库布其沙漠中的“响沙”之谜

库布其沙漠中的“响沙”之谜

在中国地理版图的正北方,黄河几字型大拐弯的顶端,是被黄河三面环绕的鄂尔多斯高原。高原的北部,有一片绵延400多公里的浩瀚沙海,它就是中国的第六大沙漠——库布其沙漠。

在这茫茫沙海中,有一处沙丘却与众不同,因为它的歌声常常在天地之间回响。这是来自大自然的最真实的声音,有人形象地称它为“沙丘乐”,这座巨大的月牙形沙丘也因此而得名“响沙湾”。

响沙的轰鸣与海市蜃楼一样,都是沙漠中所特有的神秘现象。那么,响沙为什么会响呢?这是每一个亲耳聆听过响沙歌声的人都会提出的疑问,而在中国教育电视台3套播出的《发现•中国》(官方微博:http://weibo.com/u/2565398471?wvr=3.6&lf=reg)系列纪录片之《响沙》中,我们终于找到了答案。

马玉明教授是一位从事沙漠学研究的专家,早在30多年前的学生时代,他就迷上了响沙现象,并且开始了漫长的研究之路。1979年,他提出了轰动一时的共鸣箱理论来解释响沙现象,这个假说认为,巨大的月牙型沙丘与宽阔的河槽组成了一个特殊的共鸣箱,响沙的轰鸣就是声音在这个共鸣箱里被回荡和放大的结果。


库布其沙漠中的“响沙”之谜

但是,随着考察的深入,马玉明发现响沙的地理位置并不是决定性的因素,世界上凡是拥有沙漠和沙滩的地方都有可能发生响沙现象。因此,他将研究的重点转向了沙子的微观层面,把在现场采集到的沙样带回实验室中分析和观察。

在显微镜下,响沙颗粒显示出了异常洁净和普遍圆润的形态。然而在沙漠中,沙粒一般都呈现出很不规则的形状。是什么力量把原本有棱角的沙粒,打磨成了这种圆润光滑的造型,并且把它们集中到了一起呢?

马玉明意识到,这一定是风沙运动的结果。经过长时间的野外拍摄,他记录到了在风的推动下,沙粒运动的几种形态:在风力大到一定级别的时候,一部分粒径在0.45毫米左右的大沙粒贴着地面蠕移;粒径小于0.1毫米的微小沙粒,离开地面悬移,形成沙尘暴,被风吹走;剩下的大于0.1毫米而小于0.45毫米的沙粒,构成了沙漠中各种沙丘的主体,它们在地面上进行跃移,彼此不断碰撞着向前运动,如同轻纱一样漂浮在整个沙丘表面。

依据这些情况,马玉明提出了“筛匀汰净”理论:

在风沙运动中,风的速度是一定的,所以尽管一开始沙粒的形状是不规则的,个头差别也很大,但是风这把无形的筛子把它们逐渐筛匀了。这些均匀沙粒的固有震动频率是一致的,当受到外力撞击后,会以同样的频率集体发生震动。因此,“沙丘乐”实际上是干沙层崩塌所导致的沙粒共振,它产生的原因不是风,也不是与沙丘本身有关的一种回声现象,而是沙层运动所产生的一种声波的蔓延。

不过,即使整个沙丘都集中了这些经过筛选的沙粒,但如果沙丘表面整体的干燥度不够,沙子也不会响。这是因为,湿沙子之间存在一种薄薄的水膜,这层水膜利用它的表面张力限制着沙粒的运动,即使一部分沙子受到挤压,它们也无法把震动传递出去。


库布其沙漠中的“响沙”之谜

在理论上取得突破后,马玉明又在实验室里人工制造出了响沙,从而验证了他所提出的“筛匀汰净”理论。这意味着“筛匀汰净”理论从风沙运动的自然规律上,一直到实验室的操作上,都是能够成立的。

根据“筛匀汰净”理论,马玉明推断出,在地理环境与气候条件基本一致的前提下,在库布其沙漠以及邻近的巴丹吉林沙漠中,还应该有响沙的存在。实地考察的结果也完全证实了他的推测,近年来,他在库布其沙漠中发现了不少响沙,其数量之多,甚至组成了一条响沙带。

当然,与周围所有的响沙相比,响沙湾的响沙声仍然是最洪亮的。响沙湾的月牙型沙丘,斜面高度有110米,底边的宽度有220米,堪称月牙型沙丘中的巨人。同时,它的坡度也有将近40度,非常陡峭。这样的沙丘形态,不仅可以聚集最多的经过“筛匀汰净”的沙粒,也容易让这些沙粒非常自由地从高处向低处倾泻,所以响沙湾才会有如此巨大的轰鸣。


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