专访姚檀栋、范蔚茗：为什么青藏高原是科学研究的理想之地

点击：  作者： Jane Qiu    来源：知识分子  发布时间:2016-03-29 11:50:38

 

 

    撰文 | Jane Qiu

    翻译 | 邓志英 王玫珺

    校译 |  钱心怡

 

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    青藏高原及其扩展到周边的山地，占地超过500万平方公里——将近中国大陆面积的一半。这里有着除南北极外最大的冰川面积，因此也被称作地球的“第三极”。

 

    2012年启动的“青藏高原多圈层相互作用及其资源环境效应”项目是中国科学院B类先导战略研究专项，五年预算超过2亿元（约合4000万美元），由位于北京的中国科学院（CAS）青藏高原研究所（ITP）主导。2014年1月，中国科学院在青藏高原研究所总部设立青藏高原地球科学卓越创新中心，旨在为该领域的研究提供长期支持并提高其学术水准。

 

    青藏高原研究有什么样的重要性？进展如何？全球变暖对青藏高原有什么样的影响？以及如何加强国际合作？

 

    就这些问题，《国家科学评论》(NSR)近期采访了中国科学院青藏高原研究所所长、中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心主任姚檀栋院士以及中国科学院青藏高原研究所常务副所长、中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心副主任范蔚茗研究员。

 

    1、一个理想而独特的自然实验室

 

    NSR：青藏高原研究的重要性体现在何处？

 

    姚檀栋：青藏高原的重要性可以从科学层面和社会层面进行阐释。从科学层面来讲，研究该领域主要是出自对地球如何演化的好奇。青藏高原是解答这一问题的最佳地区之一。由于欧亚大陆和印度次大陆的碰撞，这一地区发生了一系列变化，这些变化大多由高原海拔升高引起。河流与冰川的形成、季风的演化以及冷适应动物与生态系统的出现都在其影响范围内。可以说青藏高原是研究这一系列完整过程的理想之地。

 

      姚檀栋，冰川学家，中国科学院青藏高原研究所所长、中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心主任。Jane Qiu供图

 

    范蔚茗：过去几十年，地球科学从聚焦单领域研究发展到重视多学科研究，这也是青藏高原研究的发展方向。对地球系统科学而言，青藏高原是一个理想而独特的自然实验室。从地质学角度来看，青藏高原无疑是世界上独一无二的地方。它自身最大的谜题之一，是为什么它的面积如此辽阔，表面变形却如此之小——与崎岖的喜马拉雅山脉相比，青藏高原表面的大部分地形是相当光滑平坦的。

 

    姚檀栋：的确如此。最初的兴趣涵盖了地质与地球物理学、地理学、生物学等不同学科。现在我们从地球系统科学的视角来探索这一地区的演化，并着重于不同圈层之间的相互作用，大气圈、冰冻圈、岩石圈、水圈、生物圈和人类生命圈都包括其中。由于对气候变化的高度敏感，冰冻圈的变化在最近几十年得到了高度关注。

 

    从社会层面来看，人类活动，或者说人类圈对青藏高原的影响在20世纪的后半世纪急剧增加，尤其是在政策角度这已成为一个备受关注的话题。青藏高原及其周围山地——凭其除南北极之外最大的冰川面积而以地球“第三极”而著名——可以通过影响季风、提供宝贵的水资源和生态系统服务而直接影响这一地区的20多亿人。但相比南北两极，与其相关的研究却少得多。

 

    范蔚茗：青藏高原还会以地震和滑坡等形式对人类造成影响，2008年的汶川大地震就是一个典型例子。青藏高原在区域及全球范围都具重要意义：亚洲最大的10条河流由此发源，青藏高原也因此被誉为亚洲水塔；它还影响着大气循环、亚洲季风、亚洲的旱涝模式甚至北美的气候。此外，青藏高原上的造山运动会带来丰富的资源，但这背后的过程却鲜为人知。同样不为人知的还有这一地区的采矿潜力，这既具学术价值又能带来实际利益——尽管我们也应该考虑大规模采矿的可行性及其对环境的影响。

 

    范蔚茗，地质学家，中国科学院青藏高原研究所常务副所长、中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心副主任。范蔚茗供图

 

    NSR：在青藏高原工作是什么样子的？

 

