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屈建軍:追沙30年 讓敦煌鳴沙山“鳴”聲再起

2021-08-31 中國青年報 王豪 馬富春
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屈建軍在沙漠里科考。受訪者供圖

鳴沙山月牙泉。受訪者供圖

  無論是《大唐西域記》里的“歌哭之聲”,還是清代詩人朱坤筆下“初聞殷殷繼咚咚,馀音似與宮商配”的形象描述,甘肅敦煌的鳴沙山,皆因沙“鳴”享譽世界。

  《敦煌縣志》中寫道,“沙嶺晴鳴”為“敦煌八景”之一。鳴沙勝景,也被人譽為“天地間的奇響,自然中的樂章”。

  然而,在上世紀90年代末,享譽中外的敦煌鳴沙卻因喪失發聲機理,忽然“啞”了。這個讓很多游客敗興而歸的悄然之變,引發了中國科學院西北生態環境資源研究院研究員屈建軍的關注。在他看來,“鳴沙不鳴,定有深刻的科學機理要探究”。

  此后,近30年里,屈建軍一直伴風而行,追沙而為,在鉆研防沙治沙技術的同時,尋找著鳴沙山背后的發聲機理。

  正是這份堅持,讓鳴沙山又演奏起了“初如絲竹管弦,繼若鐘磬和鳴,進而金鼓齊,轟鳴不絕于耳”的美妙樂章。

  地理老師結緣鳴沙研究

  現年59歲的屈建軍還記得自己與沙“結緣”的契機。

  1985年,從西北大學畢業僅3年的他還是陜西楊凌一所水利學校的地理老師。當年暑假,他以“不要工錢只管吃住”的回報,在一支沙漠科考隊里承擔了“扛機器”的“苦差事”。

  和科考隊朝夕相處,一起工作,打開了屈建軍認識沙漠的一扇窗。也是這一次科考,讓屈建軍徹底迷上了與沙漠有關的一切。

  他至今記得,科考的最后一站是陜西省榆林市長城一線以北的毛烏素沙漠。結束工作后,他在沙漠里漫步,夕陽打過來,沙子金光閃閃,一望無垠。那一刻,他決心投身沙漠研究事業,解開隱藏在這些神秘未知的人跡罕至之地里的諸多謎題。

  屈建軍先是給相關研究機構寫信表達了自己想去工作的想法,同時又報考了研究生。3年之后,他終于如愿以償加入了中國科學院蘭州沙漠研究所(現中國科學院西北生態環境資源研究院的前身之一——記者注)

  1989年12月,屈建軍開始跟隨老師到敦煌開展治沙研究。通過不斷監測,不斷試驗,他們解開了莫高窟窟區的風沙運動規律和危害方式。其間,根據研究發現的三組風向,在莫高窟窟頂戈壁區處建立了“A”字形阻沙柵欄,使吹向莫高窟的沙量大大減少,并讓以阻為主、固輸結合的“六帶一體”風沙危害防治體系得到了推廣應用。

  “由于過去對沙漠的認識、對風沙運動規律的理解并不深入,防沙治沙仍停留在‘靠經驗’‘摸索干’的層次,很容易失效。”屈建軍說,正是這樣的實踐經歷,讓他意識到“揭示科學原理”的重要性——只要把最基本的原理抓住了,就找到了指揮后續工作進行的“總機關”。

  抱著這樣的科研精神,他又對高寒地區青藏鐵路沙害形成機理及防治技術、東南沿海國防設施區海岸風沙危害綜合防護體系、極端干旱區文化自然遺產和重大工程建設風沙災害防治等項目進行了系統全面的研究。

  他本人先后獲得“全國優秀科技工作者”、中國科學院“科苑名匠”等榮譽稱號,科研成果也獲國家科技進步二等獎、國家技術發明獎二等獎、國家科技進步一等獎(集體獎)、以及多項省部級獎一等獎等。

  學生為他設計的微信頭像就是他日常工作和生活的寫照——穿著沖鋒衣,手上牽著一匹駱駝,奔走在茫茫的荒漠戈壁之間,涼水就馕餅是他慣常的食物,經常還有咬起來咯吱作響的沙子成為“調料”混入其中。風吹日曬下,他的皮膚變得黝黑粗糙,但臉上卻洋溢著微笑。

