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專訪姚檀棟、范蔚茗：為什么青藏高原是科學研究的理想之地

點擊：3160  作者： Jane Qiu    來源：知識分子  發布時間:2016-03-29 11:50:38

 

 

    撰文 | Jane Qiu

    翻譯 | 鄧志英 王玫珺

    校譯 |  錢心怡

 

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    青藏高原及其擴展到周邊的山地，占地超過500萬平方公里——將近中國大陸面積的一半。這里有著除南北極外最大的冰川面積，因此也被稱作地球的“第三極”。

 

    2012年啟動的“青藏高原多圈層相互作用及其資源環境效應”項目是中國科學院B類先導戰略研究專項，五年預算超過2億元（約合4000萬美元），由位于北京的中國科學院（CAS）青藏高原研究所（ITP）主導。2014年1月，中國科學院在青藏高原研究所總部設立青藏高原地球科學卓越創新中心，旨在為該領域的研究提供長期支持并提高其學術水準。

 

    青藏高原研究有什么樣的重要性？進展如何？全球變暖對青藏高原有什么樣的影響？以及如何加強國際合作？

 

    就這些問題，《國家科學評論》(NSR)近期采訪了中國科學院青藏高原研究所所長、中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心主任姚檀棟院士以及中國科學院青藏高原研究所常務副所長、中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心副主任范蔚茗研究員。

 

    1、一個理想而獨特的自然實驗室

 

    NSR：青藏高原研究的重要性體現在何處？

 

    姚檀棟：青藏高原的重要性可以從科學層面和社會層面進行闡釋。從科學層面來講，研究該領域主要是出自對地球如何演化的好奇。青藏高原是解答這一問題的最佳地區之一。由于歐亞大陸和印度次大陸的碰撞，這一地區發生了一系列變化，這些變化大多由高原海拔升高引起。河流與冰川的形成、季風的演化以及冷適應動物與生態系統的出現都在其影響范圍內。可以說青藏高原是研究這一系列完整過程的理想之地。

 

      姚檀棟，冰川學家，中國科學院青藏高原研究所所長、中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心主任。Jane Qiu供圖

 

    范蔚茗：過去幾十年，地球科學從聚焦單領域研究發展到重視多學科研究，這也是青藏高原研究的發展方向。對地球系統科學而言，青藏高原是一個理想而獨特的自然實驗室。從地質學角度來看，青藏高原無疑是世界上獨一無二的地方。它自身最大的謎題之一，是為什么它的面積如此遼闊，表面變形卻如此之小——與崎嶇的喜馬拉雅山脈相比，青藏高原表面的大部分地形是相當光滑平坦的。

 

    姚檀棟：的確如此。最初的興趣涵蓋了地質與地球物理學、地理學、生物學等不同學科。現在我們從地球系統科學的視角來探索這一地區的演化，并著重于不同圈層之間的相互作用，大氣圈、冰凍圈、巖石圈、水圈、生物圈和人類生命圈都包括其中。由于對氣候變化的高度敏感，冰凍圈的變化在最近幾十年得到了高度關注。

 

    從社會層面來看，人類活動，或者說人類圈對青藏高原的影響在20世紀的后半世紀急劇增加，尤其是在政策角度這已成為一個備受關注的話題。青藏高原及其周圍山地——憑其除南北極之外最大的冰川面積而以地球“第三極”而著名——可以通過影響季風、提供寶貴的水資源和生態系統服務而直接影響這一地區的20多億人。但相比南北兩極，與其相關的研究卻少得多。

 

    范蔚茗：青藏高原還會以地震和滑坡等形式對人類造成影響，2008年的汶川大地震就是一個典型例子。青藏高原在區域及全球范圍都具重要意義：亞洲最大的10條河流由此發源，青藏高原也因此被譽為亞洲水塔；它還影響著大氣循環、亞洲季風、亞洲的旱澇模式甚至北美的氣候。此外，青藏高原上的造山運動會帶來豐富的資源，但這背后的過程卻鮮為人知。同樣不為人知的還有這一地區的采礦潛力，這既具學術價值又能帶來實際利益——盡管我們也應該考慮大規模采礦的可行性及其對環境的影響。

 

    范蔚茗，地質學家，中國科學院青藏高原研究所常務副所長、中國科學院青藏高原地球科學卓越創新中心副主任。范蔚茗供圖

 

