沙尘天气摆弄点儿科学

——两张图告诉你北京沙尘的物源

2015年3月28日中午十二点，北京地区空气质量监测爆表，其中PM10的含量超出了监测仪器所能检测的1000μg/m³，有人在微博上写道：“雾霾悄悄地走了，就如同它悄悄的来，挥一挥衣袖，带来一波波沙尘”，还有人写道：“都说春天的风像妈妈的手，抚摸着我们的脸，可北京的风像后妈的手，夹带沙尘大嘴巴子抽死你！”昏黄的北京再一次浮现在人们眼前。北京的天气史就是北风与南风抗拒角逐的历史。当关心PM2.5的热度还没有降下去的时候尘暴强势来袭，北京人民，扛得住吗？

柴静的纪录片让大家都知道PM2.5是什么，它来自哪里，危害是什么。可是对于尘暴，很多人并不清楚它从哪儿来。今天，笔者用两张图告诉大家北京沙尘的来源。

第一张图，至于图上说了什么不重要，且听我来解释。此图来源于中科院地质与地球物理研究所杨小平研究员2007年发表在国际地学期刊Geomorphology的一篇文章，大家看到的曲线图就是文章中各个样品稀土元素(REE)分布型，至于这玩意儿是什么，对普通人不重要，重要的是通过它的分布模式能够判断沙尘的来源，也就相当于通过滴血认亲DNA鉴定之类的搞清血缘关系。

且看第四张dust也就是北京沙尘样品的REE分布型，它有五条线，分别代表北京不同地点不同时间(2002年和2006年)采集的沙尘样品，大体上非常相似，就说明北京每次尘暴的沙尘物质是同源的。

这张图和第三张(Bashang), 第六张(other deserts)的B1-B6样品的分布型大致类似，而和前两张(Hunshandake)相差甚远。这说明从血缘关系上来说北京沙尘不是来自于距离北京最近(180km)的浑善达克沙地，而是来源于更远处(~1300km)，也就是远源运输。看样子也不是远亲不如近邻，亲的还是亲的，对吧。还是看看作者原文的讨论吧：

……The rough similarity in REE pattern between dust samples and sands of the Badain Jaran Desert indicates that the dust deposited in Beijing during dust storms in 2002 and in 2006 could be from this desert region. This is supported by interpretations of satellite imagery (Liu et al., 2006). ……（Yang et al., 2007）

上面这段话基本上就是说北京沙尘可能来自于更远的巴丹吉林沙漠，并且已经有学者(刘东生等，2006，第四纪研究)利用卫星影像中沙尘运输的路径支持这一论点。

……The difference between dust samples and sediment samples from the potential source area stems from the sorting of the sediments during transport and from the input of new materials. Deserts in western China have been identified as significant sources for Asian dust on the basis of historical dust fall records in China (Zhang, 1984) and modern dust observations (Zhang et al., 2003a, Zhang et al., 2003b and Liu et al., 2006). Numerical simulations show that theTaklamakan and Badain Jaran deserts contributed ～ 70% of the total dust emissions in Asia (Zhang et al., 2003a and Zhang et al., 2003b) from 1960 to 2002. ……（Yang et al., 2007）

有人要问为什么刚才图中第四张和第六张为什么不是完全相同，作者说了，是因为沙尘运输过程中添加了新的物质，所以有所变化。至于为什么第三张和第四张也很像，但是沙尘不是从坝上(Bashang)来的呢，这是因为坝上植被覆盖很好，不会有大量沙尘，图中所示表明坝上(张家口以北，浑善达克以南)草原的黄土沉积和北京沙尘可能来自于同一个地方。上面这段英文说的其实很清楚了，巴丹吉林沙漠和塔克拉玛干沙漠对亚洲沙尘贡献率～70%，北京当然是沙尘的宠儿之一喽。

