「沙塵暴」這一概念，從名字上就錯了

原標題:「沙塵暴」這一概念，從名字上就錯了

2017年5月4日，塵暴天氣席捲了北京及整個華北地區。氣象台發布「沙塵暴」藍色預警，各大媒體也將「北京遭遇近年最強沙塵天氣」列為頭條。然而，又有多少人知道「沙塵暴」並非一個準確的科學名詞？

沙子不能遠走高飛，因此真正長距離刮來、造成災害性天氣事件都是「塵暴」，而不是「沙暴」，更不可能是「沙塵暴」。清楚了塵暴產生的源頭，才能更好地治理。

撰文 張宏仁（國際地質科學聯合會前主席）

細分岩石顆粒

在的傳統歷史文化中，「沙」這個詞深入人心。「飛沙走石」「疾風沖寨起，沙礫自飄揚」等等不一而足。而「塵」這個詞主要用於家居，極少用於野外的自然現象。很可能在古人的概念中，「沙」這個詞既包括「沙」也包括「塵」。

直到現代地質學傳到，人們才對不同大小的岩石顆粒進行細分為礫、沙、塵、黏土。然而對「塵」這個粒級常常用「粉沙」一詞代替，還是沒甩掉「沙」字， 「沙」與「塵」仍然沒有截然分開。

乍一看，沙和塵都是岩石風化的產物，似乎沒必要分那麼清楚。然而一旦沙與塵生成以後，它們在風力作用下的習性卻大相徑庭。正是由於這種習性，風力能把塵與沙分選得非常乾淨、徹底。

風力分選的原理並不複雜。我們都很熟悉伽利略的「比薩斜塔試驗」，我們可以對砂粒進行類似的試驗。人們把石英顆粒研磨成不同直徑的球，然後測試它們在靜止的、完全沒有風的空氣中降落的情況。從比薩斜塔落兩個鐵球，空氣的摩擦阻力小到可以忽略不計。但對砂粒來說，空氣的摩擦阻力具有重要作用。

在自然條件下，空氣永遠不會是靜止的，「風」就是運動中的空氣。如果空氣運動向上的速度分量大於顆粒的「終極沉降速度」，顆粒就會永遠懸浮在空氣中。雖然風速變化無常，但只要平均風速比顆粒的「最終沉降速度」大很多，顆粒懸浮在空氣中的概率就是很大的。可以認為，只要一有風吹草動，塵埃肯定會懸浮在空氣中。因此，對岩石顆粒所作的「比薩斜塔試驗」會得出有趣的結果：顆粒直徑小的塵埃顆粒會長時間懸浮在空氣中，顆粒直徑略大的沙粒只能短暫地離開地面，很快便會回落到地面。

如果您有機會到塔里木盆地去走一走，可以看到戈壁和沙丘。在戈壁灘表面，很難找到沙粒。 相反，如果到沙丘分佈地區去，在沙丘上取一個沙樣，作一個簡單的機械分析，就會發現：沙丘里的沙分選極好，既無礫石，又絕少粉砂（塵）和土。

「沙」與「塵」分道揚鑣

大量的塵粒，在風的反覆作用下，或早或晚會被風刮到下風向遙遠的地方沉積下來，最終形成黃土。於是，在風力的作用下，由岩石風化形成的碎屑被分選成三處，礫石被留在本地，形成戈壁灘，沙則在離母岩不遠的地方形成沙丘，並緩慢地順風向移動，粉塵則被風帶到很遠的地方，形成黃土沉積。

英國人拜格諾在他的著作《風沙和荒漠沙丘物理學》中指出：「由於沒有把沙和塵區別開，對於沙暴常有誤解。在乾旱地區中，如果氣候平靜了一陣以後，繼之，強風自新方向吹來，空中便會瀰漫著小顆粒。在沒有多少或完全沒有細砂的沖積地區，例如伊拉克及卡爾通附近，塵土可以形成密雲，飛揚到幾千尺之高，長期遮蔽天日。雖然這常被錯誤地引用「沙暴」兩字來描述， 但它顯然是「塵暴」。由於沉速微小，極細的塵粒可被風的內部運動所產生的向上氣流所帶起，並懸浮在空中。」

