在遙遠的我國西北大漠深處，有一個神奇而獨特的地方，這裡是成千上萬國內外遊客趨之若鶩之地，這裡是第一批全國重點文物保護單位、世界文化遺產、世界現存規模最大、內容最豐富的佛教藝術聖地——敦煌莫高窟。
這裡位於河西走廊的西端，四周被浩瀚的沙漠所覆蓋，素有“亞洲旱極”“生命禁區”“死亡地帶”之稱。然而，就是這麼一個一望無垠的大漠深處，竟然隱藏著歷史如此悠久的世界佛教藝術瑰寶！那麼，為何古人會選址如此荒無人煙、風沙聚集的地方？為何莫高窟開鑿在鳴沙山東麓斷崖上？這個斷崖岩層到底是啥？為何莫高窟“千年不垮”？莫高窟的古氣候環境是怎樣的？也是一望無垠的大沙漠嗎？莫高窟的下面到底是什麼？作為敦煌生態方向標、莫高窟旁的月牙泉為何“千年不幹”？未來會乾涸消失嗎？ ⋯⋯凡此種種，到底隱藏著哪些不為人所知的科學秘密？！
莫高窟“洞窟地層”到底是什麼岩層？從何而來？形成於何時？為何“千年不垮”？
為了更好地、更簡潔、更明瞭的地進行闡述，這裡介紹一個地質相關概念——洞窟地層。所謂洞窟地層系特指洞窟開鑿所在的岩層或者地層。
我國四大著名石窟的“洞窟地層”各有不同，莫高窟的“洞窟地層”為砂礫岩層。其它三個分別為：山西雲岡石窟為變質岩，洛陽龍門石窟為石灰岩，天水麥積山石窟為砂岩。
莫高窟開鑿於敦煌城東南25公里的鳴沙山，鳴沙山東麓的斷壁景觀就是由“洞窟地層”所構成，“洞窟地層”為更新統衝洪積砂礫岩地層組合，分為三段地層。
最底部為距今約260—100萬年前的下更新統玉門組岩層；中部為距今約100—50萬年的中更新統酒泉組岩層；上部為距今約50—10萬年的上更新統戈壁組岩層（表1）。
其中，洞窟開鑿都分佈在中更新統酒泉組地層中，即“酒泉礫岩”，也叫“千佛洞礫石層”，因而酒泉組岩層也稱為“洞窟地層”。酒泉組岩層成分為紫紅色、雜灰色厚層粗砂礫岩層，為乾旱氣候條件下冰水河流介質環境中的衝洪積岩層。
為什麼洞窟唯獨分佈在酒泉組岩層中，而沒有分佈在其它岩層中呢？
這是因為下部的玉門組岩層主要為冰融水衝扇沉積地層，以粗大的礫石層為主，岩石結構差異大，礫石大的很大，小到粘土大小，硅質鈣質膠結，岩石質地堅硬，不利於、也難於開鑿，作為洞窟的底部岩層。
上部的戈壁組屬於晚更新世地層，又稱“戈壁礫石層”，為比較年輕的衝洪積作用產物，為未固結-半固結的鈣泥質礫石-粗砂岩沉積，因接近地表已部分風化，沉積物比較鬆散、破碎，難以成型，不利於開鑿形成洞窟。
而位於中部的酒泉組形成於距今約50—10萬年前，屬於河流衝洪積作用產物，主要為厚層塊狀砂礫岩層，介於前兩者之間，石質新鮮，且岩層近於水平產狀，是斷崖中出露最多的，岩石結構緻密、堅固，有利於開鑿形成洞室拱頂、成窟、成型，所以成為“洞窟岩層”。
“洞窟地層”從何而來？如何演變而來？
“洞窟岩層”的形成演化過程是一個漫長的地質過程。距今大約260萬年的時候，也就是更新世早期開始，這裡地殼下沉坳陷，形成陸內坳陷盆地。
從而有利於匯聚周邊高山冰雪融水，形成遠古時期的湖泊盆地，接受源自湖泊周邊祁連山等山系的沉積物，沉積形成了300—800米厚度不等的衝洪積為主的沉積岩層。
