作者:谢午阳 顾林 来源:《国科大》 发布时间:2023/4/30 13:01:18
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有这么一群青年科学家,他们在世界屋脊一见如故

 

编者按:

在青藏高原这片独一无二的土地上,孕育了山峰、冰川、江河、湖泊、草原等独特“生命”。一直以来,青藏高原相关研究都是国际科技前沿的热点领域和国家层面的重大科技任务。一代代奋斗在青藏高原的科学家们,推动我国青藏高原研究事业进入国际第一方阵。

今天,在中国科学院青藏高原研究所(以下简称“中科院青藏高原所”),一支年轻的“国家队”逐渐站稳脚跟。他们秉持和发扬老一辈科研人员“脚踏实地、勇于探索;协力攻坚、勇攀高峰”的青藏科学精神,继续深入探索,为青藏高原研究注入青春活力。

五四青年节之际,中国科学院大学(以下简称“国科大”)校刊《国科大》推出五四专题特稿“青藏高原——我把青春献给你”,展现青年师生奉献高原、献礼青春的魅力风采。

中科院青藏高原所北京部大楼一共九层,每层的电梯间都贴着一幅气势磅礴的高原风景照。从一层的果果塘大拐弯,到八层的珠穆朗玛峰,再到九层的世界屋脊俯瞰图,楼层从低到高,海拔层层攀升,代表性景观也不断“演化”。爬个楼的工夫,青藏高原的壮美已然略知一二。

有这么一群青年科学家,他们在不同海拔上工作——或是从孢粉中寻找古生态的线索,或是在湖泊下探寻万年的气候变化,或是研究冰川消融对周边生态的影响,或是思考如何给冰川“做体检”、预警冰崩。

他们来自四面八方,但都在世界屋脊阅读万年沧桑巨变;他们在电梯间中来来往往,也随时准备向高原再次进发。

曹现勇在墨脱县进行表土采样

曹现勇:一眼两万年

国科大博士生导师、中科院青藏高原所研究员

所在团队:古生态与人类适应团队

为了“两万年”,上高山

2018年7月,刚加入中科院青藏高原所不久的曹现勇,第一次踏上青藏高原这片土地。

早在国外学习和工作期间,曹现勇就对亚洲孢粉与古生态变化十分感兴趣。但由于没有实际踏足过高原地区,他只能根据已有研究中的孢粉数据进行分析。“那时,真是叫盲人摸象。”曹现勇笑着说。

孢粉是孢子和花粉的总称,只要是植物,几乎都能产生孢粉。不同植物孢粉的形态不同,且保存时间很长。这使得孢粉成为研究古植被分布,进而推断气候变迁的绝佳工具。

然而,利用孢粉进行古植被研究也存在一定的问题。由于各种因素的影响,埋藏在沉积物中的孢粉,并不能直接反映植被类型。另一方面,孢粉需要在高倍显微镜下进行肉眼鉴定,其鉴定标准存在一定主观性,这也直接影响了鉴定的准确性,进而影响古植被重建的质量。

回国后,曹现勇主要研究古生态与人类活动的关系。用他自己的话说,就是“既要研究‘人’,又得把‘人’撇开”。换言之,他既想知道人类活动对古植被的影响,又想获得在没有人类活动干扰下,古植被的自然演变规律。“我们想知道,在末次盛冰期以来,也就是两万年这个时间尺度下,青藏高原古生态的演变过程。”曹现勇介绍。在这一过程中,孢粉成了他所能获取到的少数直接、有效的证据之一。

较之欧美国家利用孢粉记录做植被、气候相关研究而言,亚洲地区由于自然地理要素及人类活动情况较为复杂,研究难度也相应较大。针对独特的青藏高原地区,想要获得孢粉与现代植被、气候及人类活动关系的一手资料,“上高山”势在必行。

与高原第一次亲密接触

第一次上青藏高原,曹现勇的目的很简单,就是要把青藏高原主要区域植被类型对应孢粉的“家底”摸清。

“我们先对这块区域现代的孢粉组合有所了解,如果在地层中发现类似的孢粉组合,就能更容易比对、推断当时的植被类型和气候条件。”曹现勇介绍。因为要做涵盖整个青藏高原地区的植被调查和孢粉分析,出发前,他预计会在高原待上一个多月。

