南极科考:不走别人走过的路

本报记者 陈 瑜

科学精神面面观

“沿着前人的脚印,走出更深的脚印是创新;踏出新的脚印,走一条自己的新路更是创新。”谈及20年前独特的“企鹅考古法”,73岁的中国科技大学教授孙立广说,这是“逼”出来的创新。当时,与他的知识积累相关的领域已有权威科学家和研究机构在承担。为抓住一生中难得的机会,只能剑走偏锋。

1400万平方公里的广袤南极大陆是天然实验室,是全球气候变化的敏感“放大器”。

从1957年国际地球物理年开始,人类对南极探索进入科学时代。但直到1984年,古老南极才接收到我国首次南极科考队到来的信息。

作为后来者,要提升我国在国际南极事务中的作用,必须闯出一条富有中国特色的创新道路。

30多年来,我国南极事业从无到有,由小到大,已初步建成国家南极观测网和“一船五站一基地”的南极考察保障平台,并凝练出“爱国、拼搏、求实、创新”的南极精神。

9年研究一个不经意冒的“泡”

1998年,中科院青藏高原研究所研究员刘小汉带领3名队员首次闯入冰裂缝密布的格罗夫山地区,在开展地质考察的同时,对冰川和冰盖运动形成的痕迹——冰川地貌现象发生了兴趣。

冰川地貌与地质有关联,但直言不太懂行的刘小汉觉得“有搞头”的依据是,当时南极古气候界的两个观点在“打架”:在主流科学家看来,1400万年前南极冰盖形成以来,冰盖是基本稳定、无变化的,也有个别美国科学家根据南极横断山发现的假山毛榉和硅藻化石,提出南极冰盖形成后出现过大规模融化垮塌的假说。

“在早期南极研究中,有时候因为脑瓜里不经意冒的一个‘泡’,就可能走到国际前列。”刘小汉告诉记者,在好奇心驱使下,9年间,他和团队累计进入格罗夫山5次。

“我们从5个方面、通过5种手段,对冰川地貌(冰蚀风蚀界线、风棱石)、沉积岩成岩环境、宇宙成因核素暴露年龄、古土壤年龄、苞粉组合进行综合研究后得出结论,南极大冰盖在上新世暖事件期间曾经发生过大规模融化垮塌事件,流失的冰雪体积可能占南极冰盖总体积的1/3。”2009年,地球科学领域知名期刊《地球与行星科学通报》刊发了我国科学家的这项研究,在佐证假说的同时,也使我国南极古气候研究往前迈了一大步。

留下自己的脚印

企鹅是南极的标志性动物。之前对它的研究并不少。思虑再三,孙立广希望开辟一个新的研究渠道,在粪土中做出有份量的工作。理由是企鹅来自海洋,以磷虾为主要食物,把粪便排泄在陆地上,通过雨雪的冲刷聚集到湖泊中,形成水、土、气和生物界面上的物质循环。通过含有企鹅粪土的湖泊沉积层微量元素分析,可以了解人类活动对南极生态的影响,研究历史时期企鹅数量的变化与气候变化之间的关系。

这项研究当时并不被看好。

刚到南极,孙立广丧气地发现,企鹅将巢穴筑在海滨、丘陵的乱石上,向外强劲喷射出的粉红泛白粪流,很快被风雨和冰雪融水冲刷掉了,找不到企鹅粪土层。

在沟沟坎坎奔走97天,功夫不负有心人,考察结束前3天,孙立广在企鹅岛的洼坑中采到一段67.5厘米的泥芯,回来经分析确定是一段大约“3000岁”的泥芯。

这根泥芯开拓了“南极无冰区生态地质学”这一新方向,还被成功地延伸到了整个南极洲、北极等更多区域的生态地质学的研究上。

敢走别人想走而走不成的路

“南极科学体系就像一座建筑宏伟的大厦,有它独有的‘四梁八柱’——即基本科学问题。”在中国极地研究中心副主任孙波看来,对基本科学问题的求解创新意义更大。“我们要敢走别人想走而走不成的路,干别人想干而干不成的事。”

面积达1400万平方公里的南极大陆,95%以上的面积被平均厚度达2450米的冰盖覆盖。

全球气候变化带来了气温变化,最核心的是导致冰盖融化,海平面上升。但人类在准确预测海平面变化上存在挑战,原因是对冰盖动力学的认识还不够。

“要想知道未来的影响,必须从历史中寻找答案,包括冰盖起源、形成体系。”2002年,在16年极地工作经验基础上,38岁的孙波决定换种思路求解答案。

让他没有想到的是,从开始谋划到2009年论文发表,前后花了近10年。“太难了,这也是投入上千万,只有中国极地组织模式才能干出来的创新。”

2003年—2004年在英国做访问学者期间,孙波将研究目标进一步聚焦,在剑桥大学一个酒吧中,几位国际同行以水当笔,在吧台上勾画南极前沿热点,热烈讨论雷达冰川学前景——这被认为是一种能够穿过上千米冰层看到地下的新手段。

研究对象甘布尔采夫山脉位于南极冰穹A地区。但那时我国后勤保障能力还无法满足前往冰穹A的需求。2004年,我国南极科考首次组队去冰穹A。回来后孙波却遗憾地发现,没有获得足够多的数据。

再次组队前往冰穹A已是3年后。

2009年,中国、英国、日本三国的9位专家学者在《自然》发表文章,首次找到冰盖起源地的直接地貌证据,并揭示出冰盖稳定性及其演化与气候变化之间存在复杂的非线性关系。

“大家都知道冰穹A自然条件恶劣,第二次去时我真的陶醉其中,因为知道要的是啥。”孙波说,“十年磨一剑”的创新需要付出很多,但同样充满乐趣。

2017年,我国政府首次发布的白皮书性质的南极事业发展报告显示,多年以来,我国在南极冰川学等领域取得一批突破性成果。

“以前,我们更关心自己家门口发生的事,现在视野更加国际化。”多名采访者提到,我国正在倡议以我为主导的全球性国际大科学计划——“三极”计划,扩大我国科技影响力,提升我国应对区域与全球气候变化和环境外交的话语权。

专家

点评

南极是天然实验室,但因为极端自然环境和难以到达,至今有能力在南极洲建立科考基地开展长期科学考察的也只有20多个国家,且多数为发达国家。

随着人类对南极探索的深入,许多石破天惊的秘密不断被揭开。对自然的敬畏和好奇心,正是创新认知的永续源泉。随着我国国力的增强和极区后勤保障能力的提高,虽然是后来者,但我们更有后来居上、独辟蹊径的勇气,在对南极洪荒冰原探索中,贡献具有中国特色的南极考察研究方案和新认知。

我国30多年的南极科考实践也再一次证明,中华民族能在南极这个大舞台上展翅飞翔,是因为有一种精神叫南极精神,它凝练了中华儿女爱国、拼搏、求实和创新的精神内涵。

(点评人:自然资源部极地考察办公室原主任、自然资源部海洋—大气化学与全球变化重点实验室主任 陈立奇)

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责任编辑:符雪苑
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