风沙与黄土
风沙

一、风的剥蚀作用和风蚀地貌
1. 风蚀作用方式
　　风的剥蚀作用称风蚀作用（aeolian erosion），即风沿地面吹动时，以自身的风力和挟带的碎屑物对地表的松散物和岩石进行冲击和磨损的破坏作用。风蚀作用分为吹蚀作用和磨蚀作用。

（1）吹蚀（吹扬）（deflation）。风吹过地表时,产生紊流,使沙粒离开地表，从而对地表物质造成破坏,称为吹蚀作用。风的吹蚀能力与地表沙砾的粒径和起沙风速相关。风速超过起沙风速愈大，吹蚀能力愈强。地表的沙粒愈小，愈松散干燥,则要求的起沙风速愈小,且吹蚀作用愈强烈。因此吹扬作用在风速大、地面干燥、植被稀少及松散物覆盖区尤其强烈。所以吹扬作用主要见于沙漠和海滩地区。

    （2）磨蚀（abration）。风沙紧贴地面迁移时,沙粒对地表物质的冲击和摩擦作用,称为磨蚀作用。地面疏松易受磨蚀，卵石或砾石可以被磨蚀成多个磨光面，而且边棱清晰鲜明，形成风棱石（ventifact）（图13-2左）。迎风面的岩壁，特别是砂岩，由于风沙流钻进孔隙之中,不断旋磨，可能形成口小内大的风蚀穴（图13-2右）。

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 图13-2 风棱石（左）和风蚀石窝（新疆）（右）（郑卓摄）

2. 风蚀地貌 
 风对地表岩石和松散碎屑的侵蚀作用，形成相应的地貌形态称为风蚀地貌。
（1）风蚀石窝（alveolar stone）。在陡峭的岩壁表面经风沙吹蚀、磨蚀，形成大小不等、形状各异的小洞穴和凹坑称为石窝（图13-2右）。石窝大的深达10-25cm，口径达20cm。有的分散，有的群集，使岩壁呈蜂窝状外貌。

（2）风蚀蘑菇和风蚀柱。孤立突起的岩石，或水平层理和裂隙发育的岩石，尤其是下部岩性软于上部的岩石，受到长期的风烛作用后，易形成顶部大、基部小的形似蘑菇的地貌，称风蚀蘑菇（aeolian mushroom）（图13-3）。垂直裂隙发育的岩石经过长期的风蚀，易形成柱状，故称风蚀柱（aeolian pillar）。它可单独挺立，也有成群分布。

（3）风蚀垄槽（雅丹）（aeolian Yadan）。吹蚀沟槽与不规则的垄岗相间组成的崎岖起伏、支离破碎的地貌，称为风蚀垄槽。由于湖水干枯，黏性土干缩裂开，主要风向沿裂隙不断吹蚀，裂隙逐渐扩大，使原来平坦的地面发育成许多不规则的陡壁、垄岗（墩台）和沟槽。这种地貌以罗布泊地区最为典型。也称为雅丹地貌。

（4）风蚀谷和风蚀残丘。在干旱地区有时降雨产生地表径流，冲刷地面后形成沟谷。这些沟谷再经长期风蚀，形成风蚀谷（aeolian valley）。风蚀谷没有一定的形状，通常为狭长的壕沟，也有宽广的谷地，婉蜒曲折，长达数十公里，谷底崎岖不平，宽窄不均。风蚀谷不断发展扩大，原始地面缩小，最后残留不同形状的孤立小丘，称为风蚀残丘（aeolian monadnock）。它们常成带状分布，丘顶都有不易被直接吹扬的砾石或憨土所保护，高度一般在10—20m左右。

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 图13-3  风蚀蘑菇（右边为素描图）

（5）风蚀城堡（风城）。在产状近似水平的基岩裸露的隆起地面，由于岩性软硬不一，垂直节理发育不均，在长期强劲的风蚀作用下，被分割残留的平顶山丘，远看宛如颓毁的城堡树立在平地，称风蚀城堡或风城（aeolian castle）。在我国新疆吐鲁番盆地哈密西南有典型的风蚀城堡（图13-4）。
 

