一个巨大的“星星”正悄悄在沙漠中“疾行”，而且速度越来越快
图片来源：pixabay
虽然每年移动不到1米，但已是同类中的健将。
撰文 | 黄雨佳
审校 | 二七
在我国内蒙古自治区的巴丹吉林沙漠，分布着各种类型的沙丘。这里巨型沙丘与湖泊交替分布，形成了独特的自然景观。在所有巨型沙丘中，有一种最高可达300米、宽度约一千米的复杂类型最为独特：从地面上看，它棱角分明，如金字塔一般宏伟；从空中俯瞰，它从中央向远处辐射出长长的“触手”，宛若沙漠上的巨大海星。因此，人们将它称为“金字塔沙丘”（pyramid dune），或“星状沙丘”（star dune）。
星状沙丘是地球上最高的沙丘类型之一，广泛分布于现代沙漠，甚至在太阳系其他天体——例如火星和土卫六（即“泰坦”）——中也有分布。然而，这种瞩目的庞然大物同时也是研究最少的沙丘类型。人们只知道它存在于风向多变的地区，因风与地表的强相互作用形成：当两个相反方向的风吹来，沙子会堆积于此，星状沙丘的“触手”便由此诞生。
巴丹吉林沙漠（图片来源：Schwendi13, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons）
地质学家曾认为，既然普通的沙丘可以经成岩作用形成风成砂岩，那么理论上在古老的风成砂岩中应该能发现星状沙丘曾存在过的痕迹。然而，科学家在地层中发现的星状沙丘沉积物寥寥无几，这令他们十分困惑。于是，英国伦敦大学学院（University College London）和亚伯大学（Aberystwyth University）的两位地质学家前往摩洛哥的厄尔切比（Erg Chebbi）沙海，试图探明星状沙丘背后的奥秘。
结果，他们发现星状沙丘正悄悄在沙漠中“疾行”。
“疾行”的星星
厄尔切比沙海中广泛分布着各种类型的复杂沙丘，其中包括星状沙丘，也有形状会根据风向发生改变甚至逆转的新月形沙丘（barchanoid dune）——这是摩洛哥最著名的旅游景点之一。研究人员选择了一座高100米、宽700米的星状沙丘开展研究，它含有约550万吨沙子，并以每年6400吨沙子的速度增长。当地人称这座星状沙丘为“Lala Lallia”，意为“最高的神圣点”。
研究人员想知道，这座星状沙丘究竟形成于什么年代。于是，他们在“Lala Lallia”的不同区域收集了19个样品，利用光释光测年法（optically stimulated luminescence，OSL）测定这些样品的年代。由于石英（沙子的主要成分）等矿物在沉积过程中因自然环境辐射电离而积累能量，OSL能检测这种信号积累的强度，从而判断样品最后一次接受阳光照射的时间。
星状沙丘（图片来源：Comptes Rendus. Physique）
令他们惊讶的是，这些样品似乎来自两个截然不同的时期。位于沙丘基部的样本测定结果显示其距今已超过1万年，恰巧与新仙女木事件（Younger Dryas event）处于同一时期，那时的全球气温在数百年时间内骤降约6℃，中断了此前1万年全球的升温趋势，使全球重新回到了寒冷干燥的环境。
然而，位于沙丘基部正上方、距离沙丘顶部约65米的地方，这里的样品显示其形成距今仅约900年。这意味着这座巨大星状沙丘的顶部仅在数百年时间内就迅速形成了，而且沙丘顶部与与基部之间存在长达数千年的沉积间断（hiatus）。
研究人员还观察到，随着采样高度的上升，沙丘也变得越来越“年轻”。8个来自星状沙丘“触手”部分的样品尤为年轻。其中形成较早的距今约70年，而形成最晚的样品距今仅约15年。
样品的年龄分布提示，Lala Lallia西侧的样品最年轻，这说明越靠近现在的沙子越容易积累在西边，即这座星状沙丘正在向西“迁移”。通过计算，研究人员发现，在过去890年中，Lala Lallia一共向西迁移了近500米。其每年的移动速度都不相同，慢时0.35米/年，最快可达0.95米/年，并且似乎正变得越来越快。研究人员猜测可能是横跨撒哈拉沙漠的区域性东信风将它吹向了西边。
Lala Lallia的形成时间（图片来源：原论文）
不过，这并非首个表明星状沙丘会移动的研究。早在2005年，我国科学家就曾发现，甘肃敦煌鸣沙山的星状沙丘的顶部在13年的时间内迁移了16米，平均每年移动1.2米。但是，相比于Lala Lallia，鸣沙山的这座星状沙丘要小得多，高度仅有20米。因此，在巨型星状沙丘中，Lala Lallia的移动速度已经相当快了。
地质记录本
即便Lala Lallia正在“快速”移动，这并不影响它记录过去的气候变化。探地雷达（GPR）测定结果显示，Lala Lallia之下存在交错的地层，不同年代的交错层理朝向不同的方向。这些数据综合反映了该地区过去超过1万年的古风向变化，让研究人员终于得以理清看似一体的Lala Lallia两大部分截然不同的形成过程。
那些最古老的地层样本，即来自全新世早期和新仙女木时期的样本，朝向的是东南方，这说明那时此地可能主要刮北风和西北风。一些新月形沙丘可能由北向南迁移，同时路线在风力作用下有所偏转，形成了该地层。
然而，在新仙女木时期开始后不久，这里的风力强度和风向可能都发生了巨大变化。而且，大约从1万年前，非洲湿润期（African humid period）开始了。强烈的季风活动增加了降水量，可能还带来了冬季降水。厄尔切比沙海的植被数量开始增加，因此起到了固沙的作用，继而导致沙丘积累和被风侵蚀的速度放缓甚至完全停止。
样品的年代分布和不同年代的风向（图片来源：原论文）
到了大约4000至3300年前，西非的季风活动逐渐减弱，再次进入一个干旱的阶段，但沙尘因某些原因未能在此积累，或是尚未开始堆积，因此这期间形成了沉积间断。
直到全新世晚期，随着风向再次变化，星状沙丘开始形成。厄尔切比沙海如今的风以西南和东北风为主，还有一股较弱的东风时常与之相伴。这种西南风在非洲萨赫勒地区十分常见，当地人称之为“Sirocco”，东北风名为摩洛哥热风（Chergui）。东风使得年轻的地层朝向了西北方，而Sirocco和摩洛哥热风与星状沙丘之间的相互作用又共同塑造了“触手”的形态和方向。
至于为何岩石记录中难以找到星状沙丘的痕迹，研究人员推测，他们可能早已见过星状沙丘沉积，只是将 “触手”误认为由新月形沙丘沉积而成。如果能从更大的尺度上观测，人们或许就会发现完整的星状沙丘遗迹。
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169555X03002769
https://www.reuters.com/science/scientists-reveal-secrets-earths-magnificent-desert-star-dunes-2024-03-04/
https://comptes-rendus.academie-sciences.fr/physique/articles/10.1016/j.crhy.2015.02.002/
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/j.1365-3091.2005.00696.x
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