风吟大漠—解密风沙的往世今生（下）

   关注中科院地质地球所，探索地球的奥秘

1

宁夏沙坡头

 当年

就在朱震达转战沙漠化研究的同时

为保障包兰铁路通车

奋战在沙坡头的科研队伍

开始了中国最早的防沙治沙研究

科研人员们首先想到的是植物固沙

然而沙坡头风沙极大

沙丘流动性强

植物刚刚摘下

风蚀沙埋

成活率很难保证

就在大家一筹莫展的时候

转机出现了

苏联专家把一种特殊的固沙方法带到沙坡头

利用废弃的麦草

一束束呈方格状铺在沙上

再用铁锹压进沙中

留麦草的一部分

自然竖立在四边

经过反复实践

大家发现在沙面上扎制一定规格的草方格

的确能够降低流沙移动的速度

2

可是新的问题摆在了科学家的面前

苏联的沙漠地区气候相对湿润

风沙活动远没有中国沙漠剧烈

照搬过来的固沙方法

虽然在沙坡头取得了一些效果

但能否进行大面积推广

科研人员心存疑虑

中国的沙漠横跨多个经度

气候环境不尽相同

如果盲目照搬

扎制数十万平方千米的草方格

需要投入大量人力物力

一旦推广失败

国家原已滞后的经济状况将会雪上加霜

面对这样的困境

朱震达意识到中国的沙漠化治理

必须要找到适合自己的方式

于是朱震达决定再次返回西部大漠

对沙漠的移动规律展开研究科考

这次考察依然是从零开始

成功还是失败

谁都无法预料

3

北京

自从29岁踏进沙漠

家就成了朱震达遥远的牵挂和思念

说起父亲女儿朱澈的话不多

因为和父亲在一起的时间实在太少了

父亲喜欢照相

留下了大量手稿

这些照片中最令朱澈反复回味的

并不是神秘莫测的大漠风景

而是父亲亲自给她拍的孩提时代的留影

“他一天到晚在外面

我印象中回来的时间

老就给我照相”

朱澈说

出生于上个世纪五六十年代的孩子

小时候除了偶尔到照相馆里留影纪念

很少照相

可朱澈的童年却留下了很多照片

每当闲暇时

她就会拿出来看看

内心总会涌起几分骄傲

这是父亲用他擅长的方式

留给女儿的礼物

朱澈没有走进过父亲工作的茫茫大漠

小的时候

每当想念父亲时

她会站在窗边

陷入沉思

那时候的她始终无法理解

遥远西部那片神秘的沙海

究竟有什么魔力让父亲如此钟情呢？

4

新疆于田

昨夜一场风过后

阿里木阿布拉一家的篱笆墙外堆满了黄沙

铲沙护院是他几乎天天要做的事

当地村民习惯修建篱笆墙来防沙

可实际上

它们并不能阻挡流沙

篱笆修得越高

沙砾堆积的就越高

直到形成一座新的沙丘

半个多世纪前

朱震达正是目睹了这种流沙翻墙的现象后

获得了启发：

究竟什么样的高度才能挡住砂砾？

砂砾在不同高度的气流中

通过的数量是否存在差异？

朱震达目光的焦点从遥远的

地平线转向了每一颗细小的砂砾

这些略带锈迹的小铁盒

被精心保存了半个世纪之久

当年朱震达和队员们亲手制作了这些集沙仪

它们看上去虽然简易

却帮助中国沙漠研究者

破解了大漠流沙中鲜为人知的秘密

5

这天 天气预报通知下午有五级大风

研究员赵爱国请出了这些神器

决定带学生到野外进行实验

上个世纪60年代

西方国家在风沙物理学研究领域

取得了一定成果

他们拥有先进的实验设备

但由于当时的中国对外交流相对封闭

朱震达只有依靠笨方法

自己琢磨制作了这种集沙仪

“把集沙仪口子对准风向

所以说就要挖一个壕

然后使最底下层的0到2公分要紧贴着沙面

这样采集出来的砂砾

就会按照一个梯度分布”