尽管做好了前期准备,但刚进入青海省玛多县(青海省海拔最高的县,平均海拔4500米以上)的第一天,曹现勇还是出现了严重的高原反应。

刚下车的时候,许是兴奋劲儿没过,曹现勇高高兴兴地提着行李就往楼上跑。可爬着爬着,他越发觉得吃力。“大概是爬到一半,还没到一层半那个小平台,视野就开始暗下来了。”曹现勇对当时的场景“历历在目”,“不一会儿的工夫,我就什么都看不见了。”摸着“黑”,扶着楼梯扶手,他艰难地爬到床上,这才终于喘上一口气来。“咚咚咚,咚咚咚……心跳的声音清晰可闻。”曹现勇回忆,“晚上一点儿都睡不着觉,这种情况持续了整整3天。”

有了在玛多县的经历,接下来几天,曹现勇一直过得小心翼翼。

但研究工作总归要进行下去。为了采集到更有代表性的样品,曹现勇一行常常需要“不走寻常路”——人迹罕至的小路,甚至是挂在悬崖峭壁上、只有一条车辙的“单行道”。山上多是土路,沿路也尽是大小不一、形状各异的石块。颠簸、陷车、爆胎,是科考路上的常态。第一次与青藏高原的“亲密接触”,就在这一路颠簸之中落下了帷幕。

后来的好几次,曹现勇去高原前都会在拉萨待两天。得益于“一所三部”的运行模式,除北京部“大本营”,中科院青藏高原所在西藏自治区拉萨市设有拉萨部,供科研人员工作生活之用。“我觉得这很有必要。”曹现勇说,“拉萨部的海拔在3600米左右,在那里适应几天,准备好野外装备,再往高处去就容易多了。”

什么植被都有了

青藏高原是科研人员的广阔天地。第一次科考的经历尽管并不算愉快,但曹现勇并没有停下脚步。同年11月,他再次踏上青藏高原,向西藏自治区东南部、雅鲁藏布江中下游的墨脱县出发。这次,青藏高原没有再让他“失望”。

往墨脱县行进途中,一行人需要穿过一条大隧道。隧道长约几公里,里边黑咕隆咚的,好不压抑。车开了好久,终于开出了隧道。“当时真是豁然开朗。”曹现勇回忆,“云雾就在车边围绕,仙气飘飘的。”

现如今,于曹现勇而言,科考就是最好的放松。“在野外,什么烦心事儿都不用想。”在青藏高原上,曹现勇带着学生们取样、打钻、做植被调查,一路走一路讲,背靠青山,脚踩云雾,仿佛与这片天地融为一体。

给曹现勇的另一个惊喜,则是墨脱县的植被垂直分布。在行路过程中,他见到了一整座山的剖面。沿着剖面,从山脚到山顶,从热带植物到冰川植被,不同层次穿插排列,活脱脱一个全家福级别的植被垂直分布图,漂亮极了。“墨脱简直就是我们研究的‘天堂’。”曹现勇兴奋地说,“从暖到冷,什么植被都有了。”

王君波在高原湖泊科考

王君波:在悬天之湖上探险

国科大博士生导师、中科院青藏高原所研究员

所在团队:湖泊与环境变化团队

风吹雨打都不怕

青藏高原植被类型丰富,除却其海拔差异大、气候类型丰富等因素作用,与其数量庞大、“营养”丰富的湖泊群也有莫大联系。青藏高原陆地面积只占全国的四分之一,但在这里“安家”的湖泊,面积超过全国湖泊总面积的一半。

开阔,是王君波对青藏高原湖泊最直观的印象。“这里是我国海拔最高、数量最多、面积最大的湖群区。”王君波介绍。他已经和青藏高原湖泊打了20多年交道。

在王君波眼中,这些湖都“悬在天上”。“北京平均海拔不到50米,而青藏高原大多数湖泊的海拔在4500米以上。”王君波说,“这是什么概念?相当于往天上走将近5公里路。它们就在天上飘着,让人很难适应这里的环境。”

