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“吐鲁番”为维吾尔语的“最低地”。此处地处欧亚大陆腹心，深居内陆，远离海洋，周围为大面积的干旱区，夹处在东天山博格达山脉与库鲁克塔格山脉之间，形成著名的吐鲁番——哈密陷落盆地。又因气候极度干旱，流水搬运物质能力很弱，盆地中水力堆积作用甚微，而火焰山又盘亘在盆地中北部，阻拦效应使天山流水侵蚀的风化物质，难以进入盆地中心，其陷落后得不到物源补充，盆地自然越来越低洼。 吐鲁番远离海洋，海洋湿润气团无力进入，西来的大西洋
水汽山阻隔。其地势过低，山地与盆地在短距离内高差超过5600米，气流下沉增温产生的焚风效应，使得此地干燥炎热。故素有“火洲”之称。由于山地裸露，草木无覆，戈壁沙漠面积大，日照时间长，白天增温迅速，盆地过低，热空气不易散失，形成了北纬42°线以上世界唯一的热火炉。
吐鲁番属典型的大陆性干旱荒漠气候。虽然年平均温度只有14.5℃，然而超过35℃以上的日数却在100天以上，即使38℃以上的酷热天气也有38日之多。多年测得的绝对最高气温为49.6℃（1975年7月13日），而地表温度能达到83.3℃，是名符其实的“中国热极”。火洲多年平均降水只有16毫米，夏季占一半，而托克逊年降水量只有5.9毫米，终年不雨或雨而未觉亦不足为奇，可以算得上是“中国干极”。
尽管到了2008年已经没有明火烧山，但是此地独特的自然地理条件，仍旧将火焰山造就为“火焰山”，将吐鲁番造就为“火洲”。
话说唐三藏西天取经路阻火焰山，遇一长者道：“敢问公公，贵处遇秋，何返炎热？”老者道：“敝地唤做火焰山，无春无秋，四季皆热。”三藏道：“火焰山却在那边？可阻西去之路？”老者道：“西方却去不得。那山离此有六十里远，正是西方必由之路，却有八百里火焰，四周围寸草不生。若过得山，就是铜脑盖，铁身躯，也要化成汁哩。”三藏闻言，大惊失色，不敢再问…… 《西游记》中师徒四人初到火焰山时便遭遇这一段对话，从此引出了铁扇公主、牛魔王以及三借芭蕉扇的故事。如今的火焰山，依然屹立在吐鲁番盆地北部，绵延100多公里，宽10公里，海拔500多米。《山海经》中将其称之为“炎火之山”，维吾尔语叫“克孜尔塔克”，意为红山，隋唐时期曾叫它为“赤石山”。火焰山山体沟壑林立，曲折雄浑，寸草不生。在炎热的夏季，裸露的表层在太阳烘烤下温度可达75℃，热浪翻滚，使人透不过气来。由于地层堆积比较水平，加上岩层软硬相间，在经年雨水侵蚀下，顺坡形成一条条沟壑。山体侵蚀下来的物质，在山麓前形成红色的洪积扇裙，扇裙前缘在干旱环境下又形成无数多边形龟裂，格外引人瞩目。
虽然高温难耐，但火焰山山体却又是一条天然的地下水库的大坝。正是由于火焰山居中阻挡了由戈壁砾石带下渗的地下水，使潜水位抬高，在山体北缘形成一个潜水溢出带，有多处泉水出露，滋润了鄯善、连木沁、苏巴什等数块绿洲，从而也造就了这一带的生命。
火焰山为什么这么热？一直以来有几种说法。头一种说法：
来自吴承恩，他“认为”火焰山的生成是孙悟空大闹天宫时，自太上老君炼丹炉出来，蹬掉几块带着余火的砖，落到人间形成的。当然了，这是传说。 还有一种说法认为火焰山的火，来自地下煤层的自燃。有学者在考察火焰山时曾经发现这一带历史上确实有过烈焰熊熊的时候，这是因为构成山体的地层中含有煤层。其中有的煤层厚达11米，它们曾发生过自燃，近地表较厚的已经自燃殆尽，而且还可以看见那留下的紫红色燃烧结疤。关于火焰山曾是一片火海，史书上也有记载。王延德的《高昌行记》说，“北庭北山（即火焰山），山中常有烟气涌起，而无云雾。至夕火焰若炬火，照见禽鼠皆赤。”而当唐代著名边塞诗人岑参第一次经过火焰山的时候，曾作诗《经火山》如下：“火山今始见，突兀蒲昌东。赤焰烧虏云，炎氛蒸塞空。不知阴阳炭，何独燃此中。我来严冬时，山下多炎风。人马尽汗流，孰知造化功。”】