书城自然科学探究式科普丛书-干旱缺水的荒漠:沙漠
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第1章 空旷奇谈——沙漠介绍(1)

第一节漫漫金沙尘飞扬——神奇沙漠篇

1.沙漠的定义

古诗中“大漠孤烟直,长河落日圆”中的“大漠”正是我们所熟悉的沙漠。沙漠是指地表覆盖大片风成沙的荒漠,沙质荒漠。地球陆地的1/10的面积是沙漠。

因为水源稀少,通常来说沙漠是荒凉、沉寂、无生命的,有“荒沙”之称。如此荒凉的地方,还会有生命吗?据科学探索,发现沙漠中也生存许多动、植物。

沙漠地区大多是沙滩或沙丘,沙下也经常出现岩石。泥土稀薄,植物很少。有些沙漠是盐滩,草木不生。沙漠一般是风蚀地貌和风积地貌。

沙漠里也有宝贵的矿床。近年来经科学探测发现沙漠有很多石油储藏或其他矿藏的储存。沙漠地区居民很稀少,因此资源开发也比较容易。沙漠气候高温干燥,降水量甚少,不适合居住。

全球的沙漠占陆地的百分比:全世界陆地面积为1.49亿平方千米,占地球总面积的29%,其中约1/3是干旱、半干旱荒漠地,而且每年以6万平方千米的速度扩张。沙漠面积已占陆地总面积的10%,还有43%的土地正面临沙漠化的威胁。中国的沙漠面积约有64万平方千米,占国土面积的7.4%。

2.沙漠家族

划分沙漠类型的标准是每年降雨量天数、降雨量总额、温度、湿度等因素。1953年,科学家把地球上的干燥地区分为三类:

①特干地区,是完全没有植物的地带(年降水量100毫米以下,全年基本无降雨、降雨无周期性),其面积占全球陆地的4.2%;②干燥地区,是指季节性地长草但不生长树木的地带(蒸发量比降水量大,年降水量在250毫米以下),其面积占全球陆地的14.6%;③半干地区,有250~500毫米雨水,可生长草和低矮树木的地带。特干和干燥地区称为沙漠,半干地区命名为干草原。

但是只达到干燥性标准的地区并非都是沙漠,如美国阿拉斯加州的布鲁克斯岭的北山坡每年有250毫米的降水量,通常不算为沙漠。

(1)贸易风沙漠——哈马丹风的杰作

贸易风是从副热带高压散发出来,向赤道低压区移动的风。来自热带高压的贸易风越吹越热,很干的贸易风吹散云层,使得更多太阳光直射大地。世界上最大的沙漠-撒哈拉大沙漠主要形成原因就是干热的贸易风(当地称为哈马丹风),白天气温可以达到57℃。

(2)中纬度沙漠——温带沙漠

中纬度沙漠,极端干旱,降水量为200~300毫升,最高气温可达50℃以上,位于纬度30°~50°。北美洲西南部的沙漠和中国的腾格里沙漠都是中纬度沙漠。气温年较差较大,日较差也较大。

日照长,照射强。自然景观多为荒漠。

(3)雨影沙漠——高山的沙漠

雨影沙漠是在高山边上的沙漠。风带动沙子迁移时,在山的背风侧,山太高,造成雨影效应,在山的背风坡一侧中形成沙漠,如以色列和巴勒斯坦的沙漠。

(4)沿海沙漠——缺少阳光的沙漠

沿海沙漠一般在北回归线和南回归线附近的大陆西岸。因寒流流经,降温降湿,冬天起很大的雾,遮住太阳,阳光透射度很弱,因此沿海沙漠温度较低。沿海沙漠的形成,是由陆地、海洋和天气综合系统影响的。南美的沿海沙漠阿塔卡马沙漠,是世上最干的沙漠,经常5~20年才会下一次超过1毫米的雨。非洲的纳米比沙漠也是沿海沙漠,有很多新月形沙丘,经常刮大风。

(5)仙人掌公园——“沙漠玫瑰”的城堡

美国的亚利桑那州因沙漠气候的关系,生长着多种仙人掌,特别是巨大的树形仙人掌,因此在1994年成立了树形仙人掌国家公园,园中有1000多种来自世界各地不同的仙人掌品种,形态各异,谓之世界奇观。此外在日本琉球,也有仙人掌植物公园。

(6)古代沙漠——历史的沙漠足迹

地质考古学家发现地球的气候变化很大,在地质史上有些时段比现在干燥。12500年前,大约北纬30°到南纬30°有10%的陆地沙漠广布。18000年前,这个区域的50%是沙漠,包括现在的热带雨林或海洋,因为地壳的运动造就了地形地貌的转化。

很多地方已经发现沙漠沉积的化石,最老的达到5亿年,为考古学家研究地质提供了丰富的材料。美国的内布拉斯加州山是西半球最大的古代沙海。它现在已经有500毫米的年均降水量,沙粒已经被植物稳住,但是还可以看到高达120米的沙丘。着名的喀拉哈里沙漠也是一个古代沙漠。

(7)外星沙漠——宇宙中的沙漠载体

火星是太阳系唯一发现有风力塑造地貌的非地球行星。美国天文勘察局认为,火星上有沙丘。如果只看干燥度,几乎所有现在发现的外星天体都是由沙漠覆盖的,所以至今未发现其他存在生命的星球。

3.沙漠的特征

茫茫漫沙,阔际无边,沙粒飞尘,干燥酷热。被称为“魔鬼域”的沙漠都有哪些特点?