該更新統岩層主要為一套灰色、豬肝色、鐵紅色含礫砂岩、粗砂礫岩、粉砂岩及膏鹽粉砂質泥岩，主要為山前沖積扇、洪積扇、衝洪積扇沉積，發育各種沉積構造，為後來莫高窟開鑿加工，奠定了物質基礎。
由於不同的岩層地貌單元，其巖性、結構、特徵不同，形成的時間也是有差異的，所以形成的岩層成分結構也是千差萬別的，而這些岩層改造成為雅丹地貌景觀，是幾千年以來的事情，營力主要受風蝕作用影響。
敦煌東南鳴沙山莫高窟斷崖景觀，就是在更新世時期，也就是距今約260萬年—10萬年之間，沉積形成的沖積-洪積扇相砂礫岩層，於距今約5萬年的時候，由於新構造運動抬升地表，出露地表的結果。
也就是說，莫高窟所在的斷崖景觀早在距今5萬年之前，早就抬升暴露地表，出現在那裡，成為後來有智慧、有思想的古人們的“用武之地”。直到前秦建元二年，僧人樂尊路經此山，在巖壁上開鑿了第一個洞窟。
隨後，我們來談談 “洞窟底層”，為何“千年不垮”？
如前所述，莫高窟所在的“洞窟地層”主要為距今260萬年開始形成的，形成環境為炎熱乾旱氣候條件下的冰融水沖積-洪積粗砂礫岩沉積，硅質膠結和鈣質膠結，質地堅硬，非常不容易遭受風化剝蝕破壞。
從地層產狀來看，“洞窟地層”主要為水平-近水平的更新統地層，呈現塊狀或板狀，疊置“平躺”在下伏古生界-中生界還想碳酸鹽地層之上，加之“洞窟地層”岩石的堅硬性，具有很好的穩定性。
從岩層體系組合上看，“洞窟地層”為中更新統的酒泉組岩層，其下伏岩層為下更新統玉門組岩層，其上覆岩層為上更新統戈壁組岩層，彼此互為成因連續的同一岩層體系組合，“洞窟地層”既有穩定的“底層”，又有結實的“蓋層”，從而阻擋了地表風化作用的破壞。
從賦存狀態來看，敦煌地處荒漠戈壁腹地，“洞窟地層”大部分埋藏於全新世厚層沙漠之下，受到沙漠沉積的覆蓋和保護，沙漠通常為疏鬆乾燥的環境，阻擋了岩層的風化作用，只有斷崖露出地表空氣中，減輕了地表風化作用的破壞。
另外，莫高窟在鳴沙山砂礫岩上坐西朝東，有利於洞窟免遭風沙侵蝕，莫高窟對面的三危山又成為天然屏障，使風沙無法直接威脅到洞窟。還有，荒漠綠洲也有效地阻隔了太陽光對洞窟的輻射。
為何莫高窟會選址如此荒無人煙、風沙聚集的地方？
首先，在一望無垠的大漠腹地深處，在特定的歷史條件下，這裡成為最佳的交通區位條件和區域集散地，正好這裡分佈著鳴沙山斷崖，這是選址於此的前提條件。
我們現在所說的敦煌莫高窟，感覺很平常，就是一個普通的旅遊勝地而已。然而，你未必知曉，這裡曾是古代中國通往西域、南亞、中亞和歐洲的交通要道——絲綢之路上的咽喉之地。
從這裡，向西經過新疆的南北兩道，翻過帕米爾高原，可到中亞。
從這裡，再往南走，可到印度。再往西走，可到伊朗（波斯帝國）。再往前走，可達兩河流域地區。再往前走，就到了敘利亞，乃至地中海、古希臘和古埃及。
同樣從這裡，向北方向，越過戈壁沙漠，沿天山北麓西行，進入草原絲綢之路。
正是通過這裡，西出玉門關、陽關，進行跨國貿易活動，才有了舉世聞名的絲綢之路，也才造就出了敦煌這個交通樞紐，軍事重鎮。
古時候的敦煌到底有多繁華？那時的敦煌，商貿往來門庭若市，熙熙攘攘。古代的敦煌，就像現代的上海和深圳一樣，如此車水馬龍、富賈雲集的場景，1000多年前早已發生在這裡。
