很有意思的话题。
这里给大家带来一个很不一样的观察角度。
罗布泊本身是一片泽国,自青藏高原隆升以后,湿润的气流不能够再伸入到西北地区,从而奠定了这里干旱的基底。经过几千万年的演化和人为的改造,生态环境脆弱,干涸本身就是一种趋势。你说和自然环境没有关系,这绝对是睁眼说瞎话。
关键就是人为的原因。每次说到干涸的原因必定会谈到1959年孔雀河上游修了水坝,发展农业灌溉,导致注入罗布泊的水变得少了,逐渐罗布泊才干涸的。
但大家有没有想过,“上游水库论”默认了一个很重要的前提!
时间!
罗布泊干涸的时间!
如果罗布泊在水库修建之后3-5年内干涸,那我们就说,确实是地质+人为原因。
如果在水库修建2-3年内干涸,那“上游水库论”就得再商议商议,因为刚修水库,就这么狠,水大把大把用?完全不顾下游了?不可能吧。所以罗布泊不至于两三年内就干了,除非水库修建前,本身湖里就没多少水了,那我们说其实人为因素只有很小一部分。
还有一种言论是罗布泊在水库修建前就已经干了!所以和水库半点关系都没有。那罗布泊的干涸就是纯自然原因了。
可是,目前学界对罗布泊到底什么时候干涸的还没有达成广泛的共识。
我自己并不持任何立场,只是希望大家都能够留意一下这个点。因为抛开“罗布泊干涸的时间”去谈“干涸的原因”是没有任何意义的。
理论上,回答已经结束了。
但大家如果有时间、感兴趣的话,我会带大家一起来看一下,在2008年被《科学时报》评价为“震撼学界的研究成果”的“李保国,蒋平安团队的1940年前后干涸说”(论文发表在《科学通报》上)。
长文预警!
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一分钟快速回顾一下
1958-1960年是新疆农垦发展速度最快的3年,新开垦了大量土地。为灌溉这些土地,先后在孔雀河上修建 了大量的拦水、蓄水和扬水工程 。其中包括1960-1962年完工的拦断孔雀河的普惠和阿克苏甫两座大坝。这些工程使孔雀 河水几乎全部消耗在灌区中,再无大量水下泄。而孔雀河是罗布泊当时的补给水源 ,因此推测罗布泊干涸发生在1962年以后。
该推论的思路是考虑大坝截留后,此前进入湖区的水完全干涸有一定的滞后期, 但这个滞后期多 长,因为缺乏足够的数据参考 , 如湖面大小和水深等而不能确定。
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根据1972年美国陆地资源卫星1号发回的一张影像来看,罗布泊已经干涸了。
另外根据1992年美国公开的其20世纪60年代初期第一代侦察卫星CORONA影像上来看,罗布泊的大耳朵区域已经干涸。↓↓↓图2
图2↑↑↑中孔雀河水沿库鲁克山南麓由西向东移动,并在大耳朵湖区北偏东约70km处形成一片积水。
但是这一观点被樊自立先生所质疑。
樊说:当年1959年由石玉林院士等组成的调查小分队在罗布泊考察,就曾经在罗布泊上面泛舟,还在湖岸边挖取了土壤剖面,你怎么能说是干涸了呢?