  與沙丘交友 破解鳴沙之謎

  但幸運的是,在這樣枯燥的研究生涯中,屈建軍找到了一個能讓自己“苦中作樂”的研究方向——破解鳴沙之謎。

  游客覺得鳴沙山“名不符實”的遺憾是促使屈建軍開始相關研究的“引子”。依托文化旅游資源優勢,敦煌旅游業爆發式增長,饒有趣味的滑沙項目更是受到游客熱捧。可與此同時,當地生態受到破壞,鳴沙山已經很難再發出“如歌”“如雷”的聲音,這也讓在沙“鳴”當中得到慰藉的屈建軍感到可惜。

  “與沙丘交友,才能真正認識沙漠。”回顧自己的初心,屈建軍決定抽出一部分精力,來破解“鳴沙為何而鳴”的自然界謎題。

  “科學不就是為了解開這些謎題,找到其背后的事實和規律嗎?”屈建軍說。

  此后數十年,“鳴沙”便成為屈建軍最為感興趣的課題之一。盡管這個研究是一波三折。

  “開始,有很多反對的聲音,連我的老師都覺得這種研究毫無意義。”屈建軍連續3年申請國家自然科學基金都被駁回,參與評審的專家一致認為,這是一個很復雜的研究,涉及聲學、地理學、氣象學、地質學、風沙物理學等一系列學科知識。甚至還有人反問他,“你不覺得這樣的謎題沒被解開,顯得更加浪漫嗎?”

  認準了就不退卻,屈建軍還是想做。為此,他開始做研究儲備,了解鳴沙研究的科學進展。他發現,“鳴沙”研究在國際上很火,日本、美國科學家已有大量積累。被譽為風沙物理學的奠基人拜格諾在自己的實驗室里常年擺放著兩個瓶子:一個裝著玻璃球,另一個裝著鳴沙,就是為了探究鳴沙的機理。遺憾的是,拜格諾一直沒有解答出沙子為何發聲。

  中國古代文獻對鳴沙也有記載——在東漢的《三秦志》中,就記載了敦煌鳴沙現象。中國是全世界有關鳴沙記載最早的國家,可在相關研究上卻罕有發聲。

  一些逐漸流傳的鳴沙山“名不符實”的言論,也成為屈建軍決心投身鳴沙研究的動力。

  根據專家評審的意見,屈建軍一次次修訂完善申報材料,終于在第四次申報后,獲得了國家自然基金的立項資助。

  一次偶然的機會,屈建軍聽聞,內蒙古巴丹吉林沙漠有一組未被破壞的鳴沙群時,他立馬就趕到沙漠所在的阿拉善右旗。屈建軍向當地旅游局咨詢,對方卻把“鳴沙”聽成了“明沙”,并熱心地告訴他,“所有沒長草的沙子都叫明沙”。

  求助無果,屈建軍只好一點兒一點兒地找,一個坡一個坡地爬,終于找到了那塊兒神奇的地方。

  隨后,屈建軍根據沙子的粒度進行了分選,將響的、不響的分門別類,再拿到實驗室用顯微鏡挨個觀察。“多孔(坑)狀結構”可能是鳴沙發聲的關鍵所在,在篩選了大量沙子后,屈建軍有了突破性的進展。

  但他無法確定自己的結論,便想著用主要成分和沙子一樣都是二氧化硅的玻璃球做一次對比實驗。

  他找到研究院一位化學方面的專家,向對方請教,什么東西能讓玻璃球表面出現孔洞,那位專家告訴他是氫氟酸——這是一種具有極強腐蝕性的液體。

  屈建軍想辦法找來了一瓶氫氟酸。沒有專業的實驗環境,他便在宿舍的窗戶外邊放了一個裝有玻璃球的塑料杯子,倒上氫氟酸。兩種物質相互作用,味道刺鼻,屈建軍連忙關掉了自己的窗戶。

  本次實驗印證了屈建軍的猜想——玻璃球表面呈多孔(坑)狀結構后也具備了發聲的先決條件。

  基于縝密的科學研究,屈建軍提出,沙丘自然沙粒表面由風蝕、水蝕、化學溶蝕及硅凝膠沉淀等多種因素形成多孔(坑)狀結構所構成的共鳴腔,才是鳴沙發聲的關鍵所在。

  這一結論一經面世就引起了國際學術界的重視,1992年,研究粉體工學的日本學者三輪茂雄為此專程趕到中國,為屈建軍送來一瓶來自日本的鳴沙,并和他又去了一次巴丹吉林沙漠。

  然而,這一次科考,讓屈建軍留下了終生的病痛。在車輛開進沙漠腹地后,司機因為欠缺“沙丘的迎風坡是緩坡、背風坡是陡坡”的知識,將車子一頭開進了沙地里,坐在座椅中間、沒有系安全帶的屈建軍差點被撞得沒氣了。