在風力的作用下，「沙」與「塵」會徹底地「分道揚鑣」。這也就是為什麼被大風從遙遠的北方刮到北京的是「塵」，而不是「沙」。遺憾的是，這樣一條早已確立的、簡單的原理在學術界卻沒有成為「常識」，否則就不會有幾年以來的爭論了，也不會把北方的沙丘當作北京的「風沙源」了。

其實，不僅在，全世界各地，凡是影響面大的，都是「塵暴」而不是「沙暴」。「沙暴」只能在沙源附近，如裸露的岩石風化面、荒漠沙丘或岸邊沙丘附近施虐。有趣的是，用「sand dust storm」（沙塵暴）在網上搜索時，找到的絕大部分是的網站，國外的網站所提供的信息絕大多數是有關「塵暴」的。

一旦確信肆虐的是「塵暴」，我們就可以把沙丘、沙地排除在「塵暴」的來源之外。因為沙丘基本不含「塵」。的幾大沙漠不是「塵暴」的物質來源。那麼大量的塵來自何方呢？

「塵暴」從何而起

毫無疑問，塵只能來自地表有塵的地區。首先，塵來自乾旱、半乾旱地區一些過去曾受到植被或地表鈍化層保護的地區，由於開墾荒地和過度放牧使得植被或地表鈍化層被破壞，使得含有大量塵的岩石風化產物暴露在風力作用之下。美國20世紀30年代的「黑風暴」和澳大利亞的「紅風暴」是兩個典型的例子。

20世紀30年代恰逢第一次世界大戰以後，大批美國農民遷移到中央平原去開荒。1933 年到1936 年出現了連續乾旱，由於植被已破壞，塵土失去了保護層，狂風一起，大量塵土被卷人大氣層，形成延續幾年的塵暴，危及德克薩斯、新墨西哥等幾個州，面積達 6 億畝。

澳大利亞中昆斯蘭等地氣候炎熱，雨量稀少，加上過度放牧以及兔子對植被的破壞，為「塵暴」提供了大量物質來源。由於土壤的鐵被氧化成紅色，所形成的「塵暴」呈紅色。

西北的大片地區，屬於內陸河地區，包括內蒙古、甘肅、新疆相當大面積的地區的塔里木河、黑河以及石羊河等。幾十年來，由於上游地區不斷擴大灌溉面積，逐漸耗盡了本來流入下游尾閭湖的地表水資源，使得面積很大的湖泊乾涸。從而為塵暴提供了大量物質來源。

南疆的和田地區在綠洲附近以方格網的形式植樹造林、保護農田，由於過多地佔用了原來流向下游的水資源，使得當地的浮塵天氣比過去增加了一倍。

「塵暴」和「沙暴」須分頭治理

弄清原理以後，在治理的辦法方面就有可能逐步取得統一的認識。

首先，在乾旱、半乾旱地區不能任意開荒。此前實行的「退耕還草」可能是有效的措施。

其次，在充分論證的基礎上，逐步恢復河流的尾閭湖泊，減少塵的物質來源。在黑河、塔里木河等地，已經開始這方面的工作。然而上游灌區已成事實，建議調查研究減少從綠洲到尾閭之間河道蒸發損失的方案。這部分損失可能足以維持尾閭湖泊一定的面積。

有一點需要認清：近年來亞洲發生的重大塵暴，來源不全在。只能承擔應當承擔的那一部分責任，而不能為全部問題背黑鍋。我們應當抓住這個機會開展國際合作，與上風向、下風向的國家聯合起來，共同探討解決的途徑。

人們常說「一團散沙」，然而，和人們的印象相反，沙不喜歡散居，而喜歡扎堆。在風力作用下，沙粒只能在地表附近跳躍前進，稍微遇到一點阻礙，就會停下來。而停下來的沙粒又會成為別的沙粒前進的阻礙，於是沙越積越多、越積越高，成為沙丘。沙粒大量集中在沙丘里，而沙丘與沙丘之間常常沒有沙粒。在塔里木盆地可以見到很多「紅柳丘」。沙粒受紅柳的阻擋堆積在灌木的周圍，逐漸把紅柳埋沒，而紅柳為了生存向上長高，於是沙丘越堆越高，形成「紅柳丘」。

沙的這種習性，使得植樹造林成為防沙固沙的有效手段。