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冰川冻土学的学科成长

马丽华 发布时间:2019-07-12 11:04:00来源: 《青藏光芒》

  西藏素有“雪域”之称。“雪域西藏”有仿佛被冰雪固化了的含意。当然那只是形容,玉洁冰清遥居群山之巅,通常分布在远离人间烟火的地方。青藏队1970年代对西藏冰川的全面考察,实地踏勘范围之广,是空前的。

  从察隅美丽的阿扎冰川开始,李吉均率领冰川组遍访了群山中的冰川,从古冰川到现代冰川,现代冰川中的大陆性冰川和海洋性冰川,都留下了他们手持冰镐艰难攀登的身影。在冰川学家的眼中,多姿多彩的冰川不是冷冰冰的无情之物,它有生命,也有性格。感觉亲切的是海洋性冰川,大都分布在藏东南和滇、川、藏结合地带。依次考察过阿扎冰川、若果冰川、恰青冰川和古乡冰川。其中恰青冰川为中国海洋型冰川之最:长达35公里。这种冰面在摄氏零度上下的“暖”性冰川,是温润的,总是从雪山之巅出发,穿越林地,到达人类生活的村庄田园。冰川上微小生命麇集,冰蚯蚓,雪蚤,苔藓类的“冰老鼠”;恰青冰川的冰面上,居然可以生长草本、木本植物呢!多年生的小柳树把根部伸进冰层,看上一眼直叫人惊叹感动。阿扎冰川索性陪伴着乡村日子,村民们说它,就像说起村中家院一棵树那样,牛羊走失了,就会说,到阿扎冰川找找去。相比较而言,大陆型冰川严峻许多,纯粹冰世界,仿佛玉石质地,当然的冷性冰川了。大陆型冰川的样貌有不同,壮观的冰塔林是其特色,那是由于缺少了南亚季风的照拂,水汽补充不足,而阳光又如刻刀般耐心雕琢的结果。


巨大体量的念青唐古拉东段冰川,是怒江和雅鲁藏布江重要水资源补给地  杨勇/摄影

  冰川组一行十人,乘坐一辆人货混装的解放牌卡车,从一个冰川,到另一个冰川。在众多学科考察的上限,开始了工作起点。安营扎寨,一住一两个月,白天观测冰川水文,运动和消融,物理化学性质,晚间安卧侧畔,以冰为床。那一回在若果冰川,冰川组两位年轻人张文敬和单永翔同住一帐篷,扎帐在冰隙,焐化了冰层而不自知。半个月后的夜晚,两人同时听见从哪里传来流水声,遂起身四下里察看,无果。侧耳辨音,找回帐内,待掀开床垫,赫然发现好深一个冰裂隙已然张开,裂隙下流水潺潺!

  还有一回,是在西藏中南部枪勇冰川,一行人初次进入冰塔林腹地,忽然发现身临绝境——迎面一堵数十米高的冰瀑布,在正午的阳光下,冰融水飞流直下,冰崩声四下里作响,眼见危机四伏,李吉均当机立断:原路撤回。但来路不再——浅水滩顷刻间变成深水潭,刚刚崩塌的一座冰塔堵水为湖,水势还在迅速增大加深。危急中,张文敬一眼看到小湖右岸一块新崩塌的大冰块,灵机一动,脱下棉衣,跃入冰水,踩着水推来了冰块,示意上来两个人。就这样,来回五次“摆渡”,全部人马上了岸。李吉均心疼地打量着这个嘴唇冻得青紫的学生,心里赞许,口中却骂他太任性——这可是冰水啊!

  青藏队的西藏冰川考察以兰州大学地理系师生为主力,兰州冰川所反而缺席,去哪儿了?原来是接受一项国际任务,去了巴基斯坦北部的巴托拉冰川。1973年春夏之交,新建成不久的中(国)—巴(基斯坦)喀喇昆仑公路遭遇冰川洪水,一路段、两座桥被毁。中巴双方深为焦虑:原址修复呢还是改道,这是个问题。为科学决策,双方议定由中方派出冰川考察组进行研究论证,预报今后数十年间该冰川的进退变化和冰川融水通道的可能变化。

  这一艰巨任务落在施雅风肩头。1974年4月率队出发,专家组十数人,野外工作一做两年。实地调查中发现这是一条正在缓慢前进的冰川,自公路开建8年间,已经前进了90米。用重力法测定冰川厚度,观察冰川运动与消融状况,结合水文气象观测,绘制出精密的全流域冰川地形图;以首创的波动冰量平衡法和冰川末端运动速度递减法,经过一系列复杂计算,预测出冰川前进的极值和时间,尤其推断出原建公路桥位附近不存在大量埋藏冰,凡此等等。最终结论为:公路无须改道,只需修改原设计方案,适当改变桥位、加大桥梁孔径。筑路工程指挥部采纳了该建议,确保了1978年公路全线建成通车。

  成功预报,不仅使工程省时省力,为国家节约了巨额资金,还成为冰川学应用研究的经典案例。20年后的1994年,冰川所专家专程前往考察,证实了当年的预估结论正确,或有一些误差也不妨事:由于气候变暖缘故,预测冰川由前进转为后退的时间提前了几年。

