深瞳丨他們,正在破譯“青藏密碼”

2021-12-21 07:52:22 來源: 科技日報 作者: 楊雪 劉莉

深瞳工作室出品

科技日報記者 楊雪 策劃 劉莉

作為地球上最獨特的地質—地理—資源—生態單元,青藏高原被科學界稱作“天然實驗室”。這里的冰層下封鎖著千萬年來氣候環境變化的蛛絲馬跡,湖底則記錄著滄海桑田的變遷……

冰川上白茫茫一片,科考隊員的紅色衣服格外醒目,一行十幾人步履蹣跚,喘著粗氣,回到位于海拔5600米的科考營地。11月中旬,第二次青藏科考總隊長姚檀棟院士帶領的科考小分隊,完成了又一次在拉薩河1號廓瓊崗日冰川區的考察任務。高原逐漸進入嚴冬,科考工作將從大量出野外轉向以實驗室為主,我國第二次青藏高原綜合科學考察研究也即將進入第5個年頭。

科考隊員采集湖水樣品

有著“世界屋脊”“亞洲水塔”“地球第三極”之稱的青藏高原是我國重要的生態安全屏障和戰略資源儲備基地,也是亞洲眾多大江大河的發源地。同時,作為地球上最獨特的地質—地理—資源—生態單元,青藏高原被科學界稱作“天然實驗室”。這里的冰層下封鎖著千萬年來氣候環境變化的蛛絲馬跡,湖底則記錄著滄海桑田的變遷……

為探尋青藏高原蘊藏的地球奧秘,在時隔近50年后,2017年我國啟動了第二次青藏高原綜合科學考察研究。10大任務,260多家單位,7000多名科研人員,1500多個日日夜夜……科考隊員們在高山上爬冰臥雪,在河谷中徒步前行,在湖泊中乘風破浪。

他們是“第三極”上的探險家,卻無暇欣賞風景。

他們,正在破譯埋藏千萬年的“青藏密碼”。

科考隊員調查地質災害

“守護好世界上最后一方凈土”

2017年8月19日,由中國科學院青藏高原研究所牽頭,第二次青藏科考在拉薩正式啟動。啟動式上,一封特殊的來信令在場所有的科研人員沸騰——習近平總書記發來賀信,要求科考隊聚焦水、生態、人類活動,著力解決青藏高原資源環境承載力、災害風險、綠色發展途徑等方面的問題。并提出要“守護好世界上最后一方凈土”。

我國歷來高度重視青藏高原研究工作。1971年周恩來總理主持召開的全國科學技術工作會議上,制定了基礎研究八年科技發展規劃(1972—1980),青藏高原綜合科學考察研究是其中五個核心內容之一;1980年鄧小平等黨和國家領導人接見了出席首屆青藏高原國際科學討論會的中外科學家;2013年以來,習近平總書記就青藏高原生態環境多次作出重要指示:“保護好青藏高原生態就是對中華民族生存和發展最大的貢獻”“青藏高原生態十分脆弱,開發和保護、建設和吃飯兩難問題始終存在,在這個問題上,一定要算大賬,算長遠賬,堅持生態保護第一”。

20世紀70年代,我國開展了第一次大規模的青藏科考,全面完成了260萬平方公里的考察,取得了舉世矚目的成就。參與科考的劉東生、葉篤正、吳征鎰等先后獲國家最高科技獎,有40余名科考隊員先后當選為院士。

青藏高原研究之所以如此受關注,不僅因為它特有的地質地貌和資源,還因為它對周邊氣候甚至全球環境、資源等帶來的巨大影響。

姚檀棟這樣比較兩次青藏科考:第一次是發現,第二次是看變化。而近幾十年,這種變化之快,讓研究人員始料未及。

姚檀棟從學生時代第一次出野外,到如今擔任科考總隊長,已經在青藏高原上行走了近半個世紀。他明顯感覺到,青藏高原正在變暖、變濕、變綠,降水多了,植被好了,也沒那么冷了?!斑^去60年來,我們經歷了人類歷史上前所未有的氣候變暖,青藏高原作為地球‘第三極’,是全球氣候變化最敏感地區之一,其升溫率超過全球同期平均升溫率的兩倍?!?/span>