在漢代，從敦煌出發，向東可通往長安，直達洛陽，繼續向東，可到朝鮮半島、日本列島。這裡曾是大漢帝國的西大門。
北魏、西魏乃至北周時，統治者崇信佛教，佛教得到空前發展，石窟建造得到王公貴族們的支持，莫高窟發展較快。
隋唐時期，隨著絲綢之路的繁榮，莫高窟更是興盛，在武則天時就開鑿洞窟千餘個。在古絲綢之路上，是唐代鼎盛時期的佛教聖地，這裡是通往西域的西部重鎮，它在當時的歷史上是一個十分繁華的地方。
基於這樣的歷史背景，古人才發現了鳴沙山斷崖，才開鑿形成了莫高窟，這是歷史的機緣。前秦建元二年（366年），僧人樂尊路經此山，忽見鳴沙山金光閃耀，如現萬佛，於是便在巖壁上開鑿了第一個洞窟。
此後，法良禪師等，繼續在此建洞修禪，稱為“漠高窟”，意為“沙漠的高處”。後因“漠”與“莫”通用，便改稱為“莫高窟”。
如上所述，這裡是浩瀚無垠的整個西北大沙漠中，唯一出露如此大規模、分佈保存良好的雅丹地貌景觀——更新統衝洪積沉積的粗粒砂礫岩層，而這種岩層正好是開鑿石窟最好的岩層石質之一。
其次，在大漠深處南來北往的交匯處、最佳的交通區位、集散地和中轉站，正好分佈有出露最佳的“洞窟地層”，這是選址於此的關鍵。
上述的上、中、下三層岩層，正好構成了“洞窟地層”最佳的成因組合，中層為洞窟所在岩層，上覆岩層為蓋板免受地表風化侵蝕，下伏岩層作為底板，起著保護免受地下水侵蝕作用。這種具有時間-空間聯繫的地質成因岩石組合，成為理想的“洞窟地層”。
這套具有成因聯繫的“洞窟地層”，為中更新統的酒泉組岩層，其下伏岩層為下更新統玉門組岩層，其上覆岩層為上更新統戈壁組岩層。
從沉積地層序列原理，是新地層覆蓋在老地層之上，作為“洞窟地層”的中更新統岩層，通常是被上覆的戈壁組和約1萬年以來的全新統沉積所覆蓋的，甚至這整套260—10萬年以前的岩層組合，應該是深埋在浩瀚的大漠深處的——是看不見的。
那麼，為什麼正好在這個最佳的交通區位的地方，正好出現了中更新統岩層的“洞窟地層”呢？這就是自然和歷史的不期而遇！
因為這種深埋地下的岩層，只有在構造活動抬升的地方，也就是在構造盆地的邊緣，在發育有這套岩石組合。也就是說，只有當區域最佳區位正好處於盆地邊緣處。
因為盆地形成就是岩層受地質內力作用，中間向下坳陷，周邊或四周隆起，其結果造成了盆地中心區域老地層埋得更深，盆地邊緣出現深埋在地下的老底層“翹起來”，“翹起來”的這部分岩層，就是我們常說的岩層露頭。
而“洞窟地層”就是深埋在沙漠地底下“翹起來”的中更新統岩層——衝洪積沉積成因的砂礫岩地層，這種地層就是最好的開鑿洞窟的石質材料。
現代盆地沉積的特點是，盆地中央腹地因為是負地形，所以不停地承接著年輕的沉積物堆積，而盆地邊緣由於岩層“翹起”處於正地形，沒有沉積容納空間，不但沒有接受沉積作用，反而接受風化作用。這就是“洞窟底層”出露地表，被我們發現、開鑿、利用的原因。
緊接著來說說，這種岩層組合在西北大漠中的分佈情況，眾所周知，敦煌莫高窟位於河西走廊的最西端，河西走廊實際上就是呈現東西走向的狹長的沉積盆地，南、北兩側就是沙漠地下“翹起來”的以這套成因組合為主的老地層。
