二、主要沙丘类型及其成因

（一）横向沙丘

新月形沙丘（Barchan）是一种最简单的横向沙丘形态。顾名思义，新月形沙丘最显著的形态特征是平面图形呈新月形，沙丘的两侧有顺着风向向前伸出的两个兽角（翼）。新月沙丘的剖面形态是有两个不对称的斜坡，迎风坡凸而平缓，坡度在 5°～20°；背风坡凹入而较陡，坡度为 28°～34°，相当于沙子的最大休止角。两坡之间的交接线为弧形沙脊。沙丘高度都不大，一般为 1～5 米，很少超过 15 米；其宽度一般为长度的 10 倍。单个新月形沙丘大多零星分布在沙漠的边缘地区。

新月形沙丘最初形态是一种较小的盾状沙堆。正如前面所说，当风速变弱，遇到障碍，或下垫面性质改变时，沙粒从气流中沉积下来，就会形成沙堆。沙堆的最初形态是盾状（沙饼）。这种盾形沙堆一经形成，就成为风沙

流运行的更大障碍，贴地层气流在沙堆的背风坡会发生分离，形成具有水平轴的涡旋，速度减弱，使气流搬运的沙粒过丘顶后，在背风坡的涡旋区沉积下来。随着沙子不断沉积，盾形沙堆尺寸的增长，背风坡沉积量相对最大位置愈来愈接近顶部，遂使背风坡的坡度不断加陡，当坡度达到沙子的最大休止角（34°）时，沙体发生剪切运动，部分沙粒崩坠，形成小落沙坡，发育为雏形新月形沙丘。嗣后，随着沙丘的不断堆积增高，气流分离愈来愈厉害，涡流的尺度和强度都不断加大，小落沙坡进一步扩大（图 7-10）。在同一发展过程中，沿沙堆两侧绕过的气流，把沙子搬运到两侧的前方堆积（由于两侧较顶部低矮，移动就快），在沙丘的两翼逐渐形成了两个顺着风向向前伸的兽角。这样，就形成了典型的新月形沙丘。

在沙子供应比较丰富的情况下，由密集的新月形沙丘相互横向连接，可形成一条链索，称之为沙丘链。高度一般在 10～30 米左右，长度可达数百米，甚至一公里以上。有的沙丘链弯曲度较大，两坡不对称（在单向风地区）；有些沙丘链则比较平直，两坡也比较对称（在相反方向风交互作用地区）。因沙丘链的排列方向（走向）与长期的起沙风合成风向近于垂直，所以有人称之为横向沙丘。

关于横向沙丘的成因，最近有人提出，不是由单个新月形沙丘连接形成的，而是和气流的波状运动有关。波状运动是因障碍而生成，气流经过障碍物（如山岭或陡崖）上空时，其上部便产生一系列的波状运动，而近地面则产生间距有规则的转动。换句话说，在障碍物的下风，出现一系列快慢反向的气流，其间隔是很有规律的。此类运动的出现取决于障碍物的高度和形状。横向沙丘的形成可以同这种波状运动相联系（图 7-11）。至于横向沙丘出现弧形的弯曲，是因气流在受热涡流干扰的情况下，出现平行于主风向的水平涡流作用的结果。

新月形沙丘和沙丘链，在水分条件较好的长草情况下，被植物所固定和半固定时形成梁窝状沙丘。在风力强劲地区，梁窝状沙丘可以再度受到吹扬，尤其沙丘顶部因相对高起，水分、植被条件较差，易受风的吹扬，使丘体不断向前移动，而两翼高度较低，植物固定程度较好，风的作用受到阻碍，沙子不再移动而仍被留在原地。这种发展的结果，就形成反向沙丘形态——抛物线形丘。

沙源充分，新月形沙丘和沙丘链在不断增高和扩大同时，在其上逐渐发育次生沙丘，形成复合新月形沙丘和复合型沙丘链。它们是一种巨型的横向沙丘形态，丘体十分高大，高度一般在 50～100 米，高的在 200 米以上，巴丹吉林沙漠中最高的达 420 米；长度一般为 520 千米，最长可达 30 千米左右；宽度一般有 300～800 米，最宽可达 1～2 千米。对其形成的机制有两种意见：一种是用单个新月形沙丘的相互接叠来解释，即由一些个体比较小、运动快的沙丘在其运动中，追上一个个体比较大、运动慢的沙丘，而爬上它的迎风坡形成的。另一种认为是与气流本身的结构有关，由于巨大沙丘体本身对气流运行的障碍发生摩擦，以及沙子充足、气流负载过多而造成贴地层气流的抑制，使其上产生了次生沙丘。

（二）纵向沙丘

纵向沙丘在世界沙漠中占过半的面积，尤其在亚热带，信风沙漠更是普遍的沙丘形态。纵向沙丘叫沙垄，也称线形沙丘。

纵向沙垄平直作线状伸展，高度一般在 10～25 米，也有比此低，亦或更高的；长度可从数百米到数公里不等。剖面形态有的具有比较对称的斜坡和微穹形的顶部；有的不很对称，尚有摆动的脊线存在。这种沙垄在我国古尔班通古特沙漠有大面积分布，都属固定、半固定状态。在塔克拉玛干沙漠中部还分布有一种裸露的巨大复合型沙垄，其形态特征是：垄体表面叠置了许多次一级的新月形沙丘链；沙垄延伸很长，一般为 10～20 千米，最长可达45 千米；垄高通常为 50～80 米；宽度为 500～1000 米；两侧比较对称，斜坡均较平缓；垄顶剖面呈半圆形。在阿拉伯半岛鲁卜哈利沙漠中，有些巨大的复合型沙垄，可长达 200 千米，宽约 1～2 千米，高 100 米。利比亚沙漠和澳大利亚沙漠，也有类似大小的纵向沙丘体系。