全球變暖,青藏高原氣候更宜人,難道不好嗎?但姚檀棟看到的卻是風險。

果然。

2016年7月,西藏阿里地區日土縣東汝鄉阿汝錯湖區冰川群53號冰川發生冰崩?!八鼛缀跏秋w下來的,冰體4分鐘內向下移動了5.7公里,形成冰崩扇前的速度約每小時90公里?!币μ礂澑嬖V科技日報記者,碎冰沖入阿汝錯掀起了10米高的巨大“湖嘯”,在湖對岸留下了清晰的沖刷痕跡,最遠達到離岸250米處。

2個月后,53號冰川南側的50號冰川也崩了。阿里地區發生這樣的冰崩,在有記錄以來是聞所未聞的。姚檀棟解釋,不同于藏東南冰川的周期性運動,阿里地區的冰川是極穩定的冰川,冰崩與氣候變暖直接相關。遙感數據顯示,從2011年開始,發生冰崩的兩個冰川都出現了上部冰體向下部快速遷移的現象,這說明冰崩的發生有一定積累過程。姚檀棟判斷,這種冰崩很可能繼續發生,他將這種冰崩看作一種新出現的冰川災害。

氣候變暖導致“亞洲水塔”功能失調,帶來一系列生態災害,冰崩只是“冰山一角”。2018年,雅魯藏布江下游加拉村附近色東普溝發生冰屑堵江;1981年和2016年,西藏聶拉木縣樟藏布冰湖發生潰決,對尼泊爾境內造成重大影響……

短期看,是水患加劇,水多了。但據科研人員預測,到本世紀中葉,冰川對河流徑流的補給將在達到最大值后逐漸減少,長遠看,將面臨水資源短缺。冰川融水一旦告急,下游干旱區的綠洲將難以為繼,氣候、環境、植被、資源、人的生產生活統統會發生改變。

“‘亞洲水塔’是亞洲人民的生命塔?!币μ礂澱f,以青藏高原為核心向東西南北不同方向輻散,涵蓋青藏高原、帕米爾、興都庫什、伊朗高原、高加索、喀爾巴阡等山脈,面積約2000萬平方公里,可以稱之為泛“第三極”地區。這一區域關系到全球20多億人口的生存發展。

正如習近平總書記在西藏考察時指出的,保護好西藏生態環境,利在千秋、澤被天下。

第二次青藏科考聚焦冰川、積雪、凍土、湖泊和河流等關鍵過程的變化,探索多圈層相互作用的地球系統科學前沿問題,關系到整個泛“第三極”地區的民生福祉。

科考隊員采集巖石樣品

“第三極”探險家的日常

第二次青藏科考設立了“亞洲水塔”變化與影響、高原生長與演化、生物多樣性保護與利用、人類活動與生存環境安全等10大任務,每個任務下還有眾多專題。近5年的時間里,7000多名科研人員都在做什么?

11月初,在喜馬拉雅北坡希夏邦馬峰達索普冰川,隨著直升機運下去最后一批冰芯樣品,中國科學院青藏高原研究所研究員徐柏青完成了今年最重要的野外任務。

冰芯,就是從冰川頂部自上而下打鉆得到的圓柱狀冰樣,它們是冰川研究者的“寶貝疙瘩”。在冰川頂部的積累區,越往下冰層形成的年代越久遠。一層一層就像樹的年輪一樣,可以把地球環境變化信息記錄下來。徐柏青是第二次青藏科考中冰川與環境變化考察隊的負責人,他的任務是通過不同冰川的冰芯,揭示這一區域冰川變化和氣候變化特征。

冰芯來之不易。徐柏青告訴記者,打冰芯需要在帳篷里作業。但白天陽光一照,帳篷內溫度能達到十幾度,打上來的冰芯會融化,所以只能夜里打。而冰川上光照尤其強,帳篷不能完全遮住光,晚上工作,白天補覺又困難,他們平均一天只能迷迷糊糊睡兩三個小時。

青藏高原有數以萬計的冰川,還有數以千計的就像“高原明珠”的湖泊。中國科學院青藏高原研究所研究員朱立平作為第二次青藏科考湖泊與水文氣象考察隊負責人,在給這些大大小小的“高原明珠”“做體檢”。

“用遙感技術可以知道湖面有多大,但湖水多深不知道,湖水是淡還是咸也不知道。所以,就要測量這些湖泊,進而掌握儲水量、水質等數據;再通過進一步的研究,就能夠預測這些湖泊未來的變化?!敝炝⑵秸f,他也需要打湖泊鉆——乘坐橡皮艇來到湖中央,爬上用浮筒或者浮箱搭建起來的約十幾平方米大、可載重3至5噸的作業平臺,把活塞采樣器放下水,穿進湖底的泥里,得到一個巖柱。從這個巖芯中的湖底沉積物,可以讀取氣候變化信息。