由於敦煌盆地北部為北山，南面為卡拉塔什塔格山（莫高窟即位於卡拉塔什塔格山北東的鳴沙山東麓），東北為三危山，地勢東端高，向西傾斜的長形盆地。所以，導致中更新統“洞窟地層”主要分佈於敦煌盆地的南、北兩側。
正因為如此，在浩瀚無垠的西北大沙漠中，作為東西、南北交接的最佳區位就在敦煌盆地附近，而在敦煌盆地附近出露更新統“洞窟地層”，在出露規模、保存狀況、岩石結構構造、石質材料等最好的地段，就是敦煌盆地東南的鳴沙山東麓斷崖處。
這就是為什麼選址於此的最重要的原因，也就是說，所以選址於此，是因為在區域交通區位最佳的地段附近，剛好分佈有出露最好的更新統岩層，而正好在這裡，恰好被“有膽識、有智慧、有思想”的僧人樂尊所發現。
再次，在適當的古氣候、古環境條件下，正好“遇上”難得的地形地貌條件，恰好碰上“萬年一遇”的宗教文化景觀，這是選址於此的其它重要條件
首先，從古氣候、古環境條件上來看，正如上述所言，敦煌莫高窟實際上在2000多年以前的古氣候、古生態、古自然條件與現在是有明顯不同的，當時的氣候、生態和環境條件要比現在的要適宜人居。
近一萬年以來，河西走廊正好呈現東西向展布的狹長沙漠綠洲，偶有沙塵暴的影響。位於河西走廊西端的古代敦煌盆地，這裡是一片生機盎然的景象，草原、沙漠、戈壁、蘆葦海、魔鬼城、胡楊林等，樣樣齊全。
其次，從地形地貌上看，敦煌四周為荒漠戈壁，風沙很大，長此以往受風沙侵蝕，風沙隨大風吹入洞窟中，定會對洞窟壁畫造成損壞，然而鳴沙山是沙礫岩，質地堅硬，抗風化強。
洞窟坐西朝東。夏季風從東方吹來，三危山成為教煌壁畫天然屏障，為莫高窟遮擋風沙。冬天，風沙從洞窟背面的西方襲來，吹過窟頂呈45度角吹下，風沙不會灌入洞窟。在整個敦煌戈壁找到這樣一個“安全區域”，那是萬年一遇。
從宗教文化角度看，沙門樂尊者遊歷經過鳴沙山，發現眼前出現了壯麗恢弘的景觀：整個鳴沙山被金光籠罩，彷彿有千萬金佛在光線中現出身形。尊者讚歎不已，虔誠地下跪祈禱。尊者認為，這是一塊神聖的土地，於是在此地主持開鑿了第一個洞穴。
隨著時光的流逝，敦煌逐漸成為重要的貿易中轉站，商人出門祈福時，都會出資金在這裡建造洞穴，因此莫高窟的石窟群日益壯大，在唐代鼎盛時，形成了“千窟爭榮”的繁盛之勢。
古時候尤其是2000多年以來的敦煌莫高窟，古氣候環境與現在是一樣的嗎？為什麼？
如上所述，敦煌盆地乃至河西走廊，在有人類活動以來，這裡的古地理古氣候環境條件如何，這是影響影響敦煌莫高窟開鑿演化發展的重要因素。那麼，尤其是近2000多年以來，這裡的古氣候、古環境，與現代的氣候環境是一樣的嗎？
根據古地理故環境研究結果，敦煌盆地從260萬年以來，主要表現為乾旱炎熱的氣候環境條件伴有多期短期溼潤溫暖氣候。在氣候炎熱時期，由於北坡祁連山，南面為卡拉塔什塔格山冰雪融化，主要形成冰水硅質、鈣質膠結的衝洪積砂礫岩沉積。
距今約10000年以來，敦煌盆地演化進入了全新世時期。該時期總體氣候表現為由晚更新世的乾燥炎熱，逐漸轉變為潮溼氣候背景，同時伴有頻繁的氣候變化旋迴，表現為潮溼氣候與乾旱氣候的頻繁交替。
