various factors, such as sand sources, transport capacity of wind, and surface erodibility, which are dependent on geology, climate and ecology, respectively. Thus, studies on dynamic processes of sand seas and their mechanisms are important aspects for deciphering the interactions between different spheres of Earth and for developing Earth System Science. Referring to the case of the Kubuqi Desert, the rarely seen sand sea (rather than sandy land) in the semi-arid regions, there is a severe lack of knowledge about its causes, timing, sand sources and their transport pathways. By research methods commonly used in environmental and Quaternary geology, geomorphology, remote sensing, numerical simulation, near-surface geophysics, geochemistry, this project intends to investigate the changes of extensions and intensities of alluvial, fluvial, lacustrine and aeolian processes in the Kubuqi Sand Sea during the Quaternary, and to quantify the contribution of the various sources of sand to formation of the Sand Sea, and to reconstruct the palaeoclimatic and environmental changes in the region. The project would help to improve the scientific understanding of the dynamic processes occurring in desert environments, and would provide reliable scientific backgrounds for combating desertification.

由于沙漠的形成是沙源、风力和地表植被覆盖度等地质、气候和生态环境要素相互作用的结果，研究沙漠形成的动力过程及其机制是认识地球各圈层的相互作用、发展地球系统科学的重要方面。库布齐沙漠是少见的地处半干旱地区的沙漠（而不是沙地），但学术界对其形成的原因、时代以及沉积物的物源、风沙物质的搬运过程等仍缺乏了解。本项目拟综合运用环境地质学、第四纪地质学、地貌学、遥感、数值模拟、地球物理浅层勘探和地球化学的研究方法，研究不同时期洪积、河流、湖泊和风力动力过程在库布齐沙漠的作用范围、强度，量化不同物源对库布齐沙漠沉积系统的贡献，探讨不同营力对沙丘发育的影响与作用，重建库布齐沙漠各时期的气候与环境特征。本项目的实施，将提高学术界对沙漠环境演变动力过程的研究水平，为国家防沙治沙战略提供可靠的科学依据。

中国方沙漠、沙地面积分布广，沙丘类型多样，而库布齐沙漠是我国唯一一个位处半干旱地区的以流动沙丘为主的沙漠。本项目以库布齐沙漠为主要研究区域，以该沙漠地区晚更新世以来的环境演变为切入点，并将位于鄂尔多斯高原的库布齐沙漠和毛乌素沙地视为同一地貌单元的两个不同类型的沙漠景观（即沙漠和沙地）开展了沙区环境演变、沙丘沙来源、沙区地表水、地下水质特征等的对比研究。在该项目执行过程中，以本项目为依托，项目组还对中国北方其它沙漠的环境演变和沙源也做了一定研究，对风力作用下沙丘形态的现代变化过程开展了初步探讨。项目组基于对库布齐沙漠东部地区地层剖面的详细研究认为，库布齐沙漠地区早在24万年前就已有风沙沉积，但之后又有较长时间的河湖环境。因此进一步提出，库布齐沙漠地区晚第四纪时期环境变化的幅度较大，而现今的沙漠景观很可能是人类历史时期才完全形成的。对库布齐沙漠及其南部毛乌素沙地各类沉积物的化学元素组成和机械组成的对比研究得出，毛乌素沙地东、西部的风成沙表现出不同的矿物成熟度和Eu异常现象，不同的物质来源应是造成这些差异的主要原因。通过比较鄂尔多斯沙漠沉积物地球化学组成与邻近潜在物源区的研究数据得出，贺兰山、阴山山脉和鄂尔多斯沙漠之间虽然相距不远但却没有物质来源联系；而青藏高原东北缘的祁连山造山带和宁夏-内蒙古地区黄河沉积物最有可能是库布齐沙漠风成沙的重要物源区。本研究表明，彼此相近的沙丘区域可能具有不同的物质来源，而相距甚远的沙丘地带，如内蒙古西部的巴丹吉林沙漠、毛乌素沙地西部、库布齐沙漠具有共同的物源区，黄河在碎屑物质的搬运过程中起到了重要的作用。项目负责人杨小平于2019年在爱尔兰召开的第20届国际第四纪科学大会上做大会特邀报告时对本项目的成果给予了报告。本项目的研究结果对认识我国沙漠环境演变有积极意义。