中國科學院古脊椎動物與古人類研究所研究員鄧濤行走在古遺址中尋找化石證據,來還原遠古時期動物和人類的生活場景。

中國科學院西雙版納熱帶植物園研究員楊永平穿梭在森林和草原之間觀察花花草草,給高原珍稀植物建立檔案……

科考啟動近5年來,來自260多家單位的科研人員在野外和實驗室來回切換,中秋節、國慶節甚至春節都經常是在野外的帳篷里過的。

科考隊估算了青藏高原儲水量——包括冰川水儲量、湖泊水儲量、主要河流徑流量,總和超過9萬億立方米。并預估21世紀末,如果將全球升溫控制在1.5攝氏度之內,青藏高原將升溫2.1攝氏度,冰川將消融三分之一。

科考隊發現,橫斷山區—祁連山森林分布區過去100年樹線位置平均上升了29米,最大上升幅度80米。中國科學院院士、北京大學教授樸世龍說,高山樹線上升增加了森林生物量,但壓縮了高寒灌叢、草甸的生存空間,增加了高海拔特有物種消失的風險。同時受青藏高原增溫影響的還有藏族人民的主要食物青稞,2000年以來,溫度每升高1℃,每公頃青稞產量降低0.2噸。

科考隊在青藏高原白石崖溶洞土壤沉積物中,獲得一系列有關生活在上一個冰河時代的人類種群——丹尼索瓦人長期在青藏高原活動的證據,將青藏高原史前人類最早活動歷史推至距今19萬年。

……

近5年來,科考隊還做了大量基礎工作,利用系留浮空艇、無人機、水下機器人、直升機等,初步建成了山水林田湖草沙冰一體化保護與系統化治理地球系統科考平臺?!斑@是我們目前最先進的科考平臺,大氣圈、冰凍圈、水圈、生態圈、巖石圈、人類圈所有這些圈層的變化過程,可以通過這一平臺在同一時間完整記錄下來?!币μ礂澱f。

科考隊員背著鉆取的冰芯樣品下山

傳承“青藏科學精神”

守護這方凈土不是件容易的事,甚至應該說,太難了。

直升機運輸,是近兩年才在希夏邦馬達索普冰川和阿尼瑪卿唯格勒當雄冰川用上的。此前打冰芯,全靠人力運輸。徐柏青說,他們通常要往返于海拔5000多米的前進營地和海拔7000多米的冰芯鉆探營地之間,送上去物資,帶下來冰芯。

靜謐的高原湖泊也不是想象的那般風平浪靜。朱立平說,打湖泊鉆,如果遇上大浪一起,人在作業平臺上就站不住了,遇上風浪最大的一次,回程時船是呈45度角“切”著浪走的,“學生在船頭拿盆不停往外舀水,我在船尾開船,最怕發動機熄火,給油要恰到好處,油加太多會‘憋死’,油不夠就會熄火”?;氐桨哆厾I地時,他們的沖鋒衣、抓絨衣、秋褲等里里外外的衣服全部都濕透,就像剛從水里撈出來一樣。

針對2018年雅魯藏布江下游加拉村附近色東普溝發生的冰崩堵江事件,2019年10月,中國科學院青藏高原研究所研究員楊威和同事徒步進入雅魯藏布大峽谷的原始森林,在堵江事發地安裝了10米高的監測塔,前后在野外住了十多天?!拔鞑貣|南部地區很潮濕,蟲子很多。夜里睡覺時,要在帳篷外再罩一層塑料布,但還是總被蜱蟲咬?!睏钔f,蜱蟲跟螞蟥一樣,往肉里鉆,得拿煙頭燙一下才能把整只蜱蟲拔出來,否則頭留在肉里不好辦。

……

盡管新時代的青藏科考有一系列新科技裝備加持,但高原反應、極端的野外環境、種種危險等客觀困難是必須靠人來克服的,而進入冰川、湖泊、森林開展考察工作,人力始終是不可替代的。最令人惱火的是,儀器也有“高原反應”。受高原特殊的氣壓、濕度、溫差等氣候環境影響,很多儀器上了高原就會失靈,有時候,科考隊員辛辛苦苦采集的數據,說沒就沒了。