于是钟俊平先生就拿着照片找到了当年的带头人石玉林院士做了讨论。
由于当年没有GPS定位,谁也没能拿出确切的证据说这就是罗布泊湖面。
另外根据其他的照片来看,一些照片中可以看到河岸堤,很像是孔雀河的河口。
所以钟俊平先生认为:
1959年考察队到达的实际上就是1961年美国卫星图像上的大耳朵湖区北偏东70km外的积水区域,而不是罗布泊的湖面。1959年的积水理应会比图上卫星图上更大。
这里又有人站出来反驳了。
根据国际1958年航测,后来出版的1:1000 000地形图,图上表示,整个大耳朵湖区都是被淹没的。
钟骏平教授将两张图拼合,数字化并叠加到遥感影像上得出:
钟骏平认为1961年已经干了,如果这个航测的解读是对的,那么罗布泊是在1958-1961这三年间迅速干涸的。
根据1958年影像可以计算出湖水面积达5738平方公里,若按照水深1.5m估算,水体体积达86*10八次方 立方米
自1952年以后,塔里木河和孔雀河分流,塔里木河已经不再注入罗布泊了,所以仅有的水源仅来自孔雀河。
按照蒸发强度来看
参考2002年罗布泊钾盐矿气象观测站的数据:气象站取用的大面积含盐水面年蒸发量是700mm,即在没有任何补给的情况下,湖水面每年下降0.7m。
因为根据我国1958年航测的当时罗布泊水域岸线到大耳朵耳心高差大于3m,所以在1961年耳心区域应该有水,而图2↑↑↑美国卫星显示耳心已经干涸。
而且韵律线相互叠加,表明湖水有多次消长,并非一次退缩。
从耳纹区土壤剖面特征来看:下部是颗粒较细的碎屑沉积物组成的湖积层,在1-1.3m处可见到灰黑色淤泥层,说明层有过淡水,并植物茂密。湖积层之上为化学蒸发岩类的盐壳,厚达50cm,由于其结晶过程中的涨缩,地面龟裂并掀起,盐壳十分坚硬,用混凝土用的十字镐都无法挖动。
以上是钟骏平教授的初步讨论
此后
第一步就是要测量湖盆剖面
FC, OD, OE 断面为罗布泊“大耳朵”湖盆3条典型断面, 其高程测量结果可综合反映整个“大耳朵” 湖盆地形特征, 测量结果见图5 ↓↓↓
FC 断面全长85km, 由图 5(c)↑↑可知: “大耳朵”湖盆深约 5.2 m, 西南陡, 东北缓,最低点位于“耳心”; 即湖心 M (90.455°N, 40.186°E)处, 从湖盆外缘到湖心, 高程依次降低, 呈自然过渡形态, 与普通湖盆特征类似。
OD 断面位于罗布泊古湖盆中部, 由图5(b)↑↑可知: OD断面整体高差1.8 m, 由 O点4.2 m 下降 至D点 2.4 m, 剖面呈浅弧形, 整个断面高程均要高于“大 耳朵”湖区内部, 最低区段LN相对高程2.4 m, 比“大 耳朵”外缘 A 点高出 0.4 m。 D 点相对高程 2.8 m.
OE 断面位于罗布泊古湖盆边缘, 其高程测量结果见 图5(a)↑↑, 整个断面相对高程变化极其微弱, 高差仅为 70 cm, 起点 O 相对高程 4.2 m, 为 OE 断面最低点, Ⅰ点相对高程上升到 4.92 m, 整个断面相对高程均 高于 OD 断面.
因此由 FC, OD, OE 断面测量结果可知:
测量湖盆剖面主要是对“大耳朵”耳轮线的地理意义做出解释:
多年来,人们根据遥感影像上多束“耳轮线”呈平行展布并围绕一个中心聚拢的特点
推测“耳轮线”是湖水逐渐干涸、退缩过程中湖岸线残留痕迹
但目前并没有充分的证据来证明这一推论.