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图13-4 新疆魔鬼城（风蚀城堡）（黄康有摄）

二、 风的搬运作用
　　地表松散碎屑物随风由源地通过悬移、跃移和或推移等方式搬运到别处的作用，称为风沙搬运作用。
　　风的搬运量（输砂量）与过沙面积与风速的立方成正比。与流水比较，在相同流速时，风的搬运力只有流水的1/30，风力搬运对象主要是中砂级以下的碎屑，但风的搬运总量决不能因此而低估。中国沙漠春季平均风速一般可达每小时可达十几公里，阵风几十公里甚至上百公里，比通常河流的流速要大好几倍。由于风为面状搬运，其总搬运量极为可观。由风引起的尘暴、沙暴及沙流甚至十分危险。当风沙来临时，遮天蔽日、吞没土地和建筑设施，给人类带来灾害。

沙粒究竟以悬移、跃移还是蠕移方式搬运与粒径（图13-5）和风速有关。

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图13-5 风作用下不同粒径的搬运方式

1. 悬移（<0.05mm，<10%）（saltation）
　　极细的沙粒在气流的紊动漩涡上举力的作用下，使沉降小于上举力的沙粒随气流运移到较远距离。风速愈大，能悬移的粒径就越大，含量也会增多。当风速减小，悬移质中较大的粒径便沉降到地表，而粒径小于0.05mm的粉沙和尘土，因为体积细小，质量轻，悬浮后可以随空气搬运至远离源区的地方，有的甚至在2000km以外才沉降。

2. 跃移（suspension）（0.2～0.5mm，70～80%）
　　地面沙粒在风力的直接作用下发生滚动，跳跃。当地面是卵石时，沙粒反弹较高;当地面是沙粒时，沙粒插入沙粒之间，形成一个个小孔穴，能量消耗，但同时把附近细颗粒冲击跃起。当地面为粉沙时，沙粒就埋进粉沙中，使粉沙粒扰动扬起，产生扬尘作用。在风速较高的情况下，跃移物质离开地面时的向上初速度大，上升高度大，受风力作用的机会多，对地面冲击的速度也大。

3. 推移（蠕移）（>0.5mm，20%）（creep）
　　推移是一些跃移运动的沙粒对地面不断冲击，使地表较大沙粒受到冲击后产生的缓缓向前移动。在低风速时，滚动距离只有几毫米，但在高风速时，滚动的距离增大。风力引起高速运动的沙粒，通过冲击方式可以推动6倍于它的直径或200倍于它的重量的表层沙粒运动。所以蠕移质比跃移质沙粒为大，但蠕移的速度较小，一般不到2.5cm/s。而跃移质的速度较快，一般可达每秒数十到数百厘米。风对地表松散碎屑物搬运的方式，一般以跃移为主（其含量约为70-80%），推移次之（约为20%），悬移较少（一般不超过10%）。对某一粒径的沙粒来说，随着风速的增大，可以从推移转化为跃移，从跃移转化为悬移。

三、风的沉积作用及风积地貌
1. 风积物的特点
由风力搬运并堆积的沙粒级堆积物称为风积物，它的主要特点如下：
（1）风积物的粒度特征。风沙流中沙的运动很活跃，但因空气密度小，其上升高度不大，因而沿地表形成的风成沙的分选很好。风成沙的粒度成分主要集中在0.25-0.1mm 的细沙部分，而粉沙、粘土的含量一般不超过10％。在粒度频率曲线上，风成沙通常为单峰态。风成沙的概率曲线为粗三段或多段式（图13-6）。

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（2）风积物的形态特征。风积物的磨圆度一般较高，特别是>0.5mm 的沙粒，但很少有磨圆度很高的颗粒，这与沙粒以跳跃为主的搬运方式有关。风沙在搬运中由于连续的高能冲击，沙粒表面常呈毛玻璃状，无光泽，并常布有不规则的麻坑、碟形坑、裂纹及蛇曲脊等。

