【中国科学报】在南极走出自己的脚印 2018-09-26

■本报记者 张文静


今年9月,中国科学技术大学地球空间科学学院教授孙立广的新书《风雪二十年——南极寻梦》出版,此时距离他第一次踏上南极大地已整整20年。


20年间,孙立广带领团队在南极研究中另辟蹊径,独创“企鹅考古法”,研究企鹅粪和企鹅毛里存留的人类活动痕迹,开拓了“全新世南极无冰区生态地质学”这一全新的研究领域,在南极雪地上真正走出了一串属于自己的脚印。


寻找企鹅粪


“孙老师,你愿意参加南极科学考察吗?”1998年5月的一天,北京师范大学教授赵俊琳的一通电话,让孙立广喜出望外。


然而,当历尽周折在当年12月10日随中国第15次南极长城站考察队16名队员一起乘飞机在首都国际机场腾空而起时,孙立广的心里除了喜悦,还多了一丝忐忑。那时的他还不知道,自己要去南极寻找的那种毫不起眼的东西——企鹅粪,是否能给他带来预想中的收获。


当时,经过14次南极科学考察,中国极地研究队伍、研究方向和研究项目的框架差不多已经定型。冰芯、湖泊、海洋、地质等各领域都有科学家带着团队在做。继续走前人的道路,不说研究前景如何,就连去南极的机会都没有。


“要做就做别人没想到的工作。”这是孙立广一贯的态度。基于多年来从事地质学研究的经验,他的头脑中闪现出一种东西——企鹅粪。


企鹅是一个边界动物。它是鸟类,但又在陆地上生活繁衍,在海洋里取食。它们把海洋里的食物消化,以粪便的形式留在陆地上。这样就等于完成了一个海洋—大气—陆地的大尺度循环,这样的循环保存了海洋的信息、生物的信息,同时也保存了湖泊的信息。


企鹅吃磷虾,海豹也吃磷虾。孙立广选择将企鹅、磷虾和海豹这三种动物作为研究支撑,试图把南大洋的食物链搞清楚。“对企鹅粪的研究,不仅可以了解企鹅的生态历史,还可以在企鹅粪和企鹅毛里面找到可能保存着几千年,甚至上万年前人类的活动信息。”孙立广在书中写道。


100多天的南极科考,孙立广和他的合作伙伴赵俊琳全力寻找企鹅粪的踪迹。终于,在考察临近结束时,他们意外发现了一个含企鹅粪的积水区,并找到了一段67.6厘米厚的湖泊沉积。经检测,这是一段大约“3000岁”的含有企鹅粪土层的泥芯。根据泥芯中氟、磷等9种标型元素的浓度,他和他的博士生谢周清确定了企鹅粪含量的相对变化,进而推定出3000年来企鹅数量的变化。


孙立广的研究小组发现,在距今1800~2300年的时候,气候发生显著变化,企鹅数量也锐减,也就是说两者之间存在着密切的关系。这是第一次用企鹅粪土层的方法考证了企鹅连续的历史及其与气候变化之间的关系。

2000年10月,企鹅粪土层考古的第一篇论文《记录:过去3000年企鹅数量变化》发表在《自然》上。对此,《自然》给出评论说:“这是一种研究南极湖泊集水区历史时期企鹅数量的新奇的生物地球化学方法,在不久的将来,它很可能形成某种活跃的研究领域。”


全新的研究方向


《自然》所言不虚。果然,从这里开始,孙立广推出了一个全新的生态地质学的研究方向,也就是用地质学、地球化学、有机地球化学等各种方法研究生态的历史。


孙立广试图用它来追寻人类活动留下的痕迹。比如,汞可以在海豹毛里聚集起来。孙立广发现,在距今250年时,海豹毛里的汞含量大增,比现在还高,但过了几十年以后,它又降低,降到比过去还低。为何会发生这种奇怪的现象?他的博士生尹雪斌就此开始了深入的研究。


原来,在250多年以前,南美大陆新发现了很多金矿。炼金必须要有汞,当时冶炼出24万吨的汞,汞通过大气、水体传输和生物链放大,进入到企鹅、海豹的粪便和海豹毛中,那段时间海豹毛里中汞含量升高了。后来南北独立战争打响,金矿关闭,汞冶炼停止,海豹毛里汞含量应声降低了。“所以人类所谓的文明活动,实际上对生态产生了很大的影响。”孙立广在书中写道。


孙立广由南极开始的生态地质学研究,还延伸到了北极和我国近海地区。


在北极,孙立广和他的博士生袁林喜发现,距今11200年时有鸟飞过来,那时候冰退去了。到了9400年前,在一次暖期里发生了冷冻事件,导致当时海洋里的钝贝一下子消失了。为什么在暖期会发生这样的事情?

