在5亿年前，新疆地区曾是一片广阔的海洋，而准噶尔和塔里木盆地则是两块独立的陆地。随着时间的推移，一系列的地壳运动将这两块陆地从海底隆起，变成了现在我们看到的山脉环抱的盆地。这些“孪生兄弟”最终在天山山脉再次升高后分道扬镳。
准噶尔盆地位于天山和阿尔泰山之间，其形状呈不等边三角形，东西长850千米，南北最宽处380千米，总面积达30多万平方千米，是中国第二大盆地之一。在这里，由于西北边缘有许多缺口，可以让来自大西洋和北冰洋较湿润气流进入，因此这里的年降水量能达到100～200毫米，比塔里木盆地要多。但同时，这些缺口也是冬季冷空气通道，使得1月平均温度可以下降到-20℃左右，将其归类为温带半荒漠气候。
绿洲在准噶尔盆地中相对稀少，但主要分布在天山北侧，那里的土壤肥沃，是小麦、瓜果等作物之所至。在地下，还蕴藏着丰富的石油和天然资源。乌尔禾风城是由泥岩和沙岩经过长期风力的侵蚀而形成的一种特殊的地貌，它们像古代城堡般陡立。此外，在东部戈壁一处风蚀洼区内，还发现了硅化木，这表明了一亿年前的环境非常适宜森林生长。
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