    姚檀栋：青藏高原是世界上最美的地方之一。我还未见过谁不为她的美丽与宁静而肃然起敬的。但在这里工作也极具挑战性:我们经常去海拔很高的偏僻之地，那里的氧气含量和大气压都极低，这些都会对人的生理产生直接影响；天气也十分寒冷，常常是“风雪如刀面如割”。

 

    范蔚茗：在这里工作无疑比在大多数其他山区工作都更具挑战性。我们必须自己露营、做饭，还有可能碰上车辆故障或陷入泥坑的状况。这就是为什么青藏高原研究需要申请更多的经费支持的原因——只有当研究设施都十分完备、车辆性能足够好、卫星电话可以在有需要时使用了，我们才能把风险降到最小。与几十年前相比，最近几年的情况已经好了不少，但仍然还有很大的提升空间。

 

    姚檀栋：在这样的环境中的工作感受，还和你对所从事的研究的热爱程度有关。如果你足够热爱，这些艰苦的条件都算不了什么；如果你不喜欢，当然很容易被这些挑战吓退。我认识很多研究者，他们对青藏高原的研究抱有极大热忱，甚至几近痴迷。对他们而言，艰苦的环境和生理上的挑战是不值一提的事。

 

    这跟登山十分类似，危险而富挑战的登山活动对参与者的身体素质要求很高，但是很多人会花不少钱和几年时间来准备攀登珠穆朗玛峰和其他高峰。就如之前所说，人们对海拔的反应差别很大，这也会影响他们如何在高海拔的青藏高原应对挑战。

 

    2、新研究回应板块碰撞与高原上升争议

 

    NSR：中国科学院在青藏高原研究上的重点是什么？

 

    姚檀栋：主要研究重点的确定是2012年启动的“青藏高原多圈层相互作用及其资源环境效应”B类先导战略研究专项和2014年成立的青藏高原地球科学卓越创新中心的优先研究中所体现的，聚焦于六个圈层的特征及过程机制的系统化、多学科交叉研究。其中包括四个核心领域：第一，板块碰撞和高原隆升的时间和过程；第二，这一进程对高原浅表过程的影响；第三，地壳圈层之间的相互作用及其对周围地区的影响；第四，地震、滑坡、冰湖溃决等与青藏高原相关的地质灾害。最近几年，这些研究已经收获了一批富有影响力的成果。

 

     范蔚茗：确实如此。比如新研究对板块碰撞和高原上升过程的争论就做出了重要贡献，这一争论已持续数十年。有人认为碰撞发生在西部，有些人却认为始自东部。现在，运用新测年法的一系列研究表明，碰撞是在6500–6000万年前左右从中部开始的。不过目前并未形成定论，许多问题仍然充满争议。但有一点是明确的：这一过程远比我们之前想得要复杂。

 

     姚檀栋：第二个重要贡献则涉及青藏高原什么时候上升到足以影响周围区域、又是什么时候达到现有高度，这一问题同样充满争议。几年前的同位素研究表明，青藏高原约在3500万年前达到现有高度，但很多人并不认同这一结论。我们的最新研究显示，3000万年前青藏高原上升至了2500-3000米，并在大约400万年前达到现有高度。

 

     第三个重要贡献是发现青藏高原的冰川变化呈三种模态：强融模态、趋稳模态和趋进模态。这三种模态实际上是对季风和西风相互作用的三种模态的反映。在季风模态区，冰川退缩强烈，呈强融模态；在西风模态区，冰川退缩趋缓，呈趋稳模态；在西风与季风的交替作用区，大部分冰川稳定，部分冰川呈前进趋缓，称之为趋进模态。这种特征也出现在湖泊变化、生态系统变化等过程，因此是一种连锁式过程。

 

     范蔚茗：值得强调的是，板块碰撞和高原上升的时间不仅仅对于地质学家富有意义。它也是理解这一地区整个地表过程和环境变化的关键，例如地貌学、河流的形成、亚洲季风的演变以及生态系统的变化。我们的长期目标是能够充分理解这一机制，从而建立能够模仿这些过程并预演未来变化的模型。

 