記者采訪過的每一位在青藏高原做研究的科研人員,身上都有一種相通的氣質:樂觀、豁達、熱愛野外、特別能吃苦。他們腳踏實地,勇于探索,協力攻堅,勇攀高峰,這是我國老一輩行走在青藏高原上的科學家開創的、并一代一代薪火相傳的青藏科學精神。

新中國成立伊始,青藏高原研究還是一片空白。當時對青藏高原地區的科學研究,只有極少數的外國探險家和傳教士收集過一些零星資料。從那時起,青藏高原研究就成為我國國家戰略層面的科研任務??茖W考察工作也從20世紀50年代起陸續展開,對局部地區自然條件、地質、農牧等進行了一些專題性科考。

1973年,第一次青藏科考大幕拉開,由著名地理學家、土地資源學家孫鴻烈主持?;A條件差、物資匱乏的歲月,400多人毅然投身科考事業,啃壓縮餅干,喝水壺里已經涼掉的水,就是一頓午飯;最好的投宿地是部隊的兵站或地方的運輸站,住雙層大通鋪;無數次前方無路,無數次下河推車……4年時間,從喜馬拉雅山脈到藏北無人區,從橫斷山脈到阿里高原,科考隊員幾乎用腳步丈量了青藏高原全境。

這支特別能吃苦的青藏科考國家隊,開拓了青藏高原的科學大發現,也為爾后的青藏高原研究打下堅實基礎。這種基礎不僅是科研工作本身,還包括工作方式和精神面貌。

科考隊員進行高寒草甸調查

“第三極”研究看中國

青藏高原這塊土地的神秘曾被瑞典探險家斯文·赫定在他的著作《亞洲腹地旅行記》中這樣形容:“到1907年1月為止,我們對行星面上的這部分(青藏高原)與對月球背面同樣一無所知?!?00多年后的今天,在科學家們的探尋和儀器設備的測量下,青藏高原漸漸揭開神秘的面紗。

從新中國成立之初一窮二白、無力組織大規??瓶?,到如今組織數千人、預計長達10年的第二次大規模青藏科考。今天,中國的青藏高原研究走上了世界舞臺,并敞開懷抱,與全球各國科研機構攜手。

改革開放后,一大批受益于各項中外聯培計劃的科研人員,為青藏高原各研究領域帶來新的研究思路和方法。面向國際研究的前沿領域,我國青藏高原研究開始從以定性為主轉向定量、定性相結合,從靜態轉向動態、過程和機制,從單一學科轉向綜合集成,從區域轉向與全球環境變化相聯系。

隨著我國科研人員對青藏高原環境變化及其在全球生態環境中重要性認識的不斷深入,2009年,姚檀棟聯合國內外“第三極”研究科學家共同發起“第三極環境”國際計劃,致力于推動“第三極”地球系統多圈層研究,服務區域可持續發展。

美國伯德極地研究中心朗尼·湯普森教授是“第三極環境”的聯合主席之一。這位“第三極”的“好朋友”,疫情之前幾乎每年都要上青藏高原野外考察,盡管已經70多歲,還做過心臟搭橋手術。另外兩位聯合主席是德國國家自然博物館館長、古生物學家??恕つ共剪敻窠淌诤鸵μ礂?。

“第三極環境”每年開一次例會,約定往后在尼泊爾、印度、美國、德國開,各國輪流做東。但2011的年度例會竟然是在冰島開的。原來,冰島總統聽說了這一計劃,希望與北極研究結合起來,特發出邀請。

這種跨國家、跨地域、跨學科聯合研究的方式,把歐美研究者擅長的模型、方法引入“第三極”地區,同時共享更多野外一手數據,推動研究領域整體發展。

近年來,中國科學家對青藏高原的研究論文數量和引用率穩居世界第一。世界極地科學圈中,由中國科學家主導的“第三極”研究作為一支崛起的力量備受關注。

全球都在關心氣候變化,科學共同體期待來自“第三極”的聲音。接下來,第二次青藏科考將繼續聚焦“變化”,回答一系列問題:如何整合各類觀測與模型,預測氣候變暖下亞洲水塔未來的命運?青藏高原環境變化給周邊地區帶來什么影響,如何應對?青藏高原是怎樣響應全球變化的?高原生態演化與人類活動之間有什么關系……

青藏高原地球系統科學國家重點實驗室、青藏科考數據共享平臺、青藏科考地球系統多圈層綜合觀測平臺等也都在建設中。

科研人員們還將繼續在這塊神秘的土地上探索,努力解開藏在這里千萬年的秘密。

(文中圖片均由受訪者提供)

責任編輯: 冷媚
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