会“唱歌”的沙子
敦煌鸣沙山（图片均为资料图）
屈建军
人类生活的地球上有着众多而又十分奇特的自然景象，在荒漠地区里发生的“鸣沙现象”便是其中之一。“鸣沙现象”不仅分布范围广，而且不同地方发出的沙子声音也是各种各样的。有的“低吟”，有的“浅唱”，作为一种独特的自然现象，人们将其比喻为自然妙音——会“唱歌”的沙子，这些沙子到底有什么奥秘呢？
鸣沙又称为响沙、哨沙或音乐沙，常分布于沙漠和海滩中，而以沙漠中最为罕见，被认为是一种神奇的自然现象。我国有四大举世闻名的鸣沙，即甘肃省的敦煌鸣沙山，宁夏回族自治区的沙坡头和内蒙古自治区的响沙湾、新疆维吾尔自治区的伊吾鸣沙山。
在全世界许多地方都有“鸣沙现象”的记载和报道。我国是记载鸣沙最早的国家，东汉《三秦记》中对敦煌鸣沙已有记述：“人欲登峰，必步下入穴（指沙井，即今月牙泉），即有鼓角之声，振动人足”。
“鸣沙现象”不仅分布范围广，而且不同地方发出的沙子声音也是各种各样的。只要人们在沙漠上行走，或用脚踏踩、滑行，或以物碰打等外界的撞击，都会发出一种声音，有的像“犬叫”，有的像“隆隆飞机声叫”，有的像“打雷声”，好像音乐一样悦耳的声响。作为一种独特的自然景观，人们将其比喻为会“唱歌”的沙子。
中国科学院西北生态环境资源研究院敦煌戈壁荒漠研究站最新研究成果表明，我国海岸也有会“发声”的沙子，这是继在甘肃省敦煌市鸣沙山成功发现鸣沙群后的又一新发现。
鸣沙这一自然现象，曾引起国内外学者的极大兴趣，并对其发声机制提出种种推测，国内外学者也做了大量的研究工作。有不少科学家经过研究和试验，提出了各种各样的看法。有的认为，沙粒滑动时，沙粒之间的空隙时大时小，空气一会儿进入空隙，一会儿又被挤出，因而产生震动并发出声音；有的认为，沙漠表面的沙子细而干燥，并含有大量的石英，被烈日晒热后，沙粒相互摩擦就会发出声音；也有的认为，鸣沙发声来源于沙粒表面沉积的二氧化硅凝胶。
古往今来，鸣沙发声机制是风沙物理学中悬而未决的重要问题。科学时代，人们对“鸣沙现象”展开了新的探索，更多的秘密被发现。
近年来，中国科学院西北生态环境资源研究院敦煌戈壁荒漠研究站的研究人员一直不断探寻，通过在海南岛沿岸进行长期的科学考察，在神州半岛、清水湾等地发现海岸鸣沙，并对新发现的海岸鸣沙和已发现的内陆沙漠鸣沙进行了对比和研究。最终，研究人员采用分析和声学测试方法，进一步系统分析石英颗粒表面结构对鸣沙声发射的作用，刷新人们对于“鸣沙现象”的认知。
通过分析我国海岸鸣沙与内陆沙漠鸣沙在矿物组成、粒径分布、表面结构及声学信号等方面的异同。研究人员发现，海岸鸣沙矿物组成中石英含量明显高于沙漠鸣沙，而长石含量明显低于沙漠鸣沙；海岸鸣沙粒径粗于沙漠鸣沙，中沙和粗沙组分含量明显增多。同时，海岸鸣沙表面具有典型的水下机械刻蚀作用而成的“V”形撞击坑和化学溶蚀作用而成的深邃溶蚀坑，这种发育良好的表面多孔状物理结构正是控制鸣沙发声机理的重要因素。
实验表明，鸣沙发声机制与沙粒表面化学组成无关，而与其表面多孔坑状的物理结构有关。自然沙粒表面由风蚀、水蚀、化学溶蚀及化学沉淀等多种因素所形成的多孔坑状结构所构成的共鸣腔，才是鸣沙发声的内因所在。
在外力作用下，无数表面光滑多孔的球状颗粒，在运动过程中因互相摩擦碰撞产生极微弱的振动声响，经大量的表面空腔共振放大，从而使人耳接收到运动沙粒的发声频谱。
