“沙尘暴”这一概念，从名字上就错了
2017年5月4日，尘暴天气席卷了北京及整个华北地区。气象台发布“沙尘暴”蓝色预警，各大媒体也将“北京遭遇近年最强沙尘天气”列为头条。然而，又有多少人知道“沙尘暴”并非一个准确的科学名词？
沙子不能远走高飞，因此真正长距离刮来、造成灾害性天气事件都是“尘暴”，而不是“沙暴”，更不可能是“沙尘暴”。清楚了尘暴产生的源头，才能更好地治理。
撰文 张宏仁（国际地质科学联合会前主席）
2017年5月4日，尘暴天气下的北京，下同。（三万 摄）
细分岩石颗粒
在我国的传统历史文化中，“沙”这个词深入人心。“飞沙走石”“疾风冲寨起，沙砾自飘扬”等等不一而足。而“尘”这个词主要用于家居，极少用于野外的自然现象。很可能在古人的概念中，“沙”这个词既包括“沙”也包括“尘”。
直到现代地质学传到我国，人们才对不同大小的岩石颗粒进行细分为砾、沙、尘、黏土。然而对“尘”这个粒级常常用“粉沙”一词代替，还是没甩掉“沙”字， “沙”与“尘”仍然没有截然分开。
乍一看，沙和尘都是岩石风化的产物，似乎没必要分那么清楚。然而一旦沙与尘生成以后，它们在风力作用下的习性却大相径庭。正是由于这种习性，风力能把尘与沙分选得非常干净、彻底。
风力分选的原理并不复杂。我们都很熟悉伽利略的“比萨斜塔试验”，我们可以对砂粒进行类似的试验。人们把石英颗粒研磨成不同直径的球，然后测试它们在静止的、完全没有风的空气中降落的情况。从比萨斜塔落两个铁球，空气的摩擦阻力小到可以忽略不计。但对砂粒来说，空气的摩擦阻力具有重要作用。
在自然条件下，空气永远不会是静止的，“风”就是运动中的空气。如果空气运动向上的速度分量大于颗粒的“终极沉降速度”，颗粒就会永远悬浮在空气中。虽然风速变化无常，但只要平均风速比颗粒的“最终沉降速度”大很多，颗粒悬浮在空气中的概率就是很大的。可以认为，只要一有风吹草动，尘埃肯定会悬浮在空气中。因此，对岩石颗粒所作的“比萨斜塔试验”会得出有趣的结果：颗粒直径小的尘埃颗粒会长时间悬浮在空气中，颗粒直径略大的沙粒只能短暂地离开地面，很快便会回落到地面。
如果您有机会到塔里木盆地去走一走，可以看到戈壁和沙丘。在戈壁滩表面，很难找到沙粒。 相反，如果到沙丘分布地区去，在沙丘上取一个沙样，作一个简单的机械分析，就会发现：沙丘里的沙分选极好，既无砾石，又绝少粉砂（尘）和土。
（三万 摄）
“沙”与“尘”分道扬镳
大量的尘粒，在风的反复作用下，或早或晚会被风刮到下风向遥远的地方沉积下来，最终形成黄土。于是，在风力的作用下，由岩石风化形成的碎屑被分选成三处，砾石被留在本地，形成戈壁滩，沙则在离母岩不远的地方形成沙丘，并缓慢地顺风向移动，粉尘则被风带到很远的地方，形成黄土沉积。
英国人拜格诺在他的著作《风沙和荒漠沙丘物理学》中指出：“由于没有把沙和尘区别开，对于沙暴常有误解。在干旱地区中，如果气候平静了一阵以后，继之，强风自新方向吹来，空中便会弥漫着小颗粒。在没有多少或完全没有细砂的冲积地区，例如伊拉克及卡尔通附近，尘土可以形成密云，飞扬到几千尺之高，长期遮蔽天日。虽然这常被错误地引用“沙暴”两字来描述， 但它显然是“尘暴”。由于沉速微小，极细的尘粒可被风的内部运动所产生的向上气流所带起，并悬浮在空中。”
在风力的作用下，“沙”与“尘”会彻底地“分道扬镳”。这也就是为什么被大风从遥远的北方刮到北京的是“尘”，而不是“沙”。遗憾的是，这样一条早已确立的、简单的原理在我国学术界却没有成为“常识”，否则就不会有几年以来的争论了，也不会把北方的沙丘当作北京的“风沙源”了。
其实，不仅在中国，全世界各地，凡是影响面大的，都是“尘暴”而不是“沙暴”。“沙暴”只能在沙源附近，如裸露的岩石风化面、荒漠沙丘或岸边沙丘附近施虐。有趣的是，用“sand dust storm”（沙尘暴）在网上搜索时，找到的绝大部分是中国的网站，国外的网站所提供的信息绝大多数是有关“尘暴”的。
一旦确信肆虐的是“尘暴”，我们就可以把沙丘、沙地排除在“尘暴”的来源之外。因为沙丘基本不含“尘”。我国的几大沙漠不是“尘暴”的物质来源。那么大量的尘来自何方呢?
