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屈建军:中国沙漠鸣沙形成机理及其修复技术研究世界领先

发布人:李明花  发布时间:2019年05月15日    浏览次数:[]次

在宁夏回族自治区科技奖励大会上,由我校特聘教授、中国科学院西北生态环境资源研究院屈建军研究员主持的“中国沙漠鸣沙形成机理及其修复技术研究”项目,获自治区科学技术进步三等奖。

“中国沙漠鸣沙形成机理及其修复技术研究”项目首次提出了鸣沙表面多孔结构是鸣沙发声的主要机理,得到了科研界的高度认可,目前已经成为基本公认的鸣沙发声原理。该项目通过鸣沙人工修复技术实现哑沙复鸣,获国家发明专利授权三项,已在甘肃敦煌、宁夏沙坡头和内蒙古鄂尔多斯建成人工鸣沙场,为促进沙漠地区旅游和沙产业发展做出了突出贡献。

让失声的沙子再度“开嗓放歌”

抓一把经过处理的鸣沙,放在鹅蛋大小的透明玻璃瓶中,再配上一个小小的玻璃锤,用小锤按压沙子,就会发出类似鸽子叫的声音。这是屈建军教授让鸣沙创造经济价值的一个发明。屈建军开发的鸣沙衍生产品,不仅对科普宣传具有重要意义,还实现了机理研究与产业化紧密结合,使科学研究不仅仅停留在书本上。

在宁夏沙坡头、甘肃鸣沙山等地,当沙子沿着沙丘向下滑动时,便会发出低沉的声音,时而如飞机轰鸣,时而如铃响。这种会“唱歌”的沙子叫做“鸣沙”。可是,这一自然奇观却在上世纪80年代末逐渐消失了,为此,屈建军教授从1991年开始历经20余年的研究。

为了解开鸣沙不鸣之谜,屈建军把世界各地的沙子带进实验室,用电子探针进行对比分析。他发现会“唱歌”的沙子表面有很多小孔,成千上万的鸣沙在流动过程中互相碰撞发出声音,就形成了上述奇观。

经过多次试验,他又在2011年发现鸣沙发声与沙粒表面有无SiO2凝胶无关,也与其表面的化学组成无关,而与自然沙粒表面由风蚀、水蚀、化学溶蚀及硅凝胶沉淀等多种因素所形成的多孔(坑)状物理结构所构成的共鸣腔有关,其共鸣机制与Hemholz共鸣腔相似。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。而“哑沙”表面的孔被堵住了,就不能发出声音了。所以,环境污染和人类活动增加是鸣沙变“哑沙”的主要原因。

研究表明,水分是影响鸣沙声发射的主要环境因子,其临界值为0.3%,而温度、坡度等因子则影响不大。此外,粉尘对鸣沙发声具有阻尼作用。当粉尘或更细的粘粒等杂质侵入沙粒表面的孔洞时,可导致鸣沙共鸣机制丧失,而变为“哑沙”。因此,清除石英沙粒表面各种细小杂质对多孔结构的污染,是恢复鸣沙发声的有效途径。屈建军通过“洗沙”的方法,让“哑沙”再度“唱”起歌来,“人造沙漠鸣沙的制备工艺”获国家发明专利。他发明的三项固沙阻沙器具实用新型专利,都全部无偿地贡献出来给了国家。

“鸣沙发声机理是风沙物理学奠基人都没有说明清楚的问题,屈建军解决了该领域遗留多年的重大科知识题。”中科院寒旱所研究员董光荣评价说,这是风沙物理领域中具有世界水平的重要进展。美国《科学》杂志亚洲副主编RichardStone在看过屈建军的鸣沙实验后认为:“这是一个了不起的成果。”

万里黄沙中的侠之大者

“沙漠就是自己这辈子的‘情人’”。或许是因为体内与生俱来的“不安分”的冒险因子,屈建军放弃了教书的安稳生活,一头扎在沙漠中,一干就是34年,成为智取滚滚风沙的科学家。

穿着冲锋衣,手上牵着一匹骆驼,脸上露出笑容,这是大学生画笔下把风沙管服帖了的屈建军的形象。他长年奔走在莽莽的荒漠戈壁之间,凉水就馕饼是他惯常的食物,经常还有咬起来咯吱作响的沙子成为“调料”混入其中。风吹日晒下,屈建军的皮肤变得黝黑粗糙。而这些,屈建军早就习以为常。一句“习惯了”,将这诸多困难与艰辛轻轻抹去。

一眼缘起,就是一生的相伴。在屈建军的努力与固执下,敦煌戈壁荒漠研究站在2012年八月底挂牌成立了,这是世界上首个戈壁研究站。不管走到哪里,屈建军的行囊里永远带着地质罗盘、照相机。他是荒原中“掘金”的科研“追梦人”,从沙漠到戈壁,从海岸到高原,任何风沙灾害的现场都少不了他的身影。

