如果將沙漠比作人，那麼它的天氣就是人的表情，塔克拉瑪干沙漠的表情是神秘莫測的。許多學者認為，塔克拉瑪干是“乾旱之極”，沒有降水，溼度基本為零。幾千年來，沒有過關於塔克拉瑪干氣候的正規記錄，而一些“親臨”的人，又因時間、條件所限，所見又十分局部，所傳達的信息自然難以準確，所以塔克拉瑪干沙漠的天氣始終是一個謎。
沙漠氣候，不是幹、熱兩個字所能簡單概括的，是由複雜的天氣要素組成的。
地球上最熱的地方，不是在赤道，而是在沙漠地區。目前世界上氣溫的最高記錄是攝氏五十七點八度，那是1922年9月和1933年8月，分別在利比亞的阿濟濟亞和墨西哥的聖路.425.未解之謎全記錄
易斯測得的。前者在地中海南岸，其南為舉世聞名的撒哈拉大沙漠；後者在墨西哥中部，位臨北美沙漠。我國氣溫最高的地方，是在新疆吐魯番盆地吐魯番市原東坎機場氣象哨測得的，溫度值為攝氏四十八點九度，正規氣象記錄則為攝氏四十七點六度，也是在吐魯番市氣象站測得的，時間是在1942年、1953年、1956年的同一天——7月24日。沙漠地區氣溫之高，是因為這裡空氣極端乾燥，上空很少有水汽，也就很少有云彩，陽光能直接照射到地面，而沙漠地區地面植物少，儲藏熱量的能力很低，近地層氣溫上升很快，形成了高溫天氣。
根據上面的分析，塔克拉瑪於沙漠腹地理應是塔里木的高溫中心。實際並非如此。在塔克拉瑪干有三個高溫區，一個在麻扎塔格山之南，一個在若羌縣之東，一個在偏北的滿西之北。這三個地方7月份的平均氣溫均超過長江三大火爐。而真正作為沙漠中心的塔中地區，氣溫卻低於上述三處。按絕對最高溫而言，沙漠中超過四十度的日子並不多，極值也不過四十二點七度。這種現象的出現，主要是沙漠的廣袤，使其具有很強的散熱能力。至於人們在沙漠中覺得酷熱難熬，原因是沙漠中沒有遮蔽之處，一直暴曬於烈日之下，加上極度的乾旱，增強了炎熱的感覺。只要製造一個遮蔽的環境，例如打一頂太陽傘，你馬上會有一種涼爽的感覺。
唐代高僧玄奘由印度取經回國，經和田東行來到媲摩城,既漢代抨彌國，在現在的克里雅一帶。在那裡，他聽人們講了一個故事，後來他將這個故事記在《大唐西域記》一書中。這個故事講述了曷勞落迦城被沙埋的經過。曷勞落迦城在媲摩城北，原是一個十分富庶的城鎮。但是，這個城鎮中住的居民不敬神佛，欺凌過往的僧侶，用土塊投擲他們。最後惹怒了神佛，在七天之後，一場突發的風暴將全城埋沒。全城居民中，只有一戶因接濟過僧侶，他們家人被提前告知，築地道逃了出來，其餘的居民則全部喪命。而這個被淹沒的城市中有許多的珍卞，吸弓I了許多人前往發掘。然而，不論是淮，只要接近曷勞落迦城，就會“猛風暴發，煙雲四合，道路迷失”，從無一成功者，全都“進去出不來”了。
玄奘記錄這個故事雖然有神秘色彩，但是它也說明，塔克拉瑪干沙漠的風暴，是湮埋這一地區古代文明的重要原因。
其實，塔克拉瑪干沙漠腹地大風並不多，並且在高大沙丘區，沙丘移動十分緩慢，一年移動距離不足一米。所以，人們常說的歷史時期以來，塔克拉瑪干沙漠向南移動了八十至一百公里的說法是不對的。歷史時期以來，塔克拉瑪干新增沙漠化土地不過三萬多平方公里，即使全部攤到塔克拉瑪於南緣，也不過平均四公里的距離。這是因為原來就在沙漠中的城鎮、絲路在廢棄後被沙埋所造成的沙漠大規模向南移的假象，實際上，這些遺址南面原先也是沙漠，它們的廢棄造成了南北沙漠合二為一的結果。