     姚檀栋：青藏高原上升会对周围地区产生一系列影响。比如说，长江在2300万年前演变成了现在的河道，这与高原上升是密切相关的。当高原达到它现有高度时，它就成为了长毛犀、北极狐、雪豹等许多动物的进化中心。一定高度的高原对大气环流也有重要影响：它是西风带的物理屏障，会引发亚洲季风的演变。如果没有高原的存在，中国南部和东部就会是一片荒漠，而不是如今这样肥沃的土壤。

 

     范蔚茗：还有一个正被研究的领域是板块碰撞前的地质证据。虽然欧亚大陆的南部边缘可能由于古特提斯洋板块的俯冲而存在山脉——就好比在南美板块之下太平洋板块的俯冲形成了安第斯山脉，但在印度撞上欧亚大陆之前，高原并未形成。尽管应有以矿产资源形式表现出来的地质证据，但我们所知的大部分矿产资源都形成于欧亚大陆和印度次大陆的碰撞。这很令人费解，因为海洋板块的俯冲是矿物形成的一个关键环节。

 

     3、气候变暖下的高原

 

     NSR：在如今全球变暖的大环境下，青藏高原有什么变化？

 

     姚檀栋：一个重要的发现是，受到不同气候带影响的青藏高原，因为气候变暖而发生了很大的变化。青藏高原对气候变暖最大的响应特征是温度剧烈上升。研究发现青藏高原温度上升的幅度远大于周边低地和平原地区。平均变暖幅度是周边低地和平原地区的两倍。青藏高原大致可分为受西风带影响、受亚洲季风影响以及兼受两者影响的三大区域，这三大区域的冰冻圈、水圈和生物圈的不同表现特点反应出全球变暖对高原的影响。当温度升高随处可见，降雨模式改变的差别就会很大。过去一段时间，西风变得越来越强，同时带来更多冬季降水；而季风变得越来越弱，并伴随降水减少。其后果是，在印度季风主导区域，冰川后退非常严重，湖泊在缩小，生态系统也在恶化；而在西风主导区域，大多数冰川都维持原状甚至还有前进，湖泊面积在扩大，生态系统也在好转。

 

     4、共襄盛举的“第三极环境计划”

 

     NSR：为什么国际合作对于青藏高原研究十分重要？

 

     姚檀栋：青藏高原和它周围的山地是一片独特的地质与地理区域，许多特征与南北极相似。这些特征主要缘于它平均达4000米的海拔以及超过500万平方公里的占地面积。它也影响着10多个国家和20多亿的人口。要想真正了解这个地球“第三极“，我们必须采取整体研究并与邻国合作。这也与地球系统科学本身的理念一致。在当今世界，若不兼备区域性和全球性视野，是无法成为一个优秀的地球科学家的。这是我们应该努力的方向，也是我们教导学生和科研工作者的思路。

 

    NSR：国际合作进展如何？

 

    姚檀栋：正是这种整体研究的理念促使我们在2009年发起了国际计划“第三极环境计划（TPE）”。我担任主席，另两位合作主席分别是来自美国俄亥俄大学的Lonnie Thompson和德国法兰克福研究机构和博物馆 “森肯堡世界生物多样性”(Senckenberg World of Biodiversity) 联盟的主任Volker Mosbrugger。我们与邻近国家的科学家们进行了一系列密切合作, 内容包括共同考察、共同研究、共同组织会议、共同组织培训研讨会以及参与交流项目。我们与国际机构亦有合作。我们的计划是UNESCO的旗舰计划，与尼泊尔加德满都的国际综合山地发展研究中心有很好的协作。

 

     项目总部位于北京的TPE计划正在逐渐扩展：TPE的加德满中心已经和CAS的科教中心联合运行；明年在美国也会成立一个TPE研究分中心；另一个欧洲分中心也正在筹谋之中。我们机构现在有很多来自第三极邻国的博士研究生，例如来自尼泊尔、巴基斯坦、塔吉克斯坦和缅甸这些国家，他们中有超过十人已经毕业。这将是一个需要长期努力的过程。另外，与邻国发展友好关系并建立合作也相当重要。

 

     5、未尽的挑战

 

     NSR：青藏高原研究中遇到的主要挑战是什么？

 