  与境外巴托拉冰川考察同时进行的,还有两个冻土小组在高原:

  一组是吴紫旺、李树德,穿了三年军装,与解放军总后设计单位一起,负责为格尔木—拉萨输油管线铺设提供冻土层数据——1976年我们这批大学生进藏时,这条全长1080公里的“青藏高原能源大动脉”的输油管线刚好全线开通,我还记得西藏歌舞团拿这一题材创作了一台欢庆歌舞。

  另一组是程国栋、崔之久等人,与国家多部门合作,承担青藏公路—青藏铁路通过冻土区的线路选择,解决冻土影响问题。从五道梁到唐古拉,不少路段选用不同材质试验,对公路是解决“翻浆”难题,对铁路更其复杂,总之承担的都是国计民生大工程。冻土专业全员出动,费尽心力,而我自己也因经常往返青藏线,不意间成为一系列建设大项的见证者和受益者:从最初进藏,火车终点站在甘肃柳园,改乘汽车到拉萨,一路走了十几天;当火车通到格尔木,再改乘客运大车,到拉萨只需一昼夜;现在则是铁路直通拉萨,又延伸至日喀则……


用重力仪测量巴托拉冰川厚度


访问当地老人,了解冰川变化 苏珍/供图


1975年的巴托拉冰川弧拱 苏珍/摄影

  喀喇昆仑巴托拉冰川位于巴基斯坦北部,是一条长达59公里的积极活动的冰川,为全世界中纬度地区长度超过50公里的八大冰川之一。八大冰川全部集中在巴基斯坦北部及其相邻地区。中国最长的冰川是位于喀喇昆仑主峰乔戈里峰北坡的音苏盖提冰川,长度为42公里,同时它也是我国面积和冰储量最大的山谷冰川。

  冻土带上不仅承载着西藏经济社会发展大动脉,另有一条神经网络穿行其间——兰(州)—西(宁)—拉(萨)光缆。1997年我在藏北采访时,沿公路一侧还在开挖,风雪中每见施工者身影;次年在兰州采访冰川所冻土研究重点实验室主任程国栋院士时,这条光缆线已安然通过长达400余公里的多年冻土区,全线完工;2000年在藏东采访,就见“神经网络”全覆盖,光缆通信畅达县乡。

  冻土研究在应用实践中发展起来,成长历程更多与工程项目相关;直到接轨“全球变化”大题目,土壤学和冻土学以其特殊价值,主要是在温室气体二氧化碳的收与支、汇与源转化过程中所扮演的角色,又增加了全新研究内容,与冰川学一道,进入冰冻圈科学范畴。

  冰川学冻土学成长阶段,大致可以界定在青藏队高原面上考察期间,持续到1992年喀喇昆仑—西昆仑收官之战、青藏研究第一期结束时。本阶段重要成果之一,体现在完成区域性和全国范围的雪、冰、冻土编目填图。以冰川编目为例,本来作为一项常规工作,从最初的祁连冰川、天山冰川开始,凡经考察过的冰川相继建档,已有相当积累,后来扩大到全国范围并被列入专项课题的促成因素,则有一个全球背景。联合国教科文组织有个雪冰委员会,为掌握全球水循环及淡水资源,首次启动创建国际数据库计划,拟于1978年在瑞士召开冰川编目会议,需要各相关国家配合。为此米勒主席致函中国科学院,邀请派员参会。院方重视,于是施雅风、谢自楚、李吉均赴欧出席,此为“文革”结束后,从事青藏研究的科学家首次参赴国际会议。任务落实到冰川冻土所,1979年至2002年,以20世纪50—80年代航摄地形图和航拍照片为主要数据源,以手工量算为主要手段,对中国西部46377条冰川,按照27项指标(含19项参数)进行目录编制。历时23年,浩大工程竣工,《中国冰川目录》22卷本出版。联合国教科文组织对中国的工作深表满意,是有比较的:有的国家出于多种原因没能完成,有的国家因为不达标被要求“返工”。所以2008年国际冰川学会为开展第二次世界冰川编目召集会议,会址就选定在中国兰州,本身即是莫大肯定。该学会主席楚姆教授不吝赞词,在会上一再表示,中国是该项目完成得最好的国家!

  第一次冰川编目由施雅风先生挂帅,时任冰川室主任苏珍具体负责。曾听他讲述这一漫长过程,如何使用最笨拙同时也是很靠谱的方法:人力,手工,画方格、算面积。虽有航测图和航空片做参照,但那是二维平面的,所有大中型冰川皆需亲临现场,实地观测记录温度、运动速度,以探地雷达测厚度。现在第二次冰川编目速度快多了,由学生辈的刘时银负责,到2012年以5年时间完成,一本书俩光盘,全部容纳。精度也提高了,利用卫星图片,分辨率高达0.5米。不过卫片也有不足,像滇、川、藏交界处那些云遮雾绕的地方,难以露出真容。一句话,任何现代装备高科技,都离不开野外实地勘察。