但是，我們也不能忽視大風所帶來的危害。在沙漠外圍地區，由於風力活動，會使一些低矮的沙丘每年移動幾十米至上百米，對綠洲造成嚴重危害。而且，由於塔克拉瑪干沙漠的沙粒十分微細，在很小的風力下就會起動。別的地方起沙風達到每秒六米，而在塔克拉瑪干在風力每秒四米時就能起沙，使塔克拉瑪干成為我國西北地區沙塵暴一個重要策源地。
沙塵暴是塔克拉瑪干沙漠地區一種常見天氣現象，在塔中和滿西，每年的沙塵暴日分別達到六十五天和六十天，一舉掠取新疆的冠、亞軍稱號。沙塵暴影響範圍，少則幾百米，多則達上百公里；時間短則幾分鐘，長則在一晝夜以上，能見度差時真是伸手不見五指，大有黑雲壓城城欲摧之勢。在與一些過境惡劣天氣現象相結合時，所形成的沙塵暴更是來勢洶洶，規模浩大，常常形成灰、黑、黃色的巨大沙幕，席捲而來，大有掃蕩一切之威力。
在塔克拉瑪干沙漠中，天氣現象也是豐富多彩的。除了日升、日落、朝霞、夕陽，煦煦和風、狂烈風暴等特色外，也可以見到被認為是溼潤地區特有的霧、雹、露、霜、雪等種種現象。
霧是因水汽凝結而生，而在被視為乾燥絕頂的塔克拉瑪干，一樣有大霧天出現，在沙漠中，一年中霧日就有三天半。一些學者從理論上探討過，雹子在極端乾旱的沙漠區絕不可能出現，可實際上真有出現。冰雹大者如蠶豆大小，打在頭上也很疼痛。
在沙漠腹地，一年中有近十天的雷暴日，有長達一百四十到二百三十天的霜日，甚至有兩天降雪日，積雪深一至五釐米。看到一望無際的大漠一派銀妝素裹，人們真要驚歎大自然的造化神功了。至於因氣候原因形成的自然景觀，如沙漠海市蜃樓、塵捲風等，自然更是魅力無窮了。
現在，讓我們來了解一下塔克拉瑪干氣候變遷的來龍去脈。
根據氣候學家的推論，在古生代的前半期，大約距今四至六億年，地球赤道曾經經過新疆或接近新疆，塔里木又處於海水浸沒之中，此時的塔克拉瑪干是處於炎熱而潮溼的熱帶海洋氣候。到古生代後期，從距今兩億多年石炭紀晚期，海水從塔里木大規模後退，塔克拉瑪干從溼熱轉向乾熱，開始了向乾旱的轉化。到了中生代，塔克拉瑪干的氣候，儘管還是以暖溼為主流，但較之古生代，溫度、溼度都有明顯的降低，從熱帶氣候轉向亞熱帶氣候，趨向乾旱已成定局。
對塔克拉瑪干現代天氣和氣候至關影響的是在新生代，特別是新生代中距今兩百多萬年的第二個紀一第四紀。在這一時期，塔克拉瑪干的氣候雖然也存在暖幹、冷乾的交替，但總的趨勢由熱向溫轉化、由溼向幹轉化，形成暖溫帶乾旱氣候，塔克拉瑪干沙漠也於這一時期正式形成。
塔克拉瑪干氣候經歷了幾億年的變遷，其中的成因和過程是十分複雜的。我們只需要知道，沙漠是乾旱氣候的產物，它的活動性受氣候變化，特別是其中乾溼變化控制，這是一個經歷了上千萬年變化的過程。沙漠的氣候變化，也跟它的地質變化有密切的關係。從元古代到新生代的前十億年裡，塔克拉瑪干經歷了從大海到沙漠的滄桑鉅變。
我們居住的這個地球，已有四十六億歲的年齡。地質學家們根據生命的進化史，將地球的歷史劃分為隱生元和顯生元兩個大的單元。前一個單元漫長至四十億年，後一單元至今已有六億年，並且還在延續。其實，在隱生元中，生命已開始萌動，現在已知的原始植物從三十五億年前已誕生。不過，像三葉蟲等被生物學家認為是生命始祖的生物，卻是出現在顯生元的。