     姚檀栋：从研究的角度来说，主要的挑战是发展能在高海拔应用的新方法和新技术，包括直升机，无人机和现场观测自动化设备。在这方面，中国远远落后于发达国家，尤其是美国，这大大阻碍了青藏高原的研究。比如，常用于极地研究的直升机能大幅提高在青藏高原这种大区域的运输效率，但在青藏高原研究中使用直升机还是奢望。

 

     范蔚茗: 科学家的跨学科合作也存在挑战。同领域的研究人员能经常通过专门会议结识；但当他们要去其他领域寻找合作者时，就有些不知所措。而且来自不同教育背景、有着不同视角和专业知识的人之间常常存有交流障碍。将社会科学应用到我们的研究项目中更是具有挑战性。

 

     姚檀栋：我认为这一方面要归咎于我们的教育面太窄，没有鼓励学生要具备广泛的兴趣和开阔的视野。而且科学家的培养过早专业化了，这使他们很少能对自己领域外的东西产生兴趣。

 

     范蔚茗：从政策角度来看，政府在青藏高原研究上不能只着重支持短期项目，而应有个长期的战略计划。大多数研究问题的解决需要长期观察和现场实验。这应该是建立CAS Centers of Excellence的理念，但我们仍在为长期的资金支持而苦苦挣扎。

 

     姚檀栋： 然而还是有发展而且振奋人心，比如CAS给横穿青藏高原的High Elevation Observation Network观测研究站提供长期资金支持。当然支持的力度还需要进一步加强。

 

     范蔚茗：国际合作在中国是个流行词，但我觉得中国尚未为科学上的全球化做好准备，很多政策不利于国际合作。举个例子，很多优秀的邻国学者很愿意到中国工作或学习，但一旦他们来到这里后就会在住宿、学校教育、医疗保险等方面遇到阻碍。而且，在国外使用本就是为国际合作而设的仪器和科研经费还十分困难。所以在国外建立观测研究站依旧是件棘手的事。

 

     姚檀栋：政治也是一个主要问题。巴基斯坦和阿富汗的政治动荡已经影响到研究合作。几年前，一些登山者在喀喇昆仑遭绑架和杀害，有相当长一段时间我们不得不停止往这个区域派遣研究人员。中国与印度间一直悬而未决的边境问题同样影响着两国合作。边境地区的合作还具很大潜力，从冰川学、水文学一直到生物多样性研究，但这样的研究仍是相当局限的。不过我们的确和印度学者们有积极的学术交流。与其他国家在该地区的合作已在大幅改善，这是个长期工程，我们不指望一夜之间会有改变，但会一直努力下去。

 

     NSR：您想对有志于从事青藏高原研究的学生和年轻科学家说些什么？

 

     姚檀栋：兴趣是关键。青藏高原是这个星球最美丽的地方之一。从很多方面来看，青藏高原也是地球系统科学研究不可多得的宝地。它吸引着世界各地各行各业的研究者。我希望对地球科学感兴趣的年轻人去青藏高原进行科学探索。能够献身于感兴趣的科学事业是人生的一大殊荣。

 

     范蔚茗：年轻人可能先要对青藏高原研究有些了解，才可能对其产生兴趣。科学家们有责任向年轻人讲述高原研究的迷人之处，从而唤起他们的激情。在这方面我们做得还远远不够。就如我之前所说，青藏高原是研究地球系统科学的一个理想天然实验室。这就是一个比较新的概念，可能会在世界范围内引起越来越多的关注。因而现在是投入这一领域研究的大好时机。

 

     姚檀栋：我们在引领年轻人了解青藏高原研究方面做得还不够。现在已经有了一些针对本科生的研讨班和夏令营，活动内容涵盖研讨会和参观高原上的考察站，但我们需要做的还有很多。青藏高原研究正处其黄金时期，如果你对此有着浓厚的兴趣，就把它选作终身的研究方向——那将是你一生最为宝贵的经历!

 

      【英文原文2015年11月发表于《国家科学评论》(National Science Review, NSR)，原标题为“A sky-high view of the Third Pole: an interview with Tandong Yao and Weiming Fan”，题目及文中小标题为编者所加。NSR是科学出版社旗下期刊，与牛津大学出版社联合出版。《知识分子》获NSR和牛津大学出版社授权，在微博、微信和今日头条刊发该文中文翻译。】