（3）风积物的矿物特征。风成沙的矿物成分90％以上是石英和长石等轻矿物，密度大于2.9的矿物含量很少。由于风力搬运过程中的强烈冲击与磨蚀作用，致使风成沙中的稳定物（如石英、石榴子石、锆石、蓝晶石、磁铁矿等）含量增高。

（4）风积物的化学成分。由于风力搬运使风成沙的矿物成分变化，因而其化学成分也会发生改变。随着风的吹扬，沙中的Al2O3、CaO、CaCO3和有机质成分不断减少，而Si02的含量则相应地有所增加。风成沙的化学成分也因沙丘的固定程度与时间不同而明显变化，如流动沙丘沙的SiO2含量通常在80%以上，固定沙丘中则只有60％左右。沙漠沙中的有机质含量极低，通常只有0.02-0.2%。

（5）风积物的结构构造。风成沙丘内部通常发育3种类型的层理构造：
① 近水平层理，通常由分选很好的细沙组成，单个纹层厚仅几mm，层理倾角一般在10以下。近水平层理常发育在沙丘顶部、两翼及迎风坡处。有时可见到沙层中有石膏夹层。
② 斜层理，沙丘在移动过程中背风坡不断发生重力坍塌堆积而成的倾斜纹层。该层理的倾角较大，多在25-34之间，层理面常为弧形，单个纹层的厚度一般为2-5cm。
③ 交错层理，风沙在沉积过程中，如果两个相反方向的风交替作用时，迎风坡和落沙坡的层理也交替出现，形成微微上凸的楔状交错层理。

2. 尘暴或降尘
　　在气流中悬浮运行的沙粒，由于风速减弱，当沉降速度大于紊流漩涡的垂直分速时，便降落堆积在地表，称为沉降堆积。同时，沙粒的沉降速度随粒径增大而增大。风沙流动时遇到阻碍也可导致沙粒堆积，称遇阻堆积。在风沙流经常发生的地区，粒径小于0.05mm 的沙粒悬浮在较高的大气层中，遇到冷湿气团时，沙粒和尘土会凝结随雨滴大量沉降，即为尘暴或降尘现象。

3. 风积地貌
　　风积地貌是指被风搬运的物质（沙、粉沙和尘土等）在一定条件下沉积成的地貌。这里仅阐述沙质风积地貌，有关粉沙质和尘土质风积物及其地貌特征，将在黄土地貌中介绍。

　　风沙地貌种，最典型的为新月型沙丘（barchan dune）。新月形沙丘在稳定的单风向作用和足够沙源供应条件下，形成平面形如新月的沙丘叫新月形沙丘。新月形沙丘的迎风坡凸出而平缓，坡度5-20，背风坡凹而陡，坡度28—34（相当于沙粒的最大休止角）（图13-7）。这种沙丘的高度不大，一般很少超过15m，常成群分布（图13-8A）。

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图13-7  风成沙丘剖面图

　　其他风沙地貌还有：沙波纹（sand ripple）、沙堆（sand pile）、抛物线沙丘（parabola dune）、横向新月形沙丘链（barchanoid dune）、新月形沙垄（barchan ribbon）和纵向沙垄（longitudinal ribbon）、梁窝状沙丘、格状沙丘和蜂窝状沙丘（network or honeycomb dune）、金字塔沙丘（star dune），等等，其形貌参见图13-8。