  冰川学成长阶段的成果还要算上对于中国冰川从面貌到实质的全面认知。例如不同气候模式影响下的季风区暖性的海洋型冰川、西风区冷性的大陆型冰川,以及介于两者之间的过渡类型等等,这一分类法也是全世界独有的。理论研究方面,至少初步解答了两个科学问题的悬念。

  其一是国内讨论的中国第四纪冰川问题。有前辈学者曾推断在地质第四纪冰期中,长江南北广泛发育冰川,这一假说影响颇广。施雅风、李吉均、崔之久则通过对庐山等地的实地考察,结合西藏经验,撰写论文基本否定了这一论断,证实原先被视为证据的冰碛物及其擦痕,实为泥石流堆积。

  其二是跨了国界的讨论,一个曾经的热点话题。早在20世纪20年代,有人指称第四纪冰期中,青藏高原尽被厚冰层覆盖。50年代旧话重提;80年代,德国学者库勒来青藏高原考察,进一步提出两万多年前的末次冰期最盛期,青藏高原200余万平方公里面积,皆被覆盖在1400米厚度的冰盖之下,仅有柴达木盆地和雅鲁藏布江河谷等部分低地除外。

  这一巨大冰盖存在与否,关乎高原自身古气候、古环境变迁,旁及动、植物生存演化等等客观真实,也涉及对周边地区乃至对全球气候的影响。参与青藏科考的学者们认真对待这一学术讨论,纷纷出示来自古环境、古冰川、古生物方面的证据,否定“统一大冰盖”观点。以施雅风、李吉均、李炳元为代表的这一结论成为国内学界主流观点,国际著名冰川地貌学家布尔顿教授等人予以肯定,持相同观点。

  不过争论尚未结束,包括中国地质学界倾向“大冰盖说”者仍有其人,双方还在各自寻找证据。这情形正如刘东生先生所说,争论往往是理论突破的前奏,“新的更高层次的学术争论有助于推动新的更高水平的研究”。

  《中国第四纪冰川与环境变化》作者合影。前排左起:郑本兴、施雅风、崔之久、苏珍。后排左起:焦克勤、周尚哲、易朝路、李世杰 刘时银/供图

  西藏地区科考8年,连同后来横断山、喀喇昆仑—昆仑山冰川考察的意义在于,是对前人所奠之基的进一步夯实,更是领域的扩展。若从孕育其中、派生而出、后来居上的冰芯科学的当今眼光回望,中国冰川学最初三十年,皆为奠基时期;这一时期的躬行者,皆为开创者。

  《中国国家地理》做过一件很好的事情,2010年12期和2011年1期连发“冰川人生”(上、下)专辑,为这一英雄群体造像,将中国冰川学半个多世纪的历程,通过团队骨干成员的事迹展现开来:创业一代有施雅风、崔之久、李吉均、谢自楚、苏珍、曾群柱、米德生,承前启后一代有秦大河、姚檀栋、沈永平,新生代以易朝路、田立德为代表。其中四对“冰川夫妻”感人至深,谢自楚和冯清华,郑本兴和尹世瑽,曾群柱和杨针娘,苏珍和刘桂英,均系兰州冰川所初创元老,女将们分别从事冰川水文和绘图专业,唯有刘桂英工科出身,为野外一线服务,研制便携式仪器。按说前辈们年届八旬上下,早已退休,可是当我2015年再访苏珍和郑本兴先生,却见他们依然在忙业务,“冰芯楼”里留有办公室——当年小小冰芯实验室已经建成国家级的“冰冻圈科学国家重点实验室”,实验室大楼号称“冰芯楼”。苏珍先生还在按时上下班,郑本兴先生刚从贡嘎山归来不久,制作了海螺沟冰川的光盘送我,是由他亲自解说的,科普作品。二老依然活跃,不时应邀出席学术研讨会,上一年就结伴去了台湾,今年还要去。为什么?郑先生自有道理:事关冰川学某一问题争议,听说某位持不同观点的专家要去参会,所以才要去临阵“交锋”——必须的。

  附录 冰川数据

  地球总水量中:海水约占97%,淡水约占3%。

  淡水中:液态汽态水约占15%,固态水约占85%。

  固态水中:格陵兰约占10.9%,南极约占85.7%,山岳冰川约占3.4%。

  中低纬度山岳冰川中:中国约占30%,亚洲其他国家约占36%;南北美洲约占32%;欧洲、非洲、大洋洲合计约占2%。

  中国冰川集中在西部,青藏高原是我国现代冰川的主要分布区。据第一次冰川编目资料统计,中国西部46377条冰川,总面积59425平方公里,估计冰储量约5600立方公里,青藏高原中国境内冰川共计36793条,总面积4.9873万平方公里,分别占全国冰川总条数和总面积的79.5%和84%。据第二次冰川编目数据,2010年前后,中国西部有冰川48571条,总面积51766平方公里,估算冰川储量为4494立方公里。按照冰川面积计算,其中西藏约占45.9%,新疆约占43.7%,青海约占7.6%,甘、滇、川分别约占1.55%、0.12%、1.06%。(相关数据综合自王宗太、刘时银、刘潮海、蒲建辰研究论文,游超整理)

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(责编: 胡瑛)

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