如果“耳轮线”为湖水消退岸线, 那么同一“耳轮线”应处于同一重力等势面, 在不考虑风等外力干扰因素时, 同一重力等势面高程应保持一致
而垂直于“耳轮线”应存在最大高差, 且“耳轮线”的疏密和高程变化应存在统一的对应关系
2006年经过不同区域及不同尺度的实地高程测量和论证:
FC 断面横贯“大耳朵”湖盆, 垂直多条“耳轮线”, 其高程变化即是明暗相间的“耳轮线”高程逐级变化累积的结果, 测量结果见图 5(c). 由图 5(c)↑↑↑可知: 从湖盆外缘至湖心高程逐渐降低, 说明“耳轮线”高程逐渐连续下降, 并未出现波动和跳跃, 这为“耳轮线”为湖岸线的论 证提供了充分条件。
这些“耳轮线”高程在下降 过程中并不是杂乱无章或呈同心圆状下降, 而是在 东北坡下降缓, 耳轮线较宽、稀疏。下图↓↓↓
而在西南坡下降 陡, 耳轮线较窄、密集(绵密绵密的感觉), 这与我们实测的湖盆坡度数据正好吻合, 说明“耳轮线”的疏密和高程变化的确 存在密切的联系。下图↓↓↓
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OD 断 面前段OL横切多条“耳轮线”, 中段 LN 跨越一个宽达几十公里向阿其克谷地突出的鞍形带, 影像上色调均匀, 未分辨出“耳轮线”。↓↓↓
末段ND进入冲 积扇前抬升带. 表明 OD 断面前 段相对高程下降较快, 中段高程稳定, 末段稍有抬升。
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OE断面前段OI“耳轮线”较密集, 后段IE在遥感影像 上色调均匀, 未分辨出耳轮线特征. 测量结果见图 5(a), 显示前段高程上升相对较快, 后段高程基本不变。 ↓↓↓
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如果觉得知识太密集,下面这段可以跳过
A点与B 点处于同一“耳轮线”
从A点开始测定, 向湖心方向移动1.7 km后, 再折向B点, 回到同一“耳轮线” 上.
测定结果见图 6(a), 起点 A 相对高程为2m, 到拐点K处下降到最低值1.75 m, 继而开始缓慢上升, 到 B点时相对高程又回到2m。因此处于同一“耳轮 线”上的2个点高程值相等.。
为验证这一规律的普适性, 再选取两个平行样段进行对比, OA与HG走向基 本一致, 同时横跨多条“耳轮线”, 起点都处于同一 “耳轮线”, 因此如果“耳轮线”为湖岸线, 这两条高程线应坡降一致, 线性重合。
测定结果见图 6(b), OA 与 HG 高程线基本吻合, 在 5.3 km至 7.0 km处, 稍有波动, 这可能是由于下垫面不平微起伏造成的, 波动值在15 cm以内, 可以忽略, 不影响整个样段的一致性。
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说了这么多,是不是大家都有些忘了,为什么要证实“耳轮线”是湖水消退岸线这件事了?
回顾一下:
因为1958年航测,还有就是1959年石玉林院士为首的考察队都说罗布泊大面积覆水。
另外,耳轮线上的厚50cm的盐壳的形成也可以的到解释,即是在漫长的时间内缓慢形成的。
1931年我国学者陈宗器对 1921 年塔里木河改道以来在罗布泊新形成的水域进行了实地考察, 绘制了孔雀河与罗布泊地图。
这张地图对罗布泊地区湖泊、水系以及古河道都有很好标注, 进行了大量的野外实测工作, 有很高的科学参考价值, 与现在地形图及遥感影像吻合度很好.。
↓↓↓图7为1931年陈宗器实测罗布泊水域范围与1961年Corona 遥感影像叠加的结果
由图7 ↑↑↑可知
由北端入湖, 进入湖心, 向东膨胀, 形如“靴 子”, 南北长 85 km, 湖区北部东西宽 20 km, 南部东、西宽 45 km, 湖水很浅, 在某些区域甚至不能行船, 时有搁浅, 西南有一河道与喀拉和顺湖相连。
这与李保国等2006年实测湖盆地形相吻合
经与DGPS 实测高程数据叠加分析
与陈宗器 1931 年实地观测结果一致, 罗布泊为一水域开阔、湖水极浅 的咸水湖。
1963 年地形图(据 1958 年航片估绘)↓↓↓, 在罗布泊地区标注 有大范围的水体, 长期以来罗布泊“大耳朵”在 1958 年被洪水淹没的说法都来源于这张地形图,。
由图8↑可知, 此时罗布泊大部分区域均为水体所覆盖, 面积 5500 km2
包括罗北洼地部分区域、阿奇克谷地以及整个“大耳朵”湖区
只有湖心区域及湖区北部零星勾勒出一些盐碱地, 出露于水面
即在39°50′~40°40′N, 90°10′~91°30′E范围内, 湖心区 域地势最高.