事实上,世界上只有20%的沙漠上有沙粒,大多沙粒都在沙壳或沙海里,形成一片固定的波浪。约一半的沙漠上的细沙已经被强风吹走迁移,只剩下大的砾石和戈壁。

绿洲是沙漠中的自然景观,也是植物生存的地带,一般有清泉、水井或灌溉器具,是沙漠中唯一有常住居民的地方。不过大多数的绿洲是人造的。

(1)泥土——化学变化和物理变化的结晶

干燥地区的泥土有很多矿物质,却很少有有机肥料。重复的水储积可以把土壤变成盐性层。盐溶液里沉淀的碳酸钙等沉性盐,可以把沙粒和石子沾成50米厚的“水泥”形成特质泥土。

硝石层是沙漠土壤常见的红棕色到白色之间的沙层。硝石层一般成块,或者裹在矿物颗粒外面,是由水和二氧化碳之间复杂的反应和变化形成的。二氧化碳来自植物根部呼吸作用,或者是有机品腐烂的副产品。

(2)植物——沙漠中的精灵

沙漠是干燥旱涸的盐碱地或砾沙地,且温度过高,风沙巨大,因此,多数沙漠植物是抗旱或抗盐的。有些利用根、茎、叶储水;有些具有庞大的根茎系统,可以深达地下水层,以禁固土壤,防止水分流失;有些有较大的茎叶,可以减低风速,保存沙土,以便利用生长。

沙漠中的植物分布比较稀薄,但是品种有很多。美国西南部的沙漠里的柱仙人掌可以活200年,长到15米长,10吨重,成为沙漠里的树木。柱仙人掌成长很慢,9年之后才有15厘米长,75年才分第一个枝。因为身躯庞大,看起来沙漠里好像有很多仙人掌。另外,豌豆类和向日葵类植物也可以在干燥酷热地域生存。梭梭也是沙漠中独特的灌木植物,平均高达2~3米,有的高达5米,被称为“沙漠植被之王”,寿命也可达100年以上。

春季冰冷的沙漠里一般生长的是长草或灌木丛。

(3)水源——沙漠中生命的渊源

沙漠里偶尔也会下雨,常常是暴风雨。撒哈拉沙漠曾经有过3个小时内降水44毫米的记录。这种时候,平常干涸皲裂的河道会很快充满水,容易引发洪水泛滥。

虽然沙漠内部雨水很少,但常有从附近高山流出的河流进水,是沙漠中另外一种水源。这些河流一般带着很多土,仅在沙漠里流一两天后就干了。世界仅几条河流通过沙漠,如埃及的尼罗河,中国的黄河和美国的科罗拉多河等。

水量充足的情况下,沙漠里会形成季节湖,湖水一般较浅较咸。

因为湖底很平,风会把湖水吹到好几十平方千米以外的地方,形成不同类型的小湖。因此,小湖干了之后湖水含大量盐溶液,会留下一个盐滩。在美国有上百个这样的盐滩,大多数是12000年前冰河时期的大湖的遗物,其中最着名的是犹他州的大盐湖。盐滩可以给赛车、飞机提供平坦的跑道,是宇航器降落的好地方。

(4)矿物储藏——沙漠中的宝藏

世界上有些矿物在干燥区域形成。地面的水溶解矿物质,然后经流动沉淀后把它集中在地下水面附近,形成容易开发的矿质储藏。

湖水蒸干后的盐滩上有许多留在地表的矿物质,如石膏、盐等。

从硼砂和其他硼酸盐中炼出来的硼单质,是制造玻璃、陶瓷、搪瓷、农业化学制品、软水剂和西药的一种基本成分,另外其他矿物质在化工生产、医药等方面都有很高的利用价值。

在塞尔斯湖出产的矿物质价值达10亿多美元。

南美的阿塔卡马沙漠出产许多钠硝酸盐,用于炸药和肥料。第二次世界大战时期出产了300多万吨。

美国、智利、秘鲁和伊朗出产铜。澳大利亚出产铁、铅、锌矿石,土耳其出产铬铁矿。澳大利亚和美国有金、银和铀的储藏等,这些都是沙漠的“金矿”。

非金属物质铍、云母、锂、黏土、轻石和金属渣也盛产于干燥地区。

世界上最大的石油储藏大多在沙漠地带。但是这些储藏并非因为气候干燥而成。在这些地区成为沙漠之前,它们是浅海,石油是由海底植物经多年的系列的物理化学变化所形成的,因此,沙漠又可称为矿物质的海洋、财富的城堡。

4.沙漠的形成

“丝稠之路”沿线是无际的沙漠,它沉寂、荒凉、枯燥却很神秘,大自然是如何造就了沙漠?地球上的沙漠是如何出现的呢?