塔克拉幹沙漠所在的塔里木地臺，形成於十多億年前的元古代，即顯生元第一個地質年代——古生代前的一個地質年代。在元古代中期，塔里木地臺在造山運動作用下進一步增生擴大，出現高差懸殊的地貌景觀。後來在剝蝕作用下，地臺的東北、西北、西南的邊緣和地臺內部。由於張力而裂開，發生了強烈的沉降。這時，古亞細亞洋海水，趁勢由東、西兩個方向進入塔里木地臺上的裂谷盆地，形成大面積海區，開始是在現今的尉犁一庫魯克塔格、柯坪東一阿瓦提、英吉沙一和田這幾片，後來發展為塔里木北部和西南部兩大海域。
六億年前，在地球進入顯生元的第一個地質年代——古生代後，塔里木盆地海域進一步擴大，如今的塔克拉瑪干大部分被海水淹沒，形成一個統一的塔里木海。塔里木海甚至一度淹沒到現今的阿爾金山東段。至距今四五億年的奧陶紀初期，海域範圍達到古生代早期的頂峰，甚至殃及崑崙山東段。此時的塔里木海在東西南北各個方向上均與外海相通，陸地只有一些狹小的孤島和半島。而從奧陶紀中期，塔里木海開始自南向北的後退，出現較大面積的淺海盆地。到奧陶紀晚期，塔里木海更明顯減小，從柯坪至塔中一線升為陸地。接著，出現了新的造陸運動，進一步促進了海、陸分佈格局的變化。此時，海水僅滯留於盆地北部。至距今三點五至四億年的泥盆紀中期，海水大規模向西退卻，到了泥盆紀晚期，塔里木大部分已變為陸地。
但是，大海也不甘心至此退出塔里木，在距今二點七至三點五億年的石炭紀早期，它又卷水重來，重新淹沒了幾乎整個塔里木盆地，延續了兒千萬年，至石炭紀晚期開始大規模的退卻。又經歷了幾次的反覆，至佔生代最後一個地質年代，距今二點二五至二點七億年的二疊紀晚期，海水全部退出塔里木盆地，塔里木盆地正式進入大陸盆地發展階段。
到了距今零點七至二點二五億年的顯生元第二個地質年代—中生代，塔里木盆地基本以大陸環境為主。在盆地內的地塹區，即地層斷裂下陷的地區，則有大型淡水淺水湖泊存在。由於氣候轉向暖溼，降雨增加，河流活躍，沉積範圍也進一步擴大。儘管在距今七八千萬年的白堊紀晚期，又出現反覆的海進、海退，在西塔里木形成袋狀海灣，但整個盆地漸趨乾旱已基本定局。
從七千萬年前開始的新生代，成為塔里木趨向現代格局的地質年代。儘管在早期，在西塔里木仍然海進、海退頻繁，而東塔里木卻成為大陸剝蝕區，為新生代第一個紀一第三紀晚期的大規模沉積活動準備了豐富的物質來源。隨著喜馬拉雅造山運動的波及和影響，盆地周圍山體急劇抬升，河流廣泛發育，將山區風化剝蝕物搬運到盆地中心，奠定了今天的塔克拉。
關於塔克拉瑪干沙漠的年齡，有過許多的說法。我國權威的沙漠學家、前中國科學院蘭州沙漠研究所所長朱震達研究員認為，塔克拉瑪干沙漠是第四紀中更新世以來形成和發育的，也就是說只有十四萬年的歷史。這種認識在很長一段時間被絕大多數學者所接受和認同。而上世紀80年代以來，一些石油地質學家和古生物學家卻提出了不同的意見，他們認為塔克拉瑪干沙漠在第三紀中新世或上新世即已形成，將沙漠年齡一下提高到一百至二千五百萬年，他們中保守一些的人也認為塔克拉瑪干沙漠至少形成於第四紀早更新世，距今也有一百二十萬年之久。不過，也有少數人認為，塔克拉瑪干沙漠是在第四紀晚更新世末，甚至全新世時才形成的，沙漠年齡不過一兩萬年。