为了保证实验数据的准确性

朱震达带领队员们在恶劣的风沙天气中

进行了成千上万次的试验

队员们为此饱尝艰辛

当时只有25岁的吴正

由于常年在风沙中劳作病倒了

住院手术时

当医生切开他的阑尾

不由大吃一惊

6

风沙过后

大家将各个铁盒中的砂砾

分门别类进行分析

实验结果证实

越靠近地面的铁盒

收集的砂砾越多

海量的数据显现

普通风沙天气中

砂砾基本是在距

地表0到10厘米的高程内随风运动

这其中90%的砂砾

集中在紧贴地面0到5厘米范围内

那么在强烈的沙尘暴环境中

情况又会怎样呢

朱震达发现

即使在猛烈的风中

绝大部分砂砾仍然在

距地面5厘米的范围内移动

这个结论看似简单

却为治理沙漠带来重要启示

7

邹学勇 张春来

是中国沙漠科学领域的资深学者

 他们一直在试图求证

50多年前朱震达先生得出的结论

沙漠沙砾为什么在距离

地面五厘米的高度内移动

有没有一种方式能够

直观的呈现出沙砾的移动轨迹呢

在实验室的显微镜下

邹教授发现了一个有趣的现象

采自沙漠中的砂砾表面并非圆滑光洁

而是分布着大小不一的碟形坑

这些碟形坑的存在

证明沙砾受到了撞击

那么沙砾在移动过程中究竟遭遇了什么？

8

在北京师范大学风沙环境与工程实验室

邹教授决定用2600只乒乓球

模拟自然界中的沙漠环境

假设乒乓球

是一颗被放大了的沙砾

在风的推动下

沙砾不断的下落和扬起

呈抛物线向前移动

跃移的沙砾

和地面的沙砾相互碰撞

导致更多的沙砾加入到运移的行列中

当实验者在模拟的戈壁环境中做同样的实验

沙砾弹起的高度明显大了很多

就是说

沙砾扬起的高度和不同环境中的接触面有关

戈壁中的沙砾坚硬

结构致密

反弹力较强

沙漠中沙砾细软

结构松散

沙砾在碰撞的瞬间

能量被削减

因此反弹力较弱

这就是为什么在沙漠中

风沙流总是贴近地面移动

9

王涛  朱震达的得意门生

对老师半个多世纪前

用集沙仪得出的研究结论

他始终怀有强烈的好奇

在我们肉眼看不到的微观世界

沙砾究竟是怎样移动的呢

今天先进的风沙风洞实验装置

可以模拟各种风速下沙砾的运动形态

还原风沙运动的真实过程

在高速摄影机捕捉的影像中

移动的沙砾竟然出现了明显的分层

最细的颗粒悬浮在上层

中间的颗粒像抛物线一样跳跃着前进

最粗的颗粒则贴着地面缓慢蠕动

风沙动力实验结果证实

蠕动和跳跃的沙砾总量在风沙流中占据多数

而他们移动的高度恰恰

是在距离地面5到10厘米之内

这与50多年前

朱震达凭借简陋的集沙仪

海量的数据分析所得出的结论高度一致

10

“我们的草方格布置为什么那样的高度就够了

没有他这个理论

我们当时是没有把握的”

浙江大学地球科学学院教授 杨小平说

5厘米 看似简单的数字

却揭示出沙漠演进过程中恒定不变的规律

从控制流沙的角度看

沙尘暴只是偶尔出现的极端天气现象

而近地表5厘米之内

永恒移动的风沙流

才是威胁河流绿洲

人类文明的隐形杀手

11

风沙流移动规律的破解

不仅是百年来人类探索沙漠

形成与演变历程中一次重大发现

也为中国防沙治沙系统工程得以付诸实践

提供了坚实的理论依据

根据这项研究成果

中国对从苏联引进的草方格进行了改良

麦草高度控制在20厘米以内

不仅节省了材料

而且能够更好的阻挡

紧贴地面5厘米流沙的移动

此外草方格扎制的面积

也从苏联的5×5米缩小到1×1米

“5×5的方格中间

就有风蚀

风吹走了沙子

1×1的话吹不走

它就把沙子都留在里面”

中国科学院沙坡头沙漠研究试验站站长 李新荣说

12

今天草方格固沙已经在

中国北方广大沙区大规模铺开

根据中国沙漠情况

改良的草方格固沙

已经成为目前世界上

最科学有效的固沙手段之一

为全球沙漠化治理发挥着不可估量的作用

“先生的这一研究成果

应该说从理论上

为大规模的草方格的推广

打下了坚实的基础

当然从更长远的角度来看

也为人类在利用有限的资源

进行高效的防治沙漠化树立了信心”