白天的青藏高原,天气好的时候,湖面风平浪静。王君波笑着说,“这里的湖泊风光秀丽,是尚待开发的旅游资源。”

由于湖上环境的不确定性,晴天之下瞬间而至的狂风骤雨,几乎是他们湖面工作的家常便饭,他们也因此时常担心无功而返。

此外,由于海拔较高,即使是夏季,高原的夜晚依然十分寒冷。

曾经,王君波和团队去西藏自治区那曲市尼玛县的湖泊当惹雍错考察。到了傍晚准备返程时,由于通讯设备出现故障,作业小队无法和大部队取得联系,原定接应的车辆迟迟未能出现。“那一夜,真的挺残酷的。”王君波回忆,“我们把船停靠到岸边,只能靠燃烧动物粪便烤火取暖,捱过了那个寒夜。”看似轻描淡写,但这次经历给王君波留下了深刻的印象。

“风吹雨打都不怕,把湖泊考察工作做好是我们工作的核心。”王君波说。

挖得更深,探得更远

湖泊为青藏高原带来了不一样的灵动。湖泊岩芯也蕴藏着气候和环境变迁的丰富信息,是青藏高原的自然“地质档案”之一。

与其他地区的湖泊不同,青藏高原湖泊受人类活动的影响较小,湖泊状态及其历史演化,很大程度上是环境自然变迁的结果。王君波和团队希望,从湖泊岩芯等介质中,挖掘出青藏高原变迁的历史记录。

挖掘记录,就得从湖底找线索。在水深较深的湖里,想采集需要的样品,非常困难。

2020年8月,由王君波带队,团队在西藏自治区中部、海拔4700多米的湖泊纳木错采集到近150米的岩芯样品,创造了我国湖泊岩芯钻探深度的新记录。然而,成功背后,是一个接一个的困难。“我们原计划两个月就能搞定,但实际上分了两个年度才做成。”王君波说。

由于种种原因,同样是水上作业,相比于深海钻探大平台、大机器作业,湖泊钻探在技术发展上还存在较大距离。当时,团队面临着两大难点。一是不能在纳木错湖面环境下把钻探平台固定住,无法确保作业安全;二是需要在同一个地方多次采样,才能获取连续的样品,但当时的条件没有办法确保采样定位在同一个点位。“第一年度的方案就这么失败了。”王君波有些气馁。

到了第二年,团队花时间做了大量测试,最终设计建造出一个80余平方米的采样平台,并配套了相应的固定系统,确保采样稳定。“湖泊研究算是我们的强项,但巧妇难为无米之炊,没有样本,一切都白搭。”王君波说,“好在,我们最终给出了满意的答案。”

解决了采样这个技术难题,他们终于可以在湖泊上做专业“文章”了。这次150米级别的成功钻探,为重建该地区近20万年的连续气候环境记录打下基础。

有了这个突破之后,团队计划做更大胆的尝试,挖得更深、探索更远的时间尺度。

为科考提供“支点”

要想走得更远,保障必不可少。

除湖中钻探平台,中科院青藏高原所还在高原地区建立了许多野外观测研究站,用于开展长期定位观测,以支撑相关的研究。“可以说,青藏高原的野外台站,是我们所的立所之本。”王君波说。在这片土地上,他还有另一个身份——中科院纳木错多圈层综合观测研究站站长。

观测、研究、支撑、服务,是高原地区野外台站的四大功能。王君波介绍,在纳木错,自2005年建站至今,纳木错的气候状况、湖泊状态,以及周边河流和冰川等的监测工作,都依赖台站相应仪器设备的持续运行。

相较于平原地区,高原地区的野外台站还承担着重要的支撑功能。高原地区尤其是无人区,野外环境变化大,存在诸多风险,台站就成了科研人员临时的家。“现在站上食宿条件越来越好,来站的考察人员更能安心开展工作。”王君波很是欣慰。