這幾種說法所判斷的塔克拉瑪干沙漠的年齡，從一萬年到二千多萬年，相差了兩千多倍，誰的說法更準確一些呢？
沙漠環境的形成、演化與沙漠地貌所處的發育階段是有區別的。前者的年代可以很早，而後者則因地貌發育階段不同，年齡差異可以很大。例如，塔克拉瑪干沙漠中的絲路、城鎮，當年都是處於沙漠環境之中，但它們的所在地還不能稱為沙漠，否則就不會在那裡建設城鎮了。而廢棄後，許多已為風沙湮埋，淪為真正的沙漠，其形成、發育史也就不過區區幾百年至上千年。此外，由於形成原因不同，即使在同一個地區，也可能有多次的沙漠發育史，但是，此沙漠已非彼沙漠。塔克拉瑪干沙漠的兩個大的發育期，就是兩個性質完全不同的沙漠，在沙漠的基質、外貌上都有很大的不同。
董光榮先生提出的上限，延伸到了中生代最後一個紀一白堊紀的晚期，距今九千七百五十到六千五百萬年，此時在塔里木盆地的河岸、湖岸、海濱，已有零星沙漠的分佈，在進入未解之謎全記錄
新生代第三紀後，沙漠進一步擴展、活化。進入第四紀後，沙漠反而開始縮小，直到距今十四萬年的中更新世以後，風成亞砂土廣泛發育，沙漠隨之進一步擴大。儘管十多萬年來，沙漠的發育經歷了多次的反覆，但總的趨勢是處於擴展之中，最終形成今日的格局。
為了清晰說明塔克拉瑪干沙漠的變遷史，董光榮將塔克拉瑪干沙漠的形成發育分為前第四紀時期和第四紀時期。前第四紀通俗地說就是第四紀以前的一段時期，包括了中生代白堊紀晚期和新生代第三紀，時間跨度為九千五百萬年。第四紀時期的時間跨度則為二百五十萬年。
在前第四紀時期，出現了全球性氣溫下降，塔克拉瑪干地區由亞熱帶、熱帶環境轉為亞熱帶一暖溫帶環境，氣候進一步乾旱，植被也逐漸由稀樹草原轉變為荒漠草原，沙漠也逐步形成，性質上是以固定、半固定的草原型沙漠，由於沉積物多為紫紅或棕紅的富含石膏、芒硝和鈣結核的物質，沙漠外觀以紅色為基調，故稱為紅色沙漠期。
隨著氣溫的進一步下降，進入第四紀以後，塔克拉瑪干氣候轉為溫帶環境，隨冰期的波動，變化於暖溫帶至寒溫帶間，乾旱的趨勢進一步發展，形成暖干與冷乾的氣候組合，以“幹”為基本特色，與地球其他地區，如季風區的暖溼、冷幹組合，西風區的冷溼、暖幹組合迥然不同，表明了本區的乾旱特色。此時的沙漠，由草原型轉化為荒漠型，流沙逐漸增多，規模也不斷擴大。由於提供沉積的風成沙和原生風成亞砂土色澤棕黃，使沙漠呈現了黃色的主體色調，所以又稱為黃色沙漠期。
認為塔克拉瑪干沙漠是全新世以來形成的觀點，也不是完全沒有道理的。據對塔克拉瑪干沙漠腹地流動沙五下伏地層採集的石英砂的年代測定，證明在全新世早期，在沙漠腹地出現.432.過大範圍的河湖相沉積，此時的沙漠應處於收縮和向固定化轉化的階段。到全新世中期以後，隨風力活動的加強，風沙堆積進入旺盛時期，現代的高大流動沙丘也就是在這一時期形成的，距今也就是四五千年。在塔里木河故道上的大片沙丘，甚至只有500年的形成歷史。
據此我們可以認為，就沙漠形成的歷史來說，塔克拉瑪干沙漠是古老的，具有近億年的歷史；而就現代沙丘的形成來說，塔克拉瑪干沙漠又是年輕的。
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