敦煌盆地南部的卡拉塔什塔格北南坡發育向北流（盆地）的黨河，屬高山冰雪融水和地下水混合補給為主的河流；盆地東北角發育疏勒河，由北山向西流如盆地。盆地最低窪地位於盆地南側的月牙泉。
距今約10000—8000年期間，氣候變為溼潤溫暖，黨河和疏勒河與敦煌盆地連通，河流徑流量較大，地面水體較多，沿河流兩岸發育綠洲，生態環境條件明顯好轉。
這個時期，由於黨河和疏勒河的滋潤和孕育，敦煌盆地仍處於呈現東西向展布的狹長綠洲，以月牙泉為中心的敦煌盆地主要處於淡水湖—微鹹水湖環境，並形成相應的沉積產物。
距今約8000—6000年期間，氣候逐漸表現為乾燥炎熱，沙塵暴作用加劇，由於受到新構造運動和氣候乾旱事件突發的雙重影響影響，敦煌盆地發生構造抬升，進入其地史演化的“多事之秋”。
距今約6000—3500年期間，由於北部北山、南部卡拉塔什塔格山、東部三危山的庇護，以及黨河和疏勒河的滋養，這裡形成了以月牙泉為中心，大漠腹地深處最富饒、最美麗的綠洲，河流兩岸及湖泊四周，植被髮育，水生物繁盛，生機盎然、水草肥美、綠草連天。
這裡成了大漠腹地深處湖泊、河流、草地、胡楊、候鳥等競相綻放生命的地方，成為古代西域古道上最美的綠洲，從而為遠古祖先和敦煌古城的孕育和發展，奠定了良好的自然生態環境基礎和生存條件。
距今約3500年—2200年前期間。該時期氣候炎熱乾旱，強烈蒸發，湖水退縮，沙塵暴肆虐，敦煌盆地出現多次乾涸事件。在湖心位置沉積形成了以粉細砂為主、含較多中粗砂及膏鹽質泥質沉積物。
距今約2200年前—1400年前，氣候變為溫暖溼潤，沙塵暴減弱，這裡河網縱橫、湖泊密佈，成為水草肥美之地。於東漢時期，演化進入興盛時期，成為商賈雲集的國際通商口岸和古代重要的旅居集散地。
晚更新世初期，即距今1300—1000年，隨著極端乾熱氣候與構造活動的共同影響，湖泊水體變淺，範圍縮小，演化進入充填萎縮階段。由於唐代絲綢之路的繁榮，莫高窟發展進入到歷史鼎盛時期，月牙泉岸邊，亭臺重立，林木蓊鬱，頗為繁華。
距今約1000—700年期間，這裡主要為溫暖潮溼氣候條件，尤其是距今700—900年間，氣溫與現今的非常相似，降水增多，河流匯入月牙泉湖泊，使湖泊和沼澤面積擴大，水生生物大量繁殖，生物多樣性增加，湖泊西岸地面植被增多。
距今約700—現今，氣候逐漸進入乾旱寒冷與溫暖氣候交替，沙塵暴交替出現，敦煌盆地進入類現代環境多變時期。該期人類的干擾活動明顯增強。隨後後期人類活動的加強及其對周圍生態環境的破壞，月牙泉面積進一步縮小。
綜上，近10000年以來，敦煌盆地氣候環境不是一成不變的，是波動變化的，並非現在的遍地沙漠、“荒無人煙”，總體表現為古時候氣候環境相對適宜，生態環境條件比較良好，敦煌盆地尤其是月牙泉水域面積大於現在，水深至少10米左右。
“洞窟地層”什麼時候開始成為敦煌雅丹地貌的？為何出現各種各樣的雅丹景觀？
雅丹地貌的形成必備兩個基本條件，首先是雅丹岩層（即更新統砂礫岩層）輕微抬升出路地表，其次是出露地表的鴨蛋岩層經過地表多期的風化剝蝕改造作用。
首先是更新統砂礫岩層褶皺抬升、斷裂，為雅丹地貌景觀的形成奠定了重要前提。