研究人员还发现，如果在自然界中，水分或更细的粉尘黏粒等杂质侵入沙粒表面的孔洞时，由其所产生的阻尼作用，可导致鸣沙共鸣机制丧失而变为哑沙，这是自然界中沙漠石英颗粒表面凝胶及多孔坑状结构的普遍存在。因而，不是所有的沙子都可以发声。
鸣沙之所以能鸣响，除了与其表面的特殊结构直接有关外，还需要一定的外部条件。如沙丘坡度、沙粒均匀度、水分含量、堆积体的空隙率等因素都会影响鸣沙的发声。沙丘坡度很小，沙子就不能在外力作用下产生滑动撞击发声；沙粒大小不均匀，特别是粉尘和含水量大堵塞沙粒表面孔洞，即使发声也不能产生共鸣放大等。但鸣沙颗粒表面的“蜂窝”状孔洞结构是其鸣响的最重要的内在因素。也就是说，若沙粒表面没有这种特殊的结构，在任何环境和外力作用下都不会鸣响。因此，清除石英沙粒表面各种细小杂质对多孔结构的污染和恢复鸣沙发声的环境条件，是恢复哑沙发声的有效途径。
（作者系中国科学院西北生态环境资源研究院敦煌戈壁荒漠研究站研究员）
敦煌:月牙泉为何从未干涸
月牙泉
月牙泉，位于敦煌鸣沙山北麓，古称“沙井”，沙山环抱着一股清泉，状如一轮弯月。泉水内生长有眼子草和一些轮藻植物，在泉水南岸还有茂密的芦苇，四周被流沙环抱着。关于此泉水的来历，相传在西汉时期大将军李广利西征大宛凯旋，当他行军至此时，部下皆干渴不已，李广利便用刀刺山，顿时泉水涌出，于是便成了今天的月牙泉。千百年来，此地风沙不断，但是月牙泉从未因此干涸。
除了千百年遇风沙而不干涸，关于月牙泉的传说还有很多，比如相传泉水内生长有铁背鱼、七星草这些极其珍贵的物种，它们不仅能医治一些疑难杂症，相传，长时间食用的话还可以长生不老，所以月牙泉也有“药泉”之称。早在汉代时期，月牙泉就已是游览胜地了，但此时月牙泉周围的景观建造尚且不多。到了唐代，月牙泉便开始出现船舸，泉水旁边也开始修建起一些庙宇。值得一提的是，在泉水南岸还有一组古朴典雅且错落有致的建筑群。
月牙泉以“沙不掩泉、千年不涸”的美誉闻名全国。在漫漫黄沙与烈风中能汇聚一眼泉水极其不容易，月牙泉又是怎么做到不枯竭的呢？要知道，普通的沙漠绿洲因沙丘流动以及风沙侵袭，不过数十年就会消弭无形，月牙泉却打破了这一规律。
在经过数代学者的实地考察以及探测后，月牙泉的神秘面纱已经被逐渐揭开。从形成来源上看，月牙泉属于古河道残留湖，也就是说月牙泉是地下河道显露在地表的部分，泉水是与地下潜流相连通。
沙漠干旱少雨，且沙土渗透强、蒸发强，如果仅仅依靠雨水汇聚是难以形成稳定的泉水，水分流失的速度会远远大于汇聚的速度。月牙泉自然也是如此，它的主要水源来自地下暗流的补充。很久以前，敦煌所在的地区也是有河流和草木的，并非一片荒凉。河流名为党河，贯通数百里，是敦煌的母亲河。但随着世事变迁，在风沙的侵袭下河流随之改道，古河床也掩埋在风沙下。
月牙泉曾是党河的分支河道，它的底部是大量的地下潜流，而幸运的是月牙泉底部是沙砾构造，潜流可以毫不费力地渗透。这也是月牙泉泉水不竭的最大秘密，有着地下水层的补给，即使是在最为炙热的时候，月牙泉也未曾干涸。
而造就月牙泉千年不竭的动因除丰沛的水源外，还有外围鸣沙山的保护。月牙泉地势低，形如弯月，被鸣沙山环绕在内部，阻挡了沙漠的烈风与黄沙。据研究者介绍，月牙泉不被沙埋，还有一个原因是三个方向风力相近，东北风、西北风和西南风，所以形成了具有三个棱三个面的像埃及金字塔一样的金字塔沙丘，金字塔沙丘是沙漠中最稳定的一种沙丘形态。
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