野外台站还兼具服务大众、提供科普教育、提升公众科学素养的功能。每年公众科学日,中科院青藏高原所拉萨部和几个野外台站“打包”面向公众开放,给当地居民带来一趟干货满满的高原科学之旅。“我对这块工作还是挺自豪的。”王君波说。通过科普研学活动,中科院青藏高原所的相关研究工作,也逐渐为更多人所知。

王君波觉得,青藏高原的壮美和神秘,只靠科普文章或视频展示,是远远不够的。每年,他都会邀请当地的孩子们到纳木错体验湖泊科考,为他们讲述科考的故事和意义。“能把我的老朋友——高原湖泊介绍给孩子们,我由衷感到高兴。”王君波笑着说,“未来,我还想把它介绍给更多人,一起在青藏高原体验旷野青春。”

张强弓在纳木错进行湖冰考察

张强弓:流动的岁月史书

国科大博士生导师、中科院青藏高原所研究员

所在团队:高寒环境质量与安全团队

走一步,再走一步

在高海拔地区采样,特别是在湖面上,永远是一个难点,却也是绕不开的一个点。张强弓和团队也面临同样的困境。

张强弓主要研究雪冰化学相关内容。所谓雪冰化学,用他自己的话说,就是“研究的对象是雪冰,研究的指标是化学”。雪冰是指在青藏高原高海拔地区冻结的水,以及雪、冰相关的物质。湖上结的、土里冻的,还有高耸入云的冰川,都属于雪冰的范畴。张强弓和团队需要对从雪冰中得到的样品进行化学分析,以进行下一步研究。

研究雪冰化学,采样是必做的功课。2023年开年不久,张强弓和团队就又来到纳木错,对湖面上的湖冰状态和水体情况进行采样和分析。

“想来有些后怕,当时着实有些贪心了。”张强弓回忆。尽管寒风微凛,张强弓和同伴却早已习以为常,甚至还略带欣喜——那天,他们的工作效率很高,原定于第二天才能完成的工作,当天就已经做得七七八八了。“干脆今天把活儿干完,明天咱就不来了。”张强弓心里这样想。

很快,当天的湖面作业全部完成。西藏的落日时间较晚,沉浸在完工喜悦中的他们,全然没有发觉已经到了晚上7点,太阳就要落山了。

天色渐昏,张强弓心里有些着急:湖面上一些地方的冰层已经被野风刮得层层叠叠,好似山峦一般。采样地点离湖岸直线距离不到两公里,负责接应的同伴却不知何时才能到位。原地等待,还是自己走回去,成了当时张强弓面临的艰难选择。“如果不走,天黑之后很快会迷失方向。夜间气温下降,我们很难在冰面上熬过一晚。”张强弓解释,“如果走,万一我们迷路了,遇到薄冰,后果不堪设想。”

再三讨论之后,张强弓决定立即出发,务必在天黑之前走出冰面。太阳逐渐下山,气温也随之下降。原本还似柳叶一般的寒风逐渐成了“大刀”,一柄一柄拍打在他们身上。顶着大风,张强弓一边走着,一边在心里默念:“一定要平安走到岸上去!”

一步又一步,在光滑而又凹凸不平的冰面上,张强弓和他的同伴艰难地行进了40多分钟,终于来到湖边。大家松了一口气。“冰面上这段时间,让我又一次感受到自然的浩瀚。”张强弓感叹,“在沧桑的岁月史书面前,人类显得那么渺小。”

跟着它的记忆走

张强弓的主要工作也和这“岁月史书”密切相关。他的研究主要包含两方面内容。

一方面是从冰川里找信息。随着积雪不断受压成冰,大气中的物质会被一层一层地“封锁”在冰川中,好似树木的年轮一般,记录着气候环境的变迁。因此,通过获取冰川的“年轮”——冰芯中的化学指标,人们就可以得知过去的气候环境变化和人类活动。与树木年轮、孢粉、湖泊沉积乃至古土壤等“史书”相比,就过去气候环境变化的记录而言,冰芯具有信息量大、保真性强、分辨率高,且时间尺度长等特点,堪称“无字的环境密码档案库”。