好了，说了这么多呢，就是告诉大家，科学家怎么认识北京的沙尘(原文有更详细的证据、更全面的讨论，我这里只是用这一张图说个大概，详细讨论请看原文)。

……The differing Eu-anomalies between the sand of the Hunshandake Sandy Land and the dust in Beijing, suggest that the Hunshandake was not the main source area of the dust in Beijing. The Ce anomalies support the opinion that the sediments from the Hunshandake cannot be the source for the dusts observed in March 2002 and in April 2006. Although a small proportion of dust in Beijing may come from nearby areas, the majority of it is derived from distant regions such as the Badain Jaran Desert in western China. ……（Yang et al., 2007）

基本上就是两点：

第一，北京的沙尘不是从距离北京很近的浑善达克(Hunshandake)沙地过来的，这个地方贡献很少。

第二，北京的沙尘是从很远的地方，中国西部的巴丹吉林沙漠过来的，也就是远源传输。

你别不信，沙尘怎么会走这么远，告诉你吧，格林兰岛的降雪里也发现了来自于中国沙漠的沙尘呢，这个够远吧，直接是中国沙尘吹遍全球不是梦。格林兰的人民也偶尔能闻到中国内蒙的羊粪牛粪味儿！这个我可没有胡说，国外学者Drab et al.(2002)的论文就发现中国的dust绕道16000多公里来到了格陵兰。(见: Drab E, Gaudichet A, et al., (2002) Mineral particles content in recent snow at Summit (Greenland). Atmos Environ 36: 5365-5376)。

我还是来张图(来源于Google Earth 影像)告诉大家，什么浑善达克，什么巴丹吉林，什么塔克拉玛干都在哪里吧。但是，有一点值得注意，尘暴毕竟是自然现象，有物源，有适当的气象条件(风)，这些因素一耦合尘暴可能就发生了，即使是古代农耕社会也有尘暴(文献记载数不胜数)。沙漠是不能被消灭的，人也不能和自然抗衡，我更赞同认识自然、敬畏自然、顺应自然。但是PM2.5这种能进入血液常年压迫人类健康的鬼东西可不是自然现象，这是工业污染的结果，咱们还是盼着西北风，专心治理PM2.5吧。

扯点题外话：既然关键词里面有科学，那就再谈一点儿，作为周末小娱乐。美国著名物理学家费曼(Richard P. Feynman)曾在华盛顿大学的一次演讲中说：“科学工作是不以致用为目的，而是为了获得新发现带来的那股劲儿，不明白这一点的人是没法把握科学的实质的。科学活动是一次巨大的探险，一种冲破约束、令人激动的探索。”这句话很重要，他告诉我们科学本身是令人陶醉的，只有了解并沉迷于其中的人才可能在科学上有所突破。但是刘东生先生有一张照片上面写了一句话：“我最喜欢马克思的话[科学绝不是一种自私的享受，有幸运能够致力于科学研究的人首先应该拿他们的学说为人类服务]”，他们说的都对，并且一点也不矛盾。费曼强调科学本身的价值，刘先生强调科学用来做什么。20世纪以前的西方科学界很多科学家本身就是贵族，家里有钱供他们玩儿，于是科学对于他们来说是一种享受和娱乐，同时并不妨碍他们做出伟大的科学。而今天全世界的科学家是靠着千千万万普通人让出他们的一点点财产构成税收做着自己感兴趣的研究，所以决不能是自私的享受，而是要回馈社会的。做有用的科学，并非是科学家本身的功利思维，而是将学说应用于国民经济发展中的科学实践。一直很佩服NASA这样的机构，他们用美国民众的钱去发射卫星，也将他们的数据以及利用他们的数据形成的科学成果分享给社会，只要瞧瞧他们的网站便知晓了。中国不乏优秀的科学家，但是缺乏优秀的大众媒体去推广我们的科学。

参考文献：Yang, X. P., Liu, Y. S., Li, C. Z., Song, Y. L., Zhu, H. P., & Jin, X. D. (2007). Rare earth elements of aeolian deposits in Northern China and their implications for determining the provenance of dust storms in Beijing. Geomorphology, 87(4), 365-377.

【声明】以上沙尘物源讨论部分均为笔者对参考文献研究工作的个人理解，有争议之处请阅读原文。不代表原文献观点。