晚更新世時期，即距今約2.6萬年，敦煌地區受到北東、近南北向構造擠壓應力作用的影響，發生了顯著的褶皺變形，形成了北西-南東向短軸背斜或穹窿。
從而有利於敦煌盆地的蒸發作用，加劇湖盆的乾旱和變淺，並部分暴露水面接受地表風化侵蝕，從而於更新世中期（大約距今2.4萬年）形成雅丹地貌框架雛形。
中更新世晚期，即大約距今2萬年的時候，再次發生喜馬拉雅山構造運動第三幕（相當於崑崙運動），造成整個柴達木盆地基準面進一步抬升，形成並處於新的基準面上，從而奠定了雅丹地貌現今總體輪廓和空間格局。
到晚更新世晚期逐漸演化成為小型盆地，彼此被褶皺斷裂構造分隔開，雅丹地貌大面積出露地表，地表風化作用進一步加強，風化侵蝕作用進一步加劇，從而有利於雅丹地貌景觀的進一步改造和“雕琢”。
其次是由於岩層成分結構的不同，導致了敦煌雅丹地貌景觀的顏色、形態、大小等的差異性。
雅丹地貌的顏色通常由岩層沉積形成過程中的沉積物組分和氣候因素所決定的。通常情況下，溫暖溼潤氣候條件下，比較深的湖水環境有利於形成深灰色、暗灰色的細粒雅丹地貌，這種雅丹地貌水平層理髮育，質地較為鬆軟，有利於風化剝蝕，往往形成負地形地貌。
在相同氣候條件下，形成於湖灘、濱淺湖和三角洲前緣沉積環境，主要表現為灰色、白色的粉砂岩和細砂岩組合，因質地堅硬不利於地表風化剝蝕，因而通常形成雅丹地貌高地或者侵蝕正地形，而且這種雅丹地貌通常較為高大，規模較大。
在炎熱氣候條件下，通常有利於地表氧化作用，有利於鈣質和鐵泥質結核的形成，主要形成紫紅色、棕色、紅黃灰色的石膏質泥岩和粉砂質泥膏巖沉積，這種岩石組合質地通常最為柔軟，因而形成侵蝕窪地和侵蝕溝谷，雅丹地貌規模較小，形成各種溶溝、或者侵蝕溝谷地貌。
褶皺形態不同以及褶皺不同部位的地層產狀與風向控制了雅丹的幾何學特徵。當岩層走向與盛行風有較大交角，或當傾角較大出露地層寬度較小時，往往有利於形成長寬比小的雅丹，如犬牙狀、錐狀雅丹。
背斜核部地層相對古老、固結程度好，加上坡度和高差大，所經受的侵蝕過程複雜，除風蝕外還有物質坡移、徑流侵蝕等，也多形成長寬比小的雅丹，而背斜兩翼的岩層走向與風向平行，更易形成長寬比較大的長壟狀雅丹。
敦煌莫高窟下面究竟是什麼？到底隱藏著什麼秘密？
在莫高窟“洞窟地層”下面，到底是什麼岩層？怎麼形成演化過來的？與“洞窟地層”有什麼關係？
“洞窟地層”下面是古生代海洋碳酸鹽巖和中生代湖泊相為主的沉積，其中隱藏著大約7.5億年的秘密。一是持續從距今約8億年—3.45億年共4.55億年的海洋沉積地層的秘密，二是從距今約2億年—0.95億年約1億年的陸地岩層沉積演化的秘密。還有一個秘密就是，這兩套地層都是富含石油、天然氣地層。
首先，來談談關於海洋碳酸鹽巖沉積演化的秘密。
距今約8億年到約4.55億年的時候，也就是從晚震旦世到晚奧陶世時期，該區為廣闊的一片汪洋大海，沉積了3000—4000米不等的碎屑岩-碳酸鹽巖沉積，包括寒武紀淺湖-潮坪相石灰岩-白雲岩、奧陶紀侷限海洋灰巖沉積和含煤碎屑岩沉積。
最古老的岩石是底部上震旦統全吉群礫岩、砂岩、砂頁岩沉積，間接揭示出這裡8億年前，曾經受到過早震旦紀冰川事件的影響。