另一方面,则是从冰雪融水里看变化。目前全球气候变暖加剧,冰川加速消融已成常态。张强弓从冰川下游的河流、湖泊中提取样本,分析其中所含有的化学成分及其变化,以评估冰川消融对周边环境的影响。

“现在,冰川加速消融的影响是国际学术界关注的重点之一。”张强弓介绍,“我们都知道它会带来海平面上升、水资源短缺等问题。但青藏高原的冰川融化和南北极的又有区别,甚至更为复杂。”与南北极冰盖不同,青藏高原地区的冰川融水在入海前还需要途经大量的“水路”。这些“水路”,会给周边环境带来巨大改变。

有一次组会,张强弓和学生们开玩笑,说团队做研究的过程就像“辫状水系”。辫状水系,是指河流刚起源时,支流较多、彼此交织、形似编辫的河道。“尽管它流速比较慢。”张强弓一边比划一边说,“但它分明在积蓄着一种力量:起源的力量。”

在张强弓眼里,冰川的消融也是这样。目前,可能人们只看到冰川变小了,湖变大了,河道变宽了;然而,随着时间的推移,周边乃至整个下游的环境都将带来翻天覆地的变化。

“面对这种变化,我们不能坐在那儿独自忧愁,怀念它还伟岸的时候。”张强弓说,“得跟着它的记忆走,从古至今,看它发育成一条新的大河。”

杨威在冰川上科考

杨威:给冰川“量血压”

国科大博士生导师、中科院青藏高原所研究员

所在团队:环境变化与多圈层作用团队

灾害预警迫在眉睫

然而,并非所有冰川都是逐渐消融、缓慢积蓄力量的。随着部分冰川活动愈发剧烈,灾难尾随其后。

2016年7月,西藏自治区阿里地区冰川上部积累的大量冰体快速下泄,造成大规模冰川垮塌,导致冰崩,威胁当地居民生命财产安全。冰崩形成了面积近10平方公里的冰川塌方体,相当于1400个足球场的大小。2021年,印度杰莫利地区冰岩崩塌,除人员伤亡,还对下游水利、交通等基础设施造成严重破坏。两起大型冰崩事故,无一不向人类展现自然的“尖牙利齿”。

青藏高原地区有着除南北极,分布面积和数量最多的冰川地带。针对现代冰川,特别是青藏高原地区冰川的灾害监测与预警,迫在眉睫。

中科院青藏高原所有这么一群青年科学家,他们登山、凿壁、仪器布阵,为冰川“量血压”。杨威就是其中一员。

硕士研究生时期,杨威就对冰川很感兴趣。那时,他做的是古冰川相关研究,和张强弓一样,冰上采样曾是他的常态。到了博士研究生阶段,慢慢地,杨威开始转向现代冰川领域,研究方式也从取样分析变为利用仪器进行实时监测。

更要知其所以然

冰川与大气的相互作用、灾害的监测预警是杨威涉及最多的两大课题。前者主要考察气候变迁条件下冰川的变化,利用三维激光扫描、气象站等仪器设备,测量冰川的温度、运动速度等指标,从地域和时间等角度多方面考察冰川动向。而后者,则是他近几年来主力攻关的难点。

“如果‘咔’的一下,冰崩碎屑流把雅鲁藏布江堵上几天甚至几十天,形成一个堰塞湖。”说起冰崩的影响,杨威有些激动,“它的水位升得很高,就会淹没附近的村庄;要是继续溃决导致洪水,整个下游都会深受其害。”

