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浑善达克沙地的地下水起源

10、干旱区环境与风沙科学 > 专题4：干旱区生态、水文前沿

位于我国北方中纬度荒漠区的浑善达克沙地，具有全球特殊的“温带萨瓦那”生物气候景观。该沙地的形成与4.2 ka B.P.以来亚洲夏季风的减弱有关，长期处于干旱或半干旱环境下，降水稀少（< 359 mm），但却拥有与其水文气候条件不相符的、丰富的地下水资源，并发育外流河流（西拉木伦河支流）。野外考察和实验分析显示，浑善达克沙地东部区域普遍出现深度约为10-60米的地下淡水（TDS < 1000 mg/L）。荒漠中大量淡水的出现以及外流河流的发育，使得学术界传统的“全球旱区地下水为区域性大气降水或古水起源”的观点——即“直接补给是中国北方中纬度沙漠含水层的水源”这一长期假设——遭到质疑。了解该沙地淡水的起源和补给机制，对评估中纬度荒漠区地下水开发利用和环境可持续发展具有重要意义。本研究中，我们基于水文地球化学和同位素示踪等手段，探索了浑善达克沙地地下水的起源和补给。结果表明，该区地下水既不是来源于亚洲夏季风系统的区域性大气降水，也不是来源于冰期时形成的古水，而是来自遥远山区的冷水，通过大兴安岭和阴山在内的Solonker缝合带-西拉木伦断层系进入沙漠含水层。因此，本研究认为：沙漠含水层和山脉系统之间通过构造断层-缝合带的水文地质联系，对浑善达克沙地的地下水形成至关重要。山区水文过程在现代时间尺度（<50a）上的远源补给机制，不仅代替了局地大气降水的直接补给和古水补给，是浑善达克沙地地下水补给的最重要机制；而且，山区水文过程是水量效应（夏季大气降水）与温度效应（冬季雪温与春季融水）的叠加，将对利用沙漠尾闾湖（如达里湖等）沉积岩芯重建的区域古水文演化历史来指示东亚古夏季风的降水强度产生偏差，需要考虑分割冬季风的温度效应。