距今約4.5億年的時候，也就是晚奧陶世晚期，這裡發生了加里東運動，地殼抬升暴露地表，海水退卻，處於古陸剝蝕狀態，直至距今約4.11億年，即古陸持續了大約0.4億年之久。
距今約4.1億年開始，這裡開始了連續3次大規模的海侵，分別是早泥盆世-早石碳世（城牆溝期）、早石碳世懷頭他拉期、晚石碳世早期克魯剋期和晚石炭世扎布尕秀期。
旋迴下部通常為濱淺海-潮坪沼澤含煤碎屑岩，中上部為潮坪-侷限臺地碳酸鹽巖沉積，沉積形成了近2000米厚的海相沉積岩地層。
值得提及的是，距今約2.54億年即晚二疊世末期的時候，發生了海西構造運動，使這裡又一次抬升為陸，接受風化剝蝕，導致這裡缺失二疊紀—三疊紀沉積，並造成中生代地層直接超覆在早古生代地層之上。這次“古陸生活”持續了大約1億年的時間。
然後，再談談關於陸相地層沉積演化的秘密。
從距今約2.05億年，即從侏羅紀開始，這裡處於辮狀河-扇三角洲-沼澤環境中，沉積了厚約3000米的含煤碎屑岩沉積，也是很好的含油氣地層。從距今2.05億年—0.96億年之間，持續了大約1.1億年的時間。
距今約0.95億年的時候，即早白堊世末期，這裡發生了構造運動，叫做燕山運動，導致了柴達木盆地周圍山脈的進一步形成和抬升，從而導致了早期沉積岩層抬升地表接受風化剝蝕。
進而造成上白堊統沉積地層的缺失，結束了水上雅丹沉積的基地沉積演化階段，從而為水上雅丹岩層的形成及其改造奠定了重要基礎。
燕山運動是三疊紀末到白堊紀時期中國廣泛發生的地殼運動。使我國許多地區，地殼褶皺隆起，成為綿亙的山脈。燕山運動對我國大地構造的發展和地貌輪廓的奠定，都具有重要意義，今天我國地勢起伏的大體輪廓，就是在燕山運動中初步奠定的。特別是西部地區，許多在燕山運動中已經形成的山嶽再次被抬升，這種變動直到今天還沒有完全停止下來。
敦煌莫高窟旁的月牙泉為何“千年不幹”？未來會乾涸消失嗎？
月牙泉、莫高窟、九層樓景觀融為一體，構成敦煌城南一脈相連的“三大奇蹟”。到莫高窟旅遊的，都會去月牙泉。反之，去月牙泉旅遊的，也會去莫高窟。因為兩者離得比很近，莫高窟位於沙鳴山東麓斷崖，而月牙泉則位於鳴沙山北麓。
那麼，自漢朝起即為“敦煌八景”之一，素有“沙漠奇觀” “塞外風光之一絕”“沙漠第一泉”的月牙泉，處於一望無垠大漠深處之中，為何幾千年過去沒有乾涸消失，成為“千年不幹”呢？
月牙湖形成於更新世末期，大概是距今5—10完年期，屬於河道殘留湖泊。月牙泉是附近黨河的一段古河道，大約4000多年前，黨河改道，大部分古河道被流沙淹沒，月牙泉一段為地勢最低處。由於地下潛流出露，彙集成湖。
從月牙泉形成依賴，地下水、地表水均是自然狀態下發生的補給、徑流、排洩過程，特別是黨河在祁連山大量冰雪融水和降雨的補給條件下，黨河河床長年流水不斷，這是月牙泉“千年不幹”的主要原因。
由於河床下部多分佈為鬆散的砂礫石層，河水在徑流過程中產生大量的滲漏，為本地區域地下水提供了豐富的補給源。區域性水位普遍較高，這種區域性高水位的地下水，為月牙泉提供了具有充分保障的補給源，這是月牙泉在這種極端乾旱的條件下數千年不幹涸的秘密所在，也就是早期歷史時期泉水動態一直比較穩定的原因。