2018年10月,西藏自治区林芝市色东普沟发生冰崩,导致雅鲁藏布江下游水位上涨60余米,对沿岸居民及交通线路构成巨大威胁。这件事,给杨威留下了极其深刻的印象。

资料显示,从2017年开始,色东普沟附近就陆续发生了10余次冰崩,雅鲁藏布江也几度发生堵塞。那时候,杨威的导师,国科大博士生导师、中科院青藏高原所研究员、环境变化与多圈层作用团队负责人姚檀栋院士就开始关注此事,团队也开始逐步跟进监测当地冰川动向。随着研究的深入,杨威所在的团队从“只能看它堵没堵”,开始深入到密切监测冰川崩塌的准确时间、分析崩塌的成因、构建崩塌模型、评估崩塌范围以及预测次生灾害等内容,在理解冰川崩塌机理、为冰川崩塌提供预警的同时,也为当地政府保护人民生命财产安全提供了一定的指导意见。

然而,成功预警的背后,是团队无数次的艰辛。“野外科考有一个特点。”杨威笑着说,“就是即使前期想得很周全,现实状况也完全可能倒个个儿。”在一次雅鲁藏布江冰崩点的监测中,团队就碰到过设备不听使唤的情形。

“当时,我们准备了两款卫星传输终端,调试好并用直升机吊上去。装好了,才发现不工作。”杨威回忆。没了“卫星”,团队就没法儿进行数据传输,也就没法儿当场测算,更没法儿做到实时监测。“这不成‘瞎子’了嘛。”杨威无奈地说。当天,团队就连夜给中科院青藏高原所拉萨部打电话,叫同事将供更换的设备送达色东普沟。

海拔越高,设备故障率越大。为确保设备在实际工作中不掉链子,团队还有一项特别的科研项目:雷达演练。2022年,杨威就曾与同事一道,前往珠穆朗玛峰海拔7000米的地方进行雷达演练,测试雷达运行情况。

“我们的目标是做珠穆朗玛峰近顶的测试。”杨威介绍,“前期,我们已经做了一些测试。但到了7000米或海拔更高的地方,仪器到底能不能用,还要打一个问号。”

向更高的海拔进发

攀登珠穆朗玛峰,对杨威来说,是“痛与苦的回忆”。抵达海拔7000米的作业地点之前,需要在海拔6500米被称为“魔鬼营地”的地方驻扎。“那里真的特别冷。”杨威回忆,“上来之后,脑袋也疼得‘咚咚’作响。”

当然,和高原反应打交道,他们早已“心照不宣”。“我们比较熟悉这种作业环境,知道肯定要头疼,所以也并不是特别担心。”在营地安顿下来后,队员们走出帐篷,开始进行一些轻微的拉练活动,试图让身体更快地切换到高原模式。

珠穆朗玛峰上,随着海拔升高,气温更低、氧气也更稀薄。一块日常生活中不起眼的电池,却成了仪器能否工作的关键。电池在这样极端的条件下能否正常供电,是杨威需要考虑的问题。

“上去以后,的确发现问题了。”杨威说。此前,团队虽然在冷库及其他海拔相对较低的冰川上做了测试,但在海拔7000米这样的极端环境,电池还是没能“扛住”。供电异常,会导致雷达仪器频繁重启,相应地,数据也无法正常获取。“把仪器辛辛苦苦弄上去了,电池却不供电了,这不白花力气了嘛。”杨威说。

有了这个教训,返回驻地后,杨威立刻着手为电池制作保温装置。这一次,仪器终于正常工作了。当然,海拔7000米并不是终点。调试好设备后,团队和专业登山队员一道,带着仪器和“改装版”电池,向更高的海拔进发……

从雪线以下到雪线以上,从植被、湖泊,再到冰川,不同的海拔总能遇到不同的风景,拥有不同的心情。但不变的,是探索自然、敬畏自然、保护自然的心。

“请原谅我们的不期而至。”每到一些无人地带,王君波总会在心里默念这句话。在他眼中,青藏高原是有生命的:“这里有好多动植物,有历史传承,有生长与演化……这就是一个广义的生命过程。”尽管去了很多次,每回落地拉萨,王君波依然十分激动。

在王君波、杨威、曹现勇、张强弓,以及中科院青藏高原所众多科研人员心里,青藏高原,一见如故。

(作者系国科大记者团成员 摄影/甘涵臣 汪晓惠 部分图片由受访者提供 原题:我们在世界屋脊,一见如故)

 
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