四、荒漠及其类型
　　气候干旱，地表棵露，植物稀少的地带称为荒漠。荒漠可占陆地面积的1/3。荒漠是干旱区地貌形态的总称，可进一步分为岩漠、砾漠、沙漠和泥漠。岩漠和砾漠是剥蚀地貌，沙漠和泥漠是堆积地貌。荒漠地貌的形成是风力（主导作用）和暂时性流水共同作用的结果。
由风所搬运的沙粒、粉尘在风力减弱颗粒便会失去能量支持，停止运动，沉降在地面，形成风成堆积物。除风力自然减弱外，局部小气候条件影响，例如风沙流在前进途中遇到凸起的岩块、灌丛、丘陵、山地或建筑物等障碍，会导致风沙流挟沙能力变小，使沙粒从气流中沉降下来；反过来，沙丘也会对风沙流产生阻碍，促使沙尘堆积。在风成堆积过程中会有分选堆积现象发生，粒径大和比重大的颗粒易发生停积，粒径小和比重轻的颗粒将会在风力更弱的时候停积在相对较远的地区。

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图13-8 A-新月形沙丘（barchan），B-纵向沙丘（longitudinal），C-横向沙丘（transverse），
D-抛物线状沙丘（parabolic），E-新月形沙丘链（barchanoid），F-蜂窝状沙丘或金字塔沙丘（star）

1. 岩漠（rock desert）
　　在干旱和无植被的环境下，地面主要由大片基岩出露形成的景观称为岩漠。岩漠是干旱、风蚀和重力共同作用形成的地貌形态。岩漠主要形成于有一定坡度的山麓地带，重力及间歇性水流将物理风化产生的大部分松散岩块带走，风力又将沙粒与粉尘带走。因此地面主要是坚硬、裸露的基岩和少量碎石。由于山体一定高度上降水增加，植被发育，所以，岩漠主要分布在山地下部或边缘。岩漠典型的地貌组合是：山地边缘分布剥蚀面，其上有坚硬岩石构成的残丘，在盆地中心为干盐湖。

　　雅丹地貌可以看成是岩漠的一种特殊类型。当基岩比较松软（一般是第四纪湖相沉积物），基岩风化物很快被风吹蚀，而基岩自身也容易遭受风蚀，所以基岩由风蚀土墩和风蚀沟槽形态组成。高起的风蚀土墩作长条形，排列方向与主风向平行（图13-9）。近年来研究表明，暂时性流水的冲蚀和湖水的侵蚀，也是雅丹地貌形成的重要原因之一。雅丹地貌以罗布泊西北楼兰附近最典型。

2. 砾漠（戈壁）（gravel desert or Gobi）
　　砾石覆盖地表而成的荒漠，称为砾漠。砾漠又称戈壁（蒙古语）。砾漠表面平缓，无基岩出露。主要由砾石组成，砾石主要来自古代河流的冲积物和洪积物。它主要发育在内陆山前冲积-洪积平原上，在风蚀作用下带走了较细的颗粒，而较粗的砂砾存留地表。砾漠中的砾石可被风沙磨蚀成具有棱角、表面光滑的风棱石。

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图13-9   新疆罗布泊的雅丹地貌

　　砾漠主要位于干旱区山麓堆积部位，是基岩山地的风化物，在重力作用下由岩石碎块堆积而成。与岩漠相比，砾漠也分布于内陆盆地的外围，但位置位于岩漠带以下，有时将其称之为干燥冲积或洪积山前平原。从风力作用角度看，岩漠和砾漠是风蚀作用为主的区域，而由这两个区域吹蚀出的细小沙粒与粉尘成为更低部位或下风方向沙漠与黄土区的主要物源。

3. 沙漠（desert）
　　沙漠是指沙质荒漠（图13-10），是荒漠区风化侵蚀物沙粒的主要堆积区，沙漠地貌形态的塑造力主要是风，所以该地貌类型又称为风积地貌区，它主要由物理风化形成的荒漠区松散堆积物经重力及风力的分选而堆积。沙漠是荒漠地貌中面积最广的地貌类型，世界沙漠主要分布于南北回归线附近，但我国沙漠带位置受青藏高原的影响，偏北分布在中纬度地区。

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图13-10 笔直的穿沙公路，注意公路两侧为草方格防沙网（郑卓摄）

