地球和火星上都有的沙丘地貌 有了新解釋

沙丘是地球上沙漠地區(qū)廣泛分布的風(fēng)沙地貌，是沙質(zhì)地面經(jīng)風(fēng)的吹蝕、搬運(yùn)和堆積作用而成的一種風(fēng)積地貌。火星和土衛(wèi)六上也發(fā)現(xiàn)有大量不同形態(tài)的沙丘分布。沙丘形態(tài)復(fù)雜多樣，令人癡迷。其中，穹狀沙丘由于其獨(dú)特魅力，更是科學(xué)家們更為感興趣的一類沙丘。

穹狀沙丘是一類外形特殊的沙丘。它們外形渾圓，平面圖形近似圓形或橢圓形，像一個(gè)一個(gè)大大小小的饅頭，缺乏落沙坡，個(gè)體空間分布不規(guī)則。這類沙丘在火星和土衛(wèi)六上分布較為普遍。

圖1 A。 地球上的穹狀沙丘(塔里木沙漠公路沿線的巨型穹狀沙丘，位于塔克拉瑪干沙漠北部，40°14´ N，83°31´ E，高度達(dá)100米左右，子圖為輸沙玫瑰圖)。B。 火星上的小型穹狀沙丘(72°49´ N，26°22´ E)。

沙丘如何形成并演變?風(fēng)沙地貌學(xué)者認(rèn)為，風(fēng)況和沙源供給豐富度決定了沙丘的形態(tài)。但是，對(duì)于穹狀沙丘這類特殊的沙丘，在其形成和發(fā)育機(jī)制上還有待開展進(jìn)一步研究。

日前，中科院新疆生態(tài)與地理研究所首次查明了穹狀沙丘的形態(tài)特征，揭示其形成過程及影響因素，填補(bǔ)了風(fēng)沙地貌研究的空白。

穹狀沙丘發(fā)生在沙源相對(duì)較不豐富和復(fù)雜風(fēng)況的環(huán)境下。受風(fēng)況復(fù)雜程度的影響，穹狀沙丘可由新月形沙丘(外形類似新月一樣的沙丘)演化而成(圖2)。

圖2 數(shù)值模擬中不同風(fēng)況作用下的沙丘形態(tài)特征。A。 單獨(dú)發(fā)育的新月形與穹狀沙丘。B。 發(fā)育于不可蝕床面上的新月形與穹狀沙丘。C。 風(fēng)況的復(fù)雜程度以輸沙率標(biāo)準(zhǔn)差來表示。

從上圖我們可以看到，穹狀沙丘是從新月形沙丘演化而來，當(dāng)比較復(fù)雜的、各個(gè)方向的風(fēng)吹來后，新月就慢慢被“填滿”，并越堆越高，變成了饅頭形的穹狀沙丘。

而風(fēng)吹的方向、強(qiáng)度都會(huì)影響這些“饅頭”的形成過程。另外，相比新月形沙丘，穹狀沙丘對(duì)應(yīng)著地表上更加強(qiáng)烈的風(fēng)沙流掠過。

同時(shí)，我們還看到，“饅頭”越高，它移動(dòng)的速度越慢，這與新月形沙丘具有類似的動(dòng)力學(xué)過程，在穩(wěn)定狀態(tài)下，高度越高，其移動(dòng)速度越慢(圖3)。

圖3 穹狀沙丘的動(dòng)力學(xué)機(jī)制。A。 穹狀沙丘的形態(tài)特征與風(fēng)況的關(guān)系。B。 穹狀沙丘的移動(dòng)速度與高度的關(guān)系。

利用穹狀沙丘本身的形態(tài)特征以及移動(dòng)速度，我們可以反演推算出該區(qū)域內(nèi)的輸沙量。

雖然穹狀沙丘不像新月形沙丘輸沙方向單一，但是，穹狀沙丘在某一個(gè)時(shí)期某一方向的輸沙量對(duì)穹狀沙丘整體的形成有著至關(guān)重要的作用。因此，可以直接通過測(cè)量自然界中穹狀沙丘的形態(tài)、規(guī)模以及移動(dòng)速度來估算局地區(qū)域輸沙量以及風(fēng)況的變化特征。

此外，我們還可以應(yīng)用于缺乏風(fēng)況資料的火星與土衛(wèi)六沙丘研究。

火星和土衛(wèi)六上的風(fēng)況資料我們很難獲取，但是我們可以通過遙感影像去看這些穹狀沙丘的樣子以及變化的規(guī)律，然后根據(jù)這些資料，以及之前建立好的穹狀沙丘和輸沙量等關(guān)系的模型，再來反演和推算出火星和土衛(wèi)六的風(fēng)況和輸沙特征。

也就是說，通過這些大大小小的“饅頭”穹狀沙丘，我們都可以推算出這個(gè)區(qū)域刮了什么風(fēng)，吹了多少沙。

我們對(duì)火星和土衛(wèi)六地貌的了解，或許又進(jìn)了一步。