浑善达克沙地的形成、末次间冰期以来的演变过程及其对全球变化的响应

准确认识沙漠演变历史及沙漠对全球变化的响应规律是国际沙漠研究的前沿领域。本项目计划在地球系统科学的框架下，选择位于我国北方半干旱地区的浑善达克沙地作为研究对象，采用第四纪地质学、地貌学、地球物理、地球化学等多学科交叉的研究方法，通过研究野外三条N-S向和一条NW-SE向的大断面，西、中、东部的三个风砂-湖泊沉积岩芯柱，以及十多个沙丘地质体的内部结构、构造，结合室内样品的物理、化学指标分析结果及测年数据，全面分析浑善达克沙地的形成，追踪该沙漠的空间、时间演变过程和演变特征，查明过去发生的重大沙丘活化、发展和沙丘大面积固定的时间、范围，沙丘扩展模式，揭示其对全球变化的响应规律和未来变化趋势。本项目将为深入认识我国沙漠对全球变化的响应规律及沙漠、沙地未来演变趋势提供一个新的研究范例，并为国家沙区生态建设战略的修订和完善提供可靠的科学依据。

浑善达克沙地位于亚洲中部荒漠带的东缘、东亚夏季风的北界，面积21400 平方公里，是我国四大沙地之一。浑善达克沙地是半湿润-半干旱-干旱气候的过渡区，对气候变化响应敏感，是研究全球变化与区域响应的理想地区。在国家自然科学基金本项目的资助下，我们对浑善达克沙地系统开展了地貌与古环境、风沙物源、现代植被变化、沙丘发育模拟等方面研究工作。研究结果表明，较为干旱的浑善达克沙地西部在全新世早中期（10-3 ka，ka = 1000 年）广泛发育了古土壤，我们估算当时的年降水量比现在要高30-140 mm。但考虑到浑善达克沙地西部干旱的气候背景，我们不排除沙地西部在全新世中期亦有沙丘发育。结合地貌、沉积地层考察与数字高程模型（DEM），我们认为在晚更新世，浑善达克沙地西部曾经历过大湖时期。沙丘砂物源研究显示，周边山地是浑善达克沙地沙丘砂的主要物源区。在风力搬运之前，沙丘砂经历过河流搬运和水下沉积环境，也为大湖期的存在提供了佐证。为了更详细、深入认识浑善达克沙地环境对全球气候变化的响应，我们利用遥感技术对沙地及周边地区现代植被变化进行了研究，并与全新世中期进行了对比。结果显示，现代植被变化受到人类活动与气候变化的双重影响，与全新世适宜期不同，未来全球变暖将使浑善达克沙地荒漠化的风险增大。此外，我们还利用数值模拟方法，对沙丘的发育过程进行了研究，确定了新月形沙丘中的沙丘砂平均埋藏时间，提出了新的星状沙丘发育模式。根据项目原计划，我们利用探地雷对沙丘进行了实地勘测，对雷达波速度进行了现场校准，结果表明探地雷达在浑善达克沙地的探测深度有限，还需进一步研究、试验。针对探地雷达探测深度有限的弱点，我们利用高精度重力仪，对高大沙丘内部结构进行了研究，认为高大沙丘的行成是下覆地形、气候干湿交替与沙源多源共同作用的结果。