    NSR：在青藏高原工作是什么樣子的？

 

    姚檀棟：青藏高原是世界上最美的地方之一。我還未見過誰不為她的美麗與寧靜而肅然起敬的。但在這里工作也極具挑戰性:我們經常去海拔很高的偏僻之地，那里的氧氣含量和大氣壓都極低，這些都會對人的生理產生直接影響；天氣也十分寒冷，常常是“風雪如刀面如割”。

 

    范蔚茗：在這里工作無疑比在大多數其他山區工作都更具挑戰性。我們必須自己露營、做飯，還有可能碰上車輛故障或陷入泥坑的狀況。這就是為什么青藏高原研究需要申請更多的經費支持的原因——只有當研究設施都十分完備、車輛性能足夠好、衛星電話可以在有需要時使用了，我們才能把風險降到最小。與幾十年前相比，最近幾年的情況已經好了不少，但仍然還有很大的提升空間。

 

    姚檀棟：在這樣的環境中的工作感受，還和你對所從事的研究的熱愛程度有關。如果你足夠熱愛，這些艱苦的條件都算不了什么；如果你不喜歡，當然很容易被這些挑戰嚇退。我認識很多研究者，他們對青藏高原的研究抱有極大熱忱，甚至幾近癡迷。對他們而言，艱苦的環境和生理上的挑戰是不值一提的事。

 

    這跟登山十分類似，危險而富挑戰的登山活動對參與者的身體素質要求很高，但是很多人會花不少錢和幾年時間來準備攀登珠穆朗瑪峰和其他高峰。就如之前所說，人們對海拔的反應差別很大，這也會影響他們如何在高海拔的青藏高原應對挑戰。

 

    2、新研究回應板塊碰撞與高原上升爭議

 

    NSR：中國科學院在青藏高原研究上的重點是什么？

 

    姚檀棟：主要研究重點的確定是2012年啟動的“青藏高原多圈層相互作用及其資源環境效應”B類先導戰略研究專項和2014年成立的青藏高原地球科學卓越創新中心的優先研究中所體現的，聚焦于六個圈層的特征及過程機制的系統化、多學科交叉研究。其中包括四個核心領域：第一，板塊碰撞和高原隆升的時間和過程；第二，這一進程對高原淺表過程的影響；第三，地殼圈層之間的相互作用及其對周圍地區的影響；第四，地震、滑坡、冰湖潰決等與青藏高原相關的地質災害。最近幾年，這些研究已經收獲了一批富有影響力的成果。

 

     范蔚茗：確實如此。比如新研究對板塊碰撞和高原上升過程的爭論就做出了重要貢獻，這一爭論已持續數十年。有人認為碰撞發生在西部，有些人卻認為始自東部。現在，運用新測年法的一系列研究表明，碰撞是在6500–6000萬年前左右從中部開始的。不過目前并未形成定論，許多問題仍然充滿爭議。但有一點是明確的：這一過程遠比我們之前想得要復雜。

 

     姚檀棟：第二個重要貢獻則涉及青藏高原什么時候上升到足以影響周圍區域、又是什么時候達到現有高度，這一問題同樣充滿爭議。幾年前的同位素研究表明，青藏高原約在3500萬年前達到現有高度，但很多人并不認同這一結論。我們的最新研究顯示，3000萬年前青藏高原上升至了2500-3000米，并在大約400萬年前達到現有高度。

 

     第三個重要貢獻是發現青藏高原的冰川變化呈三種模態：強融模態、趨穩模態和趨進模態。這三種模態實際上是對季風和西風相互作用的三種模態的反映。在季風模態區，冰川退縮強烈，呈強融模態；在西風模態區，冰川退縮趨緩，呈趨穩模態；在西風與季風的交替作用區，大部分冰川穩定，部分冰川呈前進趨緩，稱之為趨進模態。這種特征也出現在湖泊變化、生態系統變化等過程，因此是一種連鎖式過程。

 

     范蔚茗：值得強調的是，板塊碰撞和高原上升的時間不僅僅對于地質學家富有意義。它也是理解這一地區整個地表過程和環境變化的關鍵，例如地貌學、河流的形成、亞洲季風的演變以及生態系統的變化。我們的長期目標是能夠充分理解這一機制，從而建立能夠模仿這些過程并預演未來變化的模型。

 