这个绘图结果显然与陈宗器 1931 年实地踏查和我们 2006 年实测罗布泊地形特征不吻合, 在高程数据上是不支持的。
另外1961年Corona影像已显示出罗布泊干枯萎缩的景象,
5500 km2的水面在 3 年时间 里蒸发殆尽, 从水量平衡的角度, 这一过程是难以实现的。
关晓燕等基于大柴旦盐湖自然蒸发试验, 具体提出了卤水演化各阶段的比蒸发系数F, 钠盐阶段为0.607, 钾盐阶段为0. 264, 而镁盐阶段仅为 0.082, 各阶段蒸发量分别为 1800, 792 和 246 mm (干旱区淡水蒸发量按每年3000 mm计算)。
因此三年时间要将一个面积约 5500 km2, 水深 5.2 m的大盐湖蒸发完在理论上讲是难以实现的。
1963 年地形图是根据1958 年航测资料, 采用航空照片微分法估绘地物地貌的, 因此地形图的精度 取决于测绘人员对 1958 年航片的判读解译。
因此就出现了 1958 年 罗布泊“大耳朵”湖区被大范围水体覆盖而湖心出露 高岛(盐碱地)的错误论断, 而湖区北部那些被勾勒出 的斑块状盐碱地现已被证实为雅丹地貌
图9↓↓↓为 2006 年 7 月 31 日 QuikBird 拍摄到的罗 布泊不同区域千姿百态的波纹状盐壳及龟裂结构。
图 9↑(a)~(c)取样区域分别位于上图↑↑↑①~③位置。
1958年测绘人员在不了解干盐湖地貌的基础上, 将这些波纹状的盐壳全部判读为水体, 其实质是不同规模的长 垄状和龟裂状盐壳在遥感影像上的反映。罗布泊地 处极端干旱区, 强烈的日晒、蒸发以及冻融交替作用, 使得巨厚的盐壳相互挤压、掀耸, 形成巨大的长垄和多级发育的龟裂环, 在影像上则表现为波纹及龟裂状纹理。
而 1942 年苏联绘制 1:50000 地形图, 就显示出“大耳朵”已完全干涸, 积水区域已和陈宗器 绘罗布泊存在很大差异, 其位置已向西偏移至新湖区, 后来1958年的石玉林院士为首的考察活动和绘制的地图所示罗布泊水域都在这一区域。
这一区域易受上游水源影响, 每逢洪水年份, 就会有少量来水进入, 寻找地势低洼处 潴水成湖, 积水位置和形态都不固定。
由 1958 年航片、1961 年 Corona 影像及 1972 年以来的陆地资源卫星遥感影像可知:
罗布泊自干涸以来, “大耳朵”环束状区域构造稳定, 年际间色调的微小差异, 可能跟传感器类型、拍摄时间、季节以及拍摄时的大气状况有关.
湖心区域色调变化差异较大
1961 年 Corona 影像 这一区域也较清晰。
湖泊干涸初期, 地下水位较高, 在强烈的蒸发作用下, 盐分会随毛管作用上升至地表, 在表层富集, 形成盐霜, 在影像上呈白色, 研究区少量的季节性阵雨也会加强这一过程, 而新结晶的盐霜又和沙尘混合形成坚硬的盐土混合物, 在影像上呈灰色, 而在某些季节, 上游来水或潜层补给致使地下水位上升, 使表层盐壳湿润, 在影像上则呈黑色, 在野外考察时可以观察到地面返潮的现象。
(注意:这时候新来的水不能算是湖泊重新有水了,这只是一时的积水而已。)
2005~2006 年我们连续两年在 湖心区域实钻, 测定地下水位埋深都在 2 m 以下, 表 明此区浅层埋藏的地下水已不能影响到表层盐壳, 湖心区域地表特征趋于稳定, 罗布泊干盐湖地貌景 观完全形成。
此外,李保国等发现在“大耳朵”东部的外耳廓地区分布有不同规模的盐沙包,在遥感影像上色调发暗,直径约10余米,独立或呈相互叠至状连片分布,高差达一米。
这种盐沙包的形成机制是地下潜水在巨厚的盐壳压盖作用力下,沿裂隙溢出,使地表盐壳湿润,从而使大气沉降的粉尘或大风带来的过路沙尘粘附,日积月累逐渐增高,形成盐沙互层的独特地貌类型。