上世紀60年代以前，區內基本上沒有什麼大的水利設施和地下水開採工程，月牙泉地區區域地下水、地表水均是自然狀態下發生的補給、徑流、排洩過程，所以月牙泉水面一直保持正常的動態平衡狀態。
據20世紀50年代測量數據（嶽峰等，2007），月牙泉水面東西長250米，南北最寬處60米，平均水深6.5米，最深處8.5米有餘，水域面積減少為18680平方米。而到1997年，月牙泉平均水深降到1.6米，水域面積減少為5380平方米（表2）。
面對正在到來的全球氣候異常、人口暴漲及經濟社會發展所帶來的越來越超載的資源環境生態承載力，月牙泉還能堅持多久？未來會乾涸消亡嗎？
敦煌莫高窟的年降水量不足50毫米，但蒸發量卻超過2500毫米，是中國最為乾旱的地帶之一，正是這裡，依託著徑流量並不大的黨河，走過了數千年薪火不滅的歲月。
這要從月牙泉水生態系統說起。作為四周被沙漠包繞的小湖泊，月牙泉水位變化的影響因素，主要包括自然因素和人為因素。
首先是自然因素。
自然因素主要是湖水面蒸發和風成沙淤積，尤其是大漠腹地深處，一方面四季降雨量少，蒸發作用強烈，另一方面乾燥、滾燙的浩瀚沙海對“小湖泊”有吸乾作用。此外，頻繁發生的沙塵暴作用，造成沙暴沉降淤積，最終導致湖水面變淺。
其次是人為因素。
主要是20世紀70年代以後，當河水庫修建導致黨河河水全部被截留入庫。由於人口增加及耕地面積增加，地下水開採利用，導致黨河河水猛然減少（表2）。
相比之下，自然因素造成的破壞影響是相對次要的。上世紀60年代以來，大規模水庫修建和地下水開採利用，造成的湖水生態環境的退化，這是造成月牙泉湖水迅速減少的主要原因。
面對正在到來、越來越嚴重的全球氣候異常，人口暴漲需求及經濟社會發展所帶來的越來越超載的資源環境生態承載力，月牙泉如何才能實現下一個“千年不幹”，確保敦煌地區的可持續發展？
如何確保月牙泉再次“千年不幹”，這是對我們智慧的考驗。關鍵是，在確保不再修建黨河水利工程和地下水開採利用前提下，恢復、確保地下水-地表水系統維持原有自然狀態條件，實施科學補給、徑流、排洩措施。
具體就是，遵循月牙泉補水機理，結合整體水生態保護與修復建設，營造月牙泉原生態自然環境，打造基於月牙泉及黨河水生態保護和修復的生態水利工程。
恰好的地質背景，造就了恰好的西北大沙漠，恰好的西北大沙漠早就了恰好的河西走廊，恰好的河西走廊造就了恰好的敦煌，恰當的敦煌恰好位於大漠深處的東西南北交匯處，恰好大漠深處的東西南北交匯處恰好分佈有鳴沙山，恰好沙鳴山的東麓恰好分佈有“洞窟地層”，恰好僧人樂尊在恰當的時候恰好路經此地，恰好、恰好遇上這裡“金光閃耀”恰好“如現萬佛”……
這就是巧合，地質與歷史的巧合，自然與人文的巧合，沙漠與文化的巧合，大自然的鬼斧神工與歷史人文的巧奪天工的巧合，這就是時間與空間的巧合，所有這些偶然與必然的巧合，造就了神奇的世界佛教藝術聖地——敦煌莫高窟。
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新發現之旅：科學解密敦煌莫高窟
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