纵向沙丘的成因，各家看法不一致。一种认为是在两个锐角相交的风交互作用下，由灌丛沙丘向垄状沙链，再逐步演变到树枝状沙垄。古尔班通特沙漠的沙垄，被认为就是这样形成的。

另一种认为，是在两种风向呈锐角斜交的情况下，由新月沙丘的一翼向前延伸所形成。关于新月形沙丘演变为沙垄的过程，如图 7-12 所示：主风向形成的最初的新月形沙丘，在受到次风向作用时，迎风的一翼顺次风向前增长；而另一翼因其处于背风面，不但不能扩大和增长，反而逐渐萎缩。以后当风向又转变为主风时，新月形沙丘伸长的一翼又会沿主风方向伸长。这样，经主风和次风较长时间的作用后，新月形沙丘伸长的一翼会逐渐沿着两种风的合力方向延伸很长，形成外形像钓鱼钩状的新月形沙垄。在撒哈拉称这样的纵向沙垄为赛夫沙丘（Seif），如南利比亚沙漠所见。我国阿尔金山北麓由这种作用形成的沙垄，长度可达 5 千米以上。

再一种认为纵向沙丘的形成，主要是与大气边界层的纵向螺旋状卷轴涡流作用有关。通过在大气层中、实验室里的观测，以及流体力学稳定性理论分析，认为大气边界层运动主要形式是近乎平行于平均气流的一种纵向卷轴涡流。产生这种大规模的空气运动的必要条件是近乎平坦的、均一的下垫面。如果对于气流存在着足够的障碍，哪怕是风向完全不变，就不能形成纵向涡流，所形成的将是新月形沙丘而不是纵向沙丘。纵向螺旋状卷轴涡流，将地面吹蚀的沙子，搬运到双反转的涡流之间地表的收敛空气狭长带堆积，形成了顺风向延伸的纵向沙垄（图 7-13）。

（三）多方向风作用下的沙丘

金字塔沙丘是在多风向，且在风力相差不大的情况下发育起来的一种沙丘，因其形态与埃及尼罗河畔的金字塔相似而得名；有时其形态像海星，故又称为星形沙丘。金字塔沙丘有一个尖的顶，从尖顶向不同方向延伸出三个或更多的狭窄沙脊（棱）；每个沙脊都有一个发育得很好的滑动面（棱面），坡度一般在 25°～30°左右；丘体高大，在塔克拉玛干沙漠南部，一般高度在 50～100 米，也有高达百米以上的。金字塔沙丘一般作零星的单个分布；但也有一个接一个而组成一个狭长的、不规则的垄岗（称线形星状沙丘），这种形态在纳米布沙漠和撒哈拉沙漠东北部有较多分布，塔克拉玛干沙漠南部也可见到。

法国撒哈拉沙漠研究者 Cornish，把金字塔沙丘解释为上升气流所引起，即由对流过程所形成；前苏联学者费道洛维奇则认为是由空气波动的干扰所致。空气波动干扰，与风遇到山体障碍而返回的作用有关。我国的朱震达等（1980 年）根据塔克拉玛干沙漠金字塔沙丘的分布特点，认为它的形成发育条件是：①多方向风的风情，而且各个方向的风力都相差不大；②邻近山岭地带，尤其是处于山岭的迎风面；③下伏地面有起伏，特别是在一些有残余丘岗和台地存在的地区更易于形成。最近，凌裕泉等（1997 年）根据敦煌鸣沙山金字塔沙丘的研究，提出金字塔沙丘形成的动力条件为：①非沙质床面的气流场辐合区，具有三个以上近似均布的主风向，各主风向的风力强度、出现频率及持续时间不尽相同，但年总输沙能力较为接近，而且月输沙能力具有明显的季节变化；②不太充裕的沙源和高浓度不饱和风沙流；③不同尺度地形条件的动力作用和沙漠与戈壁下垫面的热力影响。金字塔沙丘的形成过程经历了沙物质积累和形体塑造两个发育阶段，两个发育阶段是相互交替进行的。具体地说，三个主风向的作用在于，首先由一个主风向提供沙物质积累；第二步由另一个主风向进一步提供补充沙源，并塑造金字塔沙丘形态——主脊（或主梁）；最后一个主风向塑造了金字塔沙丘副脊（或副梁）。这一过程是在不同季节完成的，年复一年逐渐发育成较为典型的金字塔沙丘形态。金字塔沙丘由若干方向风的作用所形成，这是多数研究者的看法。

关于各种沙丘形态的成因，虽然提出多种多样的假说，但尚未有比较公认的成因理论，尤其对于那些复杂形态的沙丘，可以说还了解得很不清楚，有待进一步深入研究。当然，沙丘的形态主要取决于气流及其与沙质下垫面之间的相互作用；同时，也受水文、植被、地形等多种复杂因素的影响，甚至还取决于其周围整个环境形成的漫长的古地理历史。Hack 对美国西南部Navajo 县沙丘的研究，找出沙丘发育与植被、沙源、风力强度之间有如图 7-14 所示的关系。