李保国团队在L06处选取了沙包剖面样本做了Cs137的浓度检验
Cs137是核爆炸产生的人工放射性同位素,半衰期3017年,大气中的Cs137核尘埃来自于大气层核试验和核泄漏。
因而可以根据其分布状况来判断土壤或地表物质的侵蚀或堆积。
可以看到在表层0-2 cm,Cs137累积量为2.14 bq/kg,之后随着深度增加而增加
在4-6cm时达到顶峰,含量为 5.48 bq/kg,
6-9 cm锐减为0.83 bq/kg
9cm以下就几乎没有了。
美国1945年研制出3枚原子弹,并将其中的两枚投到日本。1949年8月29日,前苏联在阿拉尔海附近的哈萨克试验场爆炸了第一课试验性原子装置。50年代美、苏之间有进行过上百次大气层核试验,试验次数多,当量大,直到1962年终止。
其中苏联的核试验大多数都是在离新疆较近的哈萨克斯坦境内,此外我国60年代的核试验也在罗布泊附近,不过我国的爆炸的当量和次数远远不能和美苏相比。
从Cs137的积累特征来看,其主要集中于上部0-9cm,所以可以认为从五十年代起,至2006年采集样本为止,沙包仅堆积了9cm。
还有就是罗布泊“大耳朵”地区的盐壳。这种盐壳需要用钢钎,大锤或其他机动土钻才能挖动。
这类盐壳含盐量高达70%-80%,甚至更高。我们叫他干盐湖盐壳,是湖水因蒸发浓缩过饱和而形成的盐类结晶,其完全干涸后十分坚硬,且因结晶过程中的涨缩而龟裂掀耸。
可见“大耳朵”地区都是经咸水湖-盐湖-干盐湖这个缓慢的过程。而绝对不是三五年内就能形成的。
另外在图10的F01点挖取土壤剖面的时候,大约在1-3米的范围内出现了灰黑色淤泥层,其存在标示了一个淡水或至多微咸水环境的存在。
C14测年结果表明: 在185~195 cm处 ,土壤年龄为距今8875年, 而深度105cm处 ,测年数据为距今3080年,二者相差5795年。
即剖面F01这个点在全新世的早期与中期 ,相当长一段时 间是维持一个淡水或微咸水环境 ,茂盛的植被形成淤泥层。只是在全新世后期 (大约距今 3 000年 )以来 ,才逐渐转变为半咸水 -咸水 ,以至盐湖和干盐湖的环境。
李保国、钟俊平教授的最终结论:
《科学时报》于2008年3月3日A4版,以标题《罗布泊干涸与塔河开发无必然联系》,报道了李保国发表在《科学通报》上发表的这一结论。报道给予该论文极高的评价,认为是“震撼学界的研究成果”。
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论文发表后,钟俊平教授和樊自立研究员就此进行了多轮的沟通:
3月李、钟等的论文在《科学通报》上发表
7月,先是樊在《科学时报》发表《罗布泊究竟何时干涸》。对李、钟等论文的观点提出异议
8月,钟在《科学时报》发文《就罗布泊干涸时间等相关问题与樊自立先生商榷》回应
11月,樊在《科学时报》上回应《就罗布泊干涸时间及相关问题》
12月,钟在《科学时报》再度回应《就罗布泊干涸等问题答樊先生》
次年1月,樊在《科学时报》发文《罗布泊何时干涸 用事实说话》再度表明自己的立场,即罗布泊是在1962年前后干涸的,上游水库对湖泊干涸有着巨大的责任。
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李保国、钟俊平等在接受记者采访时说道:由于这个结果整个颠覆了以往的研究成果,相关领域的专家期初都对此持怀疑态度。但在课题组不断补充有力数据和资料后,他们的稿件最终通过了《科学通报》的审查。李保国还透露,目前整个研究工作还在继续,相关资料和数据的收集仍有待完善,课题组希望能够拿出更多的科学依据来证实自己的研究成果。
就是地质原因。
吴蜀地广人稀呀,就像现在中国胡焕庸线以西领土占64%,人口占6%