4. 泥漠（takyr, takir）
　　主要由细粒粘土、粉沙等泥质沉积物组成的荒漠。分布于荒漠中的低洼处，多由湖泊干涸和湖积地面裸露而成，如湖沼洼地、冲积、洪积扇前缘等。洪流从山区搬运来的细土物质淤积干涸而成的泥漠，地面常发育龟裂纹。局部地表盐分大量聚积，形成盐土、盐壳，称为盐漠。在高寒地带由寒冻和冰川作用形成的荒漠景观称为寒漠。 
 
五、世界沙漠分布
　　受极端干旱、干旱及半干旱气候因素影响，世界荒漠地貌主要分布于非洲北部、中亚、澳大利亚以及美国西北部，共50多个国家和地区（表13-1，图13-11），占据地球陆地表面1/3多的面积，因此荒漠地貌是地球上的主要地貌类型。在这个生态环境脆弱的区域生活着约15％的居民。

　　荒漠区特殊的环境不仅发育了特殊的地貌，生长着特殊的动、植物种群，而巳还蕴藏有丰富的石油等矿产资源，同时也培育了以荒漠地貌为特色的自然和人文旅游资源。为了合理保护和科学利用这一特殊区域的各种资源与环境，揭示区域内人地之间的关系、预测干旱区未来环境变化的目的，有必要对地球上荒漠区的地貌进行系统研究。荒漠地貌的研究在古地理恢复、石油勘探、地下水寻找等方面也有重要意义。

表13-1 世界各大洲有广阔荒漠地貌的主要国家和地区

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 图13-11 世界荒漠分布（白色为荒漠区）

六、中国沙漠的主要特征
　　我国沙漠幅员广大,主要分布在贺兰山一乌鞘岭以西的广大地区，多深居于新生代盆地之中，全国沙质荒漠（沙漠和沙漠化土地）面积约为74万km2, 沙漠约52万km2，由塔克拉玛干、古尔班通古特、巴丹吉林等大沙漠组成（表13-2）。其中流动沙丘约占60-65%, 固定、半固定沙丘占30-35%, 风蚀地占5-8%。不同地点各个沙漠的自然条件有着明显的差异。

表13-2  我国主要沙漠的分布面积

　　最大的塔克拉玛干沙漠位于塔里木盆地的中央, 是暖温带极端干旱的荒漠, 年降雨量通常在50mm以下，高达50m以上的流动沙丘占60%以上, 且形态复杂多样，有金字塔沙丘，复合型的纵向沙垅，复合型的沙丘链等。但在沙漠边缘和深入到沙漠内部的河流沿岸及洪积—冲积扇的前缘地带，由于水分条件较好，生长有密集的胡杨林及红柳灌从，为沙漠中的天然绿色地带。位于准噶尔盆地中的古尔班通古特沙漠, 年降雨量70-150mm, 冬季并有积雪, 植物生长较好，以白梭梭、梭梭为主，固定和半固定的沙垅及沙垅蜂窝状沙丘，占整个沙漠面积的97%多。阿拉善地区的巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠都是以流动沙丘分布为主，巴丹吉林沙漠中高达200m以上的沙丘占6.8%，沙漠中分布不少湖泊，成为这两个沙漠的共同特色，但又有景观上的差异，腾格里沙漠80%左右的湖盆属于干湖盆，而巴丹吉林沙漠中绝大部分湖泊为有水的海子。东部地区的一些沙地如毛乌素沙地、浑善达格沙地、科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地等与西部沙漠相比，水分条件较好，年降雨量在200-450mm，而且有不少河流或湖泊，地下水资源也很丰富，以固定及半固定沙丘为主。由于历史上不合理利用土地，植被破坏，流沙面积不断扩大，从而形成今日之流沙和固定半固定沙丘相互交错分布的景色。

　　我国的沙漠化土地主要分布在干旱、半干旱及部分半湿润地区，总面积目前已超过33万km2，其中沙漠化土地约17万km2里，潜在沙漠化土地达到15万km2。