     姚檀棟：青藏高原上升會對周圍地區產生一系列影響。比如說，長江在2300萬年前演變成了現在的河道，這與高原上升是密切相關的。當高原達到它現有高度時，它就成為了長毛犀、北極狐、雪豹等許多動物的進化中心。一定高度的高原對大氣環流也有重要影響：它是西風帶的物理屏障，會引發亞洲季風的演變。如果沒有高原的存在，中國南部和東部就會是一片荒漠，而不是如今這樣肥沃的土壤。

 

     范蔚茗：還有一個正被研究的領域是板塊碰撞前的地質證據。雖然歐亞大陸的南部邊緣可能由于古特提斯洋板塊的俯沖而存在山脈——就好比在南美板塊之下太平洋板塊的俯沖形成了安第斯山脈，但在印度撞上歐亞大陸之前，高原并未形成。盡管應有以礦產資源形式表現出來的地質證據，但我們所知的大部分礦產資源都形成于歐亞大陸和印度次大陸的碰撞。這很令人費解，因為海洋板塊的俯沖是礦物形成的一個關鍵環節。

 

     3、氣候變暖下的高原

 

     NSR：在如今全球變暖的大環境下，青藏高原有什么變化？

 

     姚檀棟：一個重要的發現是，受到不同氣候帶影響的青藏高原，因為氣候變暖而發生了很大的變化。青藏高原對氣候變暖最大的響應特征是溫度劇烈上升。研究發現青藏高原溫度上升的幅度遠大于周邊低地和平原地區。平均變暖幅度是周邊低地和平原地區的兩倍。青藏高原大致可分為受西風帶影響、受亞洲季風影響以及兼受兩者影響的三大區域，這三大區域的冰凍圈、水圈和生物圈的不同表現特點反應出全球變暖對高原的影響。當溫度升高隨處可見，降雨模式改變的差別就會很大。過去一段時間，西風變得越來越強，同時帶來更多冬季降水；而季風變得越來越弱，并伴隨降水減少。其后果是，在印度季風主導區域，冰川后退非常嚴重，湖泊在縮小，生態系統也在惡化；而在西風主導區域，大多數冰川都維持原狀甚至還有前進，湖泊面積在擴大，生態系統也在好轉。

 

     4、共襄盛舉的“第三極環境計劃”

 

     NSR：為什么國際合作對于青藏高原研究十分重要？

 

     姚檀棟：青藏高原和它周圍的山地是一片獨特的地質與地理區域，許多特征與南北極相似。這些特征主要緣于它平均達4000米的海拔以及超過500萬平方公里的占地面積。它也影響著10多個國家和20多億的人口。要想真正了解這個地球“第三極“，我們必須采取整體研究并與鄰國合作。這也與地球系統科學本身的理念一致。在當今世界，若不兼備區域性和全球性視野，是無法成為一個優秀的地球科學家的。這是我們應該努力的方向，也是我們教導學生和科研工作者的思路。

 

    NSR：國際合作進展如何？

 

    姚檀棟：正是這種整體研究的理念促使我們在2009年發起了國際計劃“第三極環境計劃（TPE）”。我擔任主席，另兩位合作主席分別是來自美國俄亥俄大學的Lonnie Thompson和德國法蘭克福研究機構和博物館 “森肯堡世界生物多樣性”(Senckenberg World of Biodiversity) 聯盟的主任Volker Mosbrugger。我們與鄰近國家的科學家們進行了一系列密切合作, 內容包括共同考察、共同研究、共同組織會議、共同組織培訓研討會以及參與交流項目。我們與國際機構亦有合作。我們的計劃是UNESCO的旗艦計劃，與尼泊爾加德滿都的國際綜合山地發展研究中心有很好的協作。

 

     項目總部位于北京的TPE計劃正在逐漸擴展：TPE的加德滿中心已經和CAS的科教中心聯合運行；明年在美國也會成立一個TPE研究分中心；另一個歐洲分中心也正在籌謀之中。我們機構現在有很多來自第三極鄰國的博士研究生，例如來自尼泊爾、巴基斯坦、塔吉克斯坦和緬甸這些國家，他們中有超過十人已經畢業。這將是一個需要長期努力的過程。另外，與鄰國發展友好關系并建立合作也相當重要。

 

     5、未盡的挑戰

 

     NSR：青藏高原研究中遇到的主要挑戰是什么？

 