沙漠形成主要有两个方面,原因一应是自然环境,就是干旱和风;另一方面就是人为因素,对自然界的毁灭性的破坏。

风是制造沙漠的罪魁祸首,沙是形成沙漠的物质基础,干旱是出现沙漠的必要条件。

风可使岩石风化成沙并将它们运到某处集成沙漠,但并非有风的地方都会形成沙漠,其中更重要的因素就是干旱。缺少植被覆盖的地表,其土壤会被吹走,岩石会被风化而形成沙漠的源头——戈壁。

戈壁是制造沙子的根源,供应沙漠扩张所需的最基本物质——沙。地球上南北纬13°~35°是信风带,气压高,天气稳定,雨量少,是容易形成沙漠的地方,世界上许多着名的大沙漠都分布在这些地方,因此,气候干燥,地面缺少植被,风沙过大是沙漠形成的主要原因。

有些沙漠并不是天然形成的,而是人为造成的。如美国在1908~1938年,由于滥伐森林9亿多亩,大片草原被破坏,结果使大片绿地变成了沙漠。苏联在1954~1963年的垦荒运动中,大量砍伐森林,使中亚草原遭到严重破坏,非但没有得到耕地,却带来了沙漠灾害,因此,不合理的农垦、过度放牧和大量的樵采,是人为沙漠的主要因素。

5.沙漠里的奇怪现象

①虚无缥缈的幻觉:在沙漠里,由于白天沙石被太阳晒得灼热,接近沙层的空气升高极快,形成下层热上层冷的温度分布,由热胀冷缩的原理,造成下部空气密度远比上层密度小的情况。这时前方景物的光线会由密度大的空气射向密度小的空气,发生折射现象,从而形成海市蜃楼。远远望去,宛如水中倒影。在沙漠中长途跋涉的人,酷热干渴,头晕目眩,看到下现蜃景,常会误认为已经到达清凉湖畔,奔走过去后,仍是一望无际的沙漠,这种景象只是一场幻景。

②碎石圈:石头经过数百年热胀冷缩一次次碎裂后,在地上形成了一片圆形的碎石圈,非常像人为排列的作品,实际上是自然的巧手妙作。

③鸣沙:鸣沙有一个美丽的传说,是关于爱情的“山盟”之谓。

据说,每逢夏季端阳节,男男女女便在山上聚会,然后纷纷顺着山坡翻滚下来。这时候沙便发出轰隆的巨响,像打雷一样,象征其爱情也轰轰烈烈,天长地久。据苏联专家彼得洛夫解释,只要沙漠面部的沙子是细沙并且干燥,含有大部分石英被太阳晒得火热后,经风的吹拂或人马的走动,沙粒移动摩擦起来便会发出声音,这便是鸣沙。我国宁夏中卫靠黄河的地方有卒鸣沙山。

古人说:“见怪不怪,其怪自败”,沙漠里的一切“怪异”现象,其实都是可以用科学的道理来说明的,所以每个人都应辩证唯物主义的观点看待新生事物。

第二节死亡谷的生命-沙漠动物

1.沙漠之舟——骆驼

汉武帝派张骞出使西域时,主要的运输工具就是骆驼。因此我国古代的经济繁荣其功不可没的便是骆驼。沙漠中除了漫漫黄沙,有一沙漠景致必不可缺,便是驼影。骆驼是偶蹄目骆驼科骆驼属两种大型反刍哺乳动物的统称。骆驼有两种,有一个驼峰的单峰骆驼和两个驼峰的双峰骆驼。单峰骆驼比较高大,在沙漠中能走能跑,可以运货,也能驮人。双峰骆驼四肢粗短,更适合在沙砾和雪地上行走。骆驼和其他动物不一样,特别耐饥耐渴。人们能骑着骆驼横穿沙漠,所以骆驼有着“沙漠之舟”的美称。骆驼的驼峰里储存着脂肪,这些脂肪在骆驼得不到食物的时候,能够分解成骆驼身体所需要的养分,供骆驼生存需要。另外,骆驼的胃里有许多瓶子形状的小泡泡,那是骆驼储存水的地方,这些“瓶子”里的水使骆驼即使几天不喝水,也不会有生命危险。

骆驼的耳朵里有毛,能阻挡风沙进入;骆驼有双重眼睑和浓密的长睫毛,可防止风沙进入眼睛;骆驼的鼻翼还能自由关闭。可以抗御风沙的侵袭,脚掌扁平,且下面有又厚又软的肉垫子,便于在沙中行走,皮毛厚实抗寒,对保持体温极为有利,有利于抵御沙漠的冬季。

骆驼熟悉沙漠里的气候,风沙来袭时,它立刻跪下,可使人们预先做好准备,走得很慢,但所驮东西很多。

是沙漠中重要的交通工具。