  “嗓子變成了真空的地帶。”屈建軍說,車禍現場歷歷在目。直到當地一位牧民旗長用幫小孩子砸背的方式對他進行急救后,他才將一口氣吐了出去。如今,他晚上睡覺,還要戴上呼吸機,以應對不時出現的不能自主呼吸的情況。

  還有一次在雨夜趕赴沙坡頭的途中,他乘坐的“切諾基”撞上了一輛拉煤的“康明斯”,導致他右臂骨折,裝上鋼板,他又多了一個“鋼鐵人”的稱號。

  “有奮斗就有犧牲。”每遇到困難,屈建軍常用這句話勉勵自己,如此年復一年,他都堅持下來。衣帶漸寬終不悔,這些年來,屈建軍因“鳴沙”研究而憔悴,卻換來了“鳴沙”研究的不斷突破,并因研究結果對西北多個沙漠景區帶來的正向效應等獲得第八屆中國創新創業大賽沙產業大賽二等獎。

  鳴沙山“鳴”聲再起

  探究鳴沙的沙粒結構,探索與亥姆霍茲共鳴腔相似的鳴沙共鳴機制,研究粉塵對鳴沙發聲具有阻尼作用導致鳴沙共鳴機制喪失變為啞沙的原理,到最后提出清除石英沙粒表面各種細小雜質(該步驟專業名稱為“洗沙”——記者注)對多孔結構的污染是恢復啞沙發聲的有效途徑,屈建軍的研究一步步從理論走向現實。

  不斷的實驗,是讓“鳴沙”研究經得起考驗的主要原因。屈建軍舉例,為了“洗沙”技術能在多地得以復制應用。他至少進行了數百次的實驗。時間最長的一次,他在實驗室里待了20多天,將沙子放在震蕩機里,每隔幾小時取出一部分,用顯微鏡做觀察對比,直到沙子的“鳴聲”逐漸清亮起來。

  “那一瞬間,我心里的成就感和青藏鐵路因為我們團隊給出來的治沙技術方案順利通車后的成就感是一樣多的。”屈建軍說。

  “鳴”沙研究成績初現,但屈建軍并未止步于此。本著“科學為人類服務”的初心,他又向敦煌市有關方面建議,對新發現鳴沙旅游資源景點進行系統全面的科學保護。

  屈建軍建議,將旅游區統一規劃,多辟幾處踩沙場,分散人流,確定輪踩和周期性封育的旅游方式,使鳴沙得到一定的自身恢復,把人為影響降到最低限度,實現自然的“經宿風吹,輒復如舊”。

  同時,積極建立敦煌鳴沙兒童樂園和科普基地,開發敦煌鳴沙旅游商品,讓游客在感受敦煌鳴沙神奇自然現象的同時,親近大自然,產生對科學的濃厚興趣。

  近些年來,在各方努力下,鳴沙山的狀況在明顯改觀。目前,通過封育等一系列舉措,敦煌市鳴沙山的部分沙山沙粒得到了淘洗,沙粒表面被凈化,沙粒經過踩壓可恢復往日的“鳴叫”,且形成了罕見的鳴沙群,遠道而來的游客,可以領略鳴沙山的獨特景觀。

  屈建軍的鳴沙研究成果也在各地開花。在同樣有鳴沙景觀的寧夏沙坡頭,屈建軍通過推廣自己的洗沙技術,搭建了一處“鳴沙”景區,讓參與了一檔親子類電視節目的嘉賓留下深刻印象,也為電視機前的觀眾做了一次科普。

  其余幾處在我國有記載的鳴沙地,比如,內蒙古自治區達拉特旗的銀肯響沙灣、新疆維吾爾自治區巴里坤哈薩克自治縣的鳴沙山、新疆維吾爾自治區木壘哈薩克自治縣的五峰鳴沙山群、北京鳴沙、三亞鳴沙也逐漸被納入屈建軍的研究范疇。

  近期,屈建軍就在海南發現了3處“海洋鳴沙”。他覺得這非常重要——在一定程度上,有利于山水林田湖草沙的共治以及人與自然和諧的共生。

  “我的研究才剛剛起步。”屈建軍說,行走在這條“沙塵飛揚”的科研道路上,他常常用這句話來勉勵自己——我望不見山頂,只知道有山頂,然而,我還是要攀登。

(原載于《中國青年報》 2021-08-31 12版)

打印 責任編輯:閻芳
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