     姚檀棟：從研究的角度來說，主要的挑戰是發展能在高海拔應用的新方法和新技術，包括直升機，無人機和現場觀測自動化設備。在這方面，中國遠遠落后于發達國家，尤其是美國，這大大阻礙了青藏高原的研究。比如，常用于極地研究的直升機能大幅提高在青藏高原這種大區域的運輸效率，但在青藏高原研究中使用直升機還是奢望。

 

     范蔚茗: 科學家的跨學科合作也存在挑戰。同領域的研究人員能經常通過專門會議結識；但當他們要去其他領域尋找合作者時，就有些不知所措。而且來自不同教育背景、有著不同視角和專業知識的人之間常常存有交流障礙。將社會科學應用到我們的研究項目中更是具有挑戰性。

 

     姚檀棟：我認為這一方面要歸咎于我們的教育面太窄，沒有鼓勵學生要具備廣泛的興趣和開闊的視野。而且科學家的培養過早專業化了，這使他們很少能對自己領域外的東西產生興趣。

 

     范蔚茗：從政策角度來看，政府在青藏高原研究上不能只著重支持短期項目，而應有個長期的戰略計劃。大多數研究問題的解決需要長期觀察和現場實驗。這應該是建立CAS Centers of Excellence的理念，但我們仍在為長期的資金支持而苦苦掙扎。

 

     姚檀棟： 然而還是有發展而且振奮人心，比如CAS給橫穿青藏高原的High Elevation Observation Network觀測研究站提供長期資金支持。當然支持的力度還需要進一步加強。

 

     范蔚茗：國際合作在中國是個流行詞，但我覺得中國尚未為科學上的全球化做好準備，很多政策不利于國際合作。舉個例子，很多優秀的鄰國學者很愿意到中國工作或學習，但一旦他們來到這里后就會在住宿、學校教育、醫療保險等方面遇到阻礙。而且，在國外使用本就是為國際合作而設的儀器和科研經費還十分困難。所以在國外建立觀測研究站依舊是件棘手的事。

 

     姚檀棟：政治也是一個主要問題。巴基斯坦和阿富汗的政治動蕩已經影響到研究合作。幾年前，一些登山者在喀喇昆侖遭綁架和殺害，有相當長一段時間我們不得不停止往這個區域派遣研究人員。中國與印度間一直懸而未決的邊境問題同樣影響著兩國合作。邊境地區的合作還具很大潛力，從冰川學、水文學一直到生物多樣性研究，但這樣的研究仍是相當局限的。不過我們的確和印度學者們有積極的學術交流。與其他國家在該地區的合作已在大幅改善，這是個長期工程，我們不指望一夜之間會有改變，但會一直努力下去。

 

     NSR：您想對有志于從事青藏高原研究的學生和年輕科學家說些什么？

 

     姚檀棟：興趣是關鍵。青藏高原是這個星球最美麗的地方之一。從很多方面來看，青藏高原也是地球系統科學研究不可多得的寶地。它吸引著世界各地各行各業的研究者。我希望對地球科學感興趣的年輕人去青藏高原進行科學探索。能夠獻身于感興趣的科學事業是人生的一大殊榮。

 

     范蔚茗：年輕人可能先要對青藏高原研究有些了解，才可能對其產生興趣。科學家們有責任向年輕人講述高原研究的迷人之處，從而喚起他們的激情。在這方面我們做得還遠遠不夠。就如我之前所說，青藏高原是研究地球系統科學的一個理想天然實驗室。這就是一個比較新的概念，可能會在世界范圍內引起越來越多的關注。因而現在是投入這一領域研究的大好時機。

 

     姚檀棟：我們在引領年輕人了解青藏高原研究方面做得還不夠。現在已經有了一些針對本科生的研討班和夏令營，活動內容涵蓋研討會和參觀高原上的考察站，但我們需要做的還有很多。青藏高原研究正處其黃金時期，如果你對此有著濃厚的興趣，就把它選作終身的研究方向——那將是你一生最為寶貴的經歷!

 

      【英文原文2015年11月發表于《國家科學評論》(National Science Review, NSR)，原標題為“A sky-high view of the Third Pole: an interview with Tandong Yao and Weiming Fan”，題目及文中小標題為編者所加。NSR是科學出版社旗下期刊，與牛津大學出版社聯合出版。《知識分子》獲NSR和牛津大學出版社授權，在微博、微信和今日頭條刊發該文中文翻譯。】