“事实上,当暖流经过大西洋最北部时,温度偏高,北冰洋的冰融化变成淡水,盐度变低了,洋流在北边无法下去,下不去就往后退,热流的温度就上不去,就会突然变冷。”孙立广解释说,“现在我们都在关心全球变暖,没有想到在变暖的时候也需要少量的人去研究其中冷事件发生的可能性。”他赞成他的学生汪建君研究员进行这样的探索。


为了在我国近海进行研究,孙立广带着团队在西沙仔细搜寻、采集鸟粪层、水塘中的沉积柱等。在课题组提出用砗磲进行海洋环境探索的方向,他们对南海地区过去千年降雨变化进行了研究,并对热带太平洋地区世纪尺度的气候变化机制提出了新认识,两篇论文发表在《自然》子刊上。在这方面,他的博士生晏宏研究员和海外合作伙伴王玉宏作出了特别重要的贡献。


另开新路


如今提到南极,很多人充满了好奇和向往,甚至希望能去一探究竟。但南极科考的甘与苦,只有去过的科考队员才能明白。


“我们现在看到的‘雪龙’号,稳重、壮观,也感到很舒服。但它到了太平洋就是一叶扁舟,过了赤道、进入环南极和西风带的时候,船上的人五脏六腑都可能吐出来,晕到天翻地覆,眼看着冰山过来了,死神就在不远处。”孙立广曾在科普讲座上说起过极地考察的探险故事,“到南极大陆周边海冰过来的时候,就要卸货了,这时候科考人员要坐上雪地车。当雪地车在冰面上走的时候,那感觉真的是如履薄冰、如临深渊。”有一位雪地车的船员,装了货物开始走时,几米厚的冰突然裂开,车体往下降,他自己从天窗上爬了出来,扑到冰面上逃生了。那个雪地车就这样掉进了一两千米的深渊。


“到了冰面上,裂缝就像一个个陷阱,表面上盖着雪,一不小心人和车就掉下去了。所以队员们都把车用铁链拉在一起,人和人之间用绳子拉着,如果一个人掉下去还可以再拉上来。”冰雪考察的艰险可见一斑。

在南极,科考队员最怕的还是碰到“冰尘暴”。强烈的下降风把冰吹成粉末状飞向天空,一吹起来就是几天。


明知道将面对这样恶劣的环境,为何还要去?孙立广说,自己是受好奇心和求知欲驱使。“南极大陆是给拓荒者、探索者去的,那里有很多的奥秘。前人给了我们那么多知识,我们不能老是享受别人的知识,我们应该自己去创造知识,让后人去享受,这才是科学工作者的本分。”


孙立广特别强调,一个人的力量是有限的,他的作用仅仅是个拓荒者、拾荒者,无意中带着一批优秀的青年人在智者的身后拾遗,终于开出了一条新路。在中国科学技术大学校庆60周年和极地考察20周年的时刻,他和学科带头人、国家杰出青年谢周清一起在企鹅生态灾难这个新的领域又有了新的发现,他们的最新研究成果被近期的《自然》选为研究亮点。


在南极雪地上,常常有一行行整齐的脚印,这是科考队员留下来的。后面的人跟着前面的脚印走,往往能避免危险。但是,在孙立广看来,在科学研究的道路上,如果一直沿着前人的脚印走,就永远走不出自己的脚印。“你必须要另开新路。”


近些年来,孙立广在科研之外,也乐于做科普演讲、写科普文章和科普书,将自己和团队在南极科考的求索故事和研究成果以有趣、通俗的方式展现给公众,包括《南极100天》和刚刚出版的《风雪二十年——南极寻梦》。从他的言语和书籍里,人们常常能见到他对科学与创新的思考。

“沿着前人的脚印走,走出更深的脚印是创新,走出自己新的脚印、走出一条新路才是真正的创新。”孙立广说。


《中国科学报》 (2018-09-21 第4版 自然)
http://news.sciencenet.cn/sbhtmlnews/2018/9/339374.shtm

 



     
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