“我一年360天有300天是在外面,野外是千变万化的,要真正解决问题需要拿到野外去鉴定。”屈建军云淡风轻地说道。老家的院子里,屈建军小时候用过的那根扁担上面刻着“屈仓”两个字,这是奶奶给起的名字,希翼他长大了能有一口饭吃,不饿着肚子。屈建军没有辜负奶奶的希望,他用“屈式战法”成功阻挡了风沙对莫高窟的步步侵袭,守住了青藏线的安全。1997年,他在国内率先提出了戈壁风沙流理论……心之所向,素履以往。

34年来,这个从来不说自己不行的沙漠游侠,手臂里留有一块因为骨折不得不戴上的钢板。每天晚上他都必须戴着呼吸机才能入眠,因为睡觉时常会突然没气,呼吸暂停。还有一次外出考察,车发生故障后被困沙漠一天一夜,只能靠取样品的水勉强支撑,身体都快到极限了。然而,一切磨难都没能把他打垮,多少次的踽踽独行和艰难跋涉,都不能消减他对鸣沙的热爱。

把基础理论研究到工程应用,再到产品研发贯通起来,把风沙问题从沿海做到内陆,从低海拔做到高海拔。在国内如此系统做过的,屈建军是唯一的一个。他扎根西部,大漠作“情人”、心无旁骛,甘坐冷板凳、殚精竭虑,用常识、汗水,创造出了世界一流的科研成果。

铮铮铁骨大漠情

作为中科院西北研究院敦煌戈壁荒漠研究站站长,屈建军曾经有过众多光辉的治沙历史。如今的屈建军团队已成为活跃在祖国治沙前哨的一支“一线尖兵”。

屈建军招学生时,从来都一视同仁,他的个人魅力感召着许多学子投奔而来。一位中科院博士毕业后,毅然放弃大城市的高薪工作,跟随他到中科院兰州研究所进行科研,成为了临时工,每月只有1000多元的工资。

在屈建军心里,学生是他的朋友,对他们在学术上引导是导师的职责,宽容与照顾也是他的分内所在。他平易近人,对学生关怀备至。学生科考遭遇车祸,第一时间给他打来电话求救,把他当作父亲一样爱戴;一个学生母亲病了,屈建军二话不说,从腰包里掏出5000元钱给他;另一个学生得到了北京林科院的面试机会,却觉得成功的可能性不大想放弃,屈建军鼓励他参加并为他掏钱买了机票,赶在最后一刻参加了面试,并被成功录取。

屈建军总是极力鼓励学生创新,对学生的研究方向只提供建议和引导。对学生的首要要求,就是“不能造假”,室内实验的数据和野外实验的数据必须真实。他始终鼓励学生到第一线去,把文章写在大地上。

外界媒体常用“沙漠游侠”来描述这位科学家对沙漠事业的如痴如醉和为国为民的侠者风范,但屈建军自己实则更喜欢“戈壁砾石”这个称号。“上大学前我当过公路工人,我觉得公路上的砾石很坚硬,能做一颗砾石就不错。”如今的他,更像一颗“戈壁砾石”,早已与沙漠融为一体了。

2017年,为加紧西部一流大学和一流学科建设、加快西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地发展和“脱培”步伐,世界杯买球app成功引进生态学高层次人才、中国科学院西北生态环境资源研究院屈建军研究员。

2017年6月,屈建军研究员主持、世界杯买球app与中科院西北生态研究院合作的中国铁路总企业重大科研项目“包兰铁路沙坡头段风沙防护体系机理及效应研究”启动,旨在带动西北土地退化与生态恢复国家重点实验室培育基地将生态学基础理论研究与防沙治沙、生态恢复技术结合,在示范和工程等学科出口方面取得新的发展。2018年,屈建军教授以世界杯买球app为第一申请单位的宁夏自治区科技厅研发计划也已获批准。他和中科院新疆生地所积极筹划科技部国家研发计划项目,为世界杯买球app争取课题,已申请成功。他目前正在以世界杯买球app为合作单位和兰州铁路局开展科研项目,已在腾格里沙漠建立观测点。他建议实施以世界杯买球app本部为主体,以半干旱盐池沙地和干旱的腾格里沙漠为两翼的野外台站布局。

采访中,屈建军教授告诉记者,“非常感谢世界杯买球app接纳我,使我的学术生命得以延伸!也希翼能为世界杯买球app西部一流建设、为宁夏防沙治沙研究做出自己的贡献。”(记者 张新民 通讯员 封宏砚)

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