中国科学院西北生态环境资源研究院院长 王涛说

1995年9月30日

全长五百六十五千米的

塔克拉玛干沙漠公路贯通

这是世界上穿越流动沙漠最长的公路

连绵的草方格

阻挡了流沙侵袭

保障公路安全通车

自从沙漠公路开通后

家住策勒县的阿苏曼

到北疆送货的路程比以前缩短了一半

穿越塔克拉玛干沙漠

再也不是充满艰辛和危险的旅程

13

在科尔沁沙地上

有一座国家级沙漠化研究站

朱震达把后半生的心血倾注在了这里

在研究站的仓库里

原站长赵学勇给我们展示了一件珍贵的物品

那是朱震达利用去日本出差的机会

用自己仅有的指标购买的一台彩色电视机

看电视冲淡了在荒原上工作的寂寞和艰苦

而更令赵学勇记忆深刻的是

朱震达带领他们在科尔沁沙地上

创造的治沙奇迹

这片被铁网隔离的区域是

朱震达在科尔沁沙地上设计的实验项目

他要看看完全禁牧100年后

这片严重沙漠化的土地是否可以恢复生机

令研究人员感到吃惊的是

仅仅20年过去

这片区域就出现了

以榆树为标志的稀树草原的景观

“1996年把放牧压力撤销以后

让它自然恢复

但是没想到我们在对照里头

到2000年就出现了榆树的生长

它无形之中告诉我们了一个非常好的趋势

只要我们管理得当

这个退化的区域仍然能够在20年30年

或者是更长一些年份之内

恢复到这种景观

这是一种希望”

中国科学院奈曼沙漠研究站原站长 赵学勇说

翠绿的草场

和铁网外的沙地形成了鲜明的对比

在繁茂草木的遮掩下

一场由朱震达沙漠研究成果带来的

土地沙漠化逆转正在悄然进行

14

2010年沙坡头沙漠研究试验站的赵阳

在野外巡视时

有了一个意外的发现

扎制多年的草方格内

沙子表面出现了一层薄薄的壳状物

赵阳取下一小块样本

带回实验室化验分析

显微镜下仅仅几分钟

培养皿中的灰褐色物质

就逐渐变成绿色的茸状物

“因为大气里头有很多细菌

藻类的一些东西

通过雨水冲击

大气降尘一块沉积在沙子表面

最初形成了蓝藻结皮

如果草方格扎在这个地方不被破坏

大概5到10年就能形成这么一个结皮” 

中国科学院沙坡头沙漠研究试验站站长 李新荣说

原来草方格在抵挡流沙的同时

还能降低方格区域内的风速

在漫长的时间中

方格内的水分得到保持

湿度逐渐增加

最终藻类等微生物开始了缓慢的繁育

逐渐形成一种被称作

生物土壤结皮的有机物质

通常草方格扎制5到10年后

麦草逐渐腐烂消失

藻类结皮开始形成

并逐渐演化到更加稳定的

藓类结皮和地衣节皮

这场庄严的交接仪式

意味着沙漠化区域

在人工维护下开始形成土壤再造

15

今天的沙坡头

在黄河南北

宽700米  长4200米的区域内

曾经高大密集的流动沙丘

被结皮和沙漠灌丛组成的生态系统取代

铁路 公路驰骋疆野畅通无阻

为这片荒蛮的土地注入生机

这是人类在沙漠中创造的奇迹

这是科学服务实践的最佳例证

更令人欣喜的是

经过半个多世纪的理论研究和野外试验

沙坡头已经形成了以草方格固沙为核心

五带一体的治沙模式

从而构建出具有中国特色的防沙治沙系统工程

这套工程体系正在改变全球土地沙漠化的进程

2005年

来自国家林业局的一份监测数据

让所有人沸腾了

这一年

中国沙漠化土地总面积第一次出现了缩减

这是世界范围内的首次

它意味着土地沙化不可逆

其实是一种误判

人类的智慧

科学的手段

完全可以扭转沙进人退

最终实现人进沙退

这一刻 中国治沙人为之奋斗了整整53年

遗憾的是

从1999年到2006年

朱震达生前的最后七年

都在病榻上度过

他再也没能踏上正在恢复的沙化土地

他开创的中国沙漠与沙漠化科学

正在成为无数年轻学者

投之青春和热血的科研领域

在他的理论基础上

建立的中国沙漠化环境治理模式

正在全球的干旱地区发挥重要的影响

曾经疯狂扩张的大漠

终于和人类握手言和

风沙转瞬即逝

而那些曾经努力追寻他们踪迹的名字

永远不该被我们忘记

本文根据CCTV10《地理中国》栏目“百年地理大发现”之《风吟大漠》整理而成，感谢中央电视台科教频道《地理中国》栏目《百年地理大发现》制作团队的专业制作及授权发布！

视频网址（可点击阅读原文观看）：

http://tv.cctv.com/2017/11/26/VIDEnvqsYAgiKF1BwPeLa0FV171126.shtml

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美术编辑：赵亚楠 

校       对：吴建国

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