尘暴中全副武装的路人（志英 摄）
“尘暴”从何而起
毫无疑问，尘只能来自地表有尘的地区。首先，尘来自干旱、半干旱地区一些过去曾受到植被或地表钝化层保护的地区，由于开垦荒地和过度放牧使得植被或地表钝化层被破坏，使得含有大量尘的岩石风化产物暴露在风力作用之下。美国20世纪30年代的“黑风暴”和澳大利亚的“红风暴”是两个典型的例子。
20世纪30年代恰逢第一次世界大战以后，大批美国农民迁移到中央平原去开荒。1933 年到1936 年出现了连续干旱，由于植被已破坏，尘土失去了保护层，狂风一起，大量尘土被卷人大气层，形成延续几年的尘暴，危及德克萨斯、新墨西哥等几个州，面积达 6 亿亩。
澳大利亚中昆斯兰等地气候炎热，雨量稀少，加上过度放牧以及兔子对植被的破坏，为“尘暴”提供了大量物质来源。由于土壤的铁被氧化成红色，所形成的“尘暴”呈红色。
我国西北的大片地区，属于内陆河地区，包括内蒙古、甘肃、新疆相当大面积的地区的塔里木河、黑河以及石羊河等。几十年来，由于上游地区不断扩大灌溉面积，逐渐耗尽了本来流入下游尾闾湖的地表水资源，使得面积很大的湖泊干涸。从而为尘暴提供了大量物质来源。
南疆的和田地区在绿洲附近以方格网的形式植树造林、保护农田，由于过多地占用了原来流向下游的水资源，使得当地的浮尘天气比过去增加了一倍。
“尘暴”和“沙暴”须分头治理
弄清原理以后，在治理的办法方面就有可能逐步取得统一的认识。
首先，在干旱、半干旱地区不能任意开荒。此前实行的“退耕还草”可能是有效的措施。
其次，在充分论证的基础上，逐步恢复河流的尾闾湖泊，减少尘的物质来源。在黑河、塔里木河等地，已经开始这方面的工作。然而上游灌区已成事实，建议调查研究减少从绿洲到尾闾之间河道蒸发损失的方案。这部分损失可能足以维持尾闾湖泊一定的面积。
有一点需要认清：近年来亚洲发生的重大尘暴，来源不全在中国。中国只能承担应当承担的那一部分责任，而不能为全部问题背黑锅。我们应当抓住这个机会开展国际合作，与上风向、下风向的国家联合起来，共同探讨解决的途径。
人们常说“一团散沙”，然而，和人们的印象相反，沙不喜欢散居，而喜欢扎堆。在风力作用下，沙粒只能在地表附近跳跃前进，稍微遇到一点阻碍，就会停下来。而停下来的沙粒又会成为别的沙粒前进的阻碍，于是沙越积越多、越积越高，成为沙丘。沙粒大量集中在沙丘里，而沙丘与沙丘之间常常没有沙粒。在塔里木盆地可以见到很多“红柳丘”。沙粒受红柳的阻挡堆积在灌木的周围，逐渐把红柳埋没，而红柳为了生存向上长高，于是沙丘越堆越高，形成“红柳丘”。
红柳（图片来源：Alexandru Panoiu/CC BY 2.0）
沙的这种习性，使得植树造林成为防沙固沙的有效手段。
本文于2015年4月16日由《赛先生》经张宏仁先生授权刊发。
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