“冰芯之夢”的追逐者

陳國輝+馬玲

編者按：青藏高原是中國最大、世界海拔最高的高原，被稱為“世界屋脊”、“第三極”，南起喜馬拉雅山脈南緣，北至昆侖山、阿爾金山和祁連山北緣，西部為帕米爾高原和喀喇昆侖山脈，東及東北部與秦嶺山脈西段和黃土高原相接。這里冰川覆蓋面積約4.7萬平方公里，占全國冰川總面積80%以上。冰川變化對(duì)這一地區(qū)20億以上人口的水資源產(chǎn)生重大影響，冰川中蘊(yùn)藏的氣候和環(huán)境密碼具有極高的研究價(jià)值。這也是冰川研究工作者不懼惡劣環(huán)境、排除一切困難對(duì)其進(jìn)行深入研究的原因。

2016年12月26日，瑞典人類學(xué)和地理學(xué)會(huì)（SSAG）宣布，鑒于在青藏高原冰川和環(huán)境研究方面所做出的貢獻(xiàn)，2017年維加獎(jiǎng)將授予中國科學(xué)院青藏高原研究所姚檀棟研究員，他是首位獲獎(jiǎng)的中國科學(xué)家，也是獲此殊榮的首位亞洲科學(xué)家。

維加獎(jiǎng)設(shè)立于1881年，是著名地理學(xué)家和北冰洋航道開拓者阿道夫·艾瑞克·諾登舍爾德在1878至1880年間，率領(lǐng)“維加號(hào)”首次通過大西洋和太平洋東北部，完成環(huán)繞歐亞大陸的歷史性航行之后設(shè)立的。維加獎(jiǎng)每三年在全世界范圍內(nèi)對(duì)杰出的地學(xué)科學(xué)家進(jìn)行海選之后評(píng)選出一名獲獎(jiǎng)?wù)?，由瑞典國王頒獎(jiǎng)，有“地理學(xué)諾貝爾獎(jiǎng)”之稱。該獎(jiǎng)自設(shè)立135年以來，共有65位獲獎(jiǎng)?wù)?，其中有四次考察青藏高原及周邊地區(qū)并寫出“從極地到極地”巨著的斯文·赫定（Sven Hedin），有創(chuàng)造了“地理循環(huán)理論”的威廉·戴維斯（William Davis），有創(chuàng)造了“阿爾卑斯冰期理論”的阿爾布雷希特·彭克（Albrecht Penck），以及開拓了山地冰芯氣候研究的朗尼·湯姆森（Lonnie Thompson）等著名科學(xué)家。

那么，姚檀棟研究員緣何能獲此殊榮？他在青藏高原冰川和環(huán)境研究方面到底做出了哪些貢獻(xiàn)？下面，就讓我們領(lǐng)略一些這位“冰芯”追夢人的別樣人生。

第一眼的震撼成就終生的事業(yè)

1978年，姚檀棟在蘭州大學(xué)讀書期間來到長江源頭冰川考察實(shí)習(xí)。潔白的冰川逶迤瑰麗，在太陽的照射下熠熠生輝，帶給他難以用言語表達(dá)的震撼。從那時(shí)起，他被徹底征服了，他在那一瞬間已經(jīng)明確冰川將是他為之努力研究的方向。

攻讀碩士和博士學(xué)位期間，在著名地理學(xué)家李吉均教授和“中國冰川之父”施雅風(fēng)先生的諄諄教誨下，姚檀棟如海綿般吸取著關(guān)于冰川的基礎(chǔ)知識(shí)。老師的一句“冰川研究是一項(xiàng)英雄而豪邁的事業(yè)”不僅給他打開了一扇通往冰川研究深處的大門，也讓他深感自身知識(shí)的不足。博士畢業(yè)后，他選擇了出國繼續(xù)學(xué)習(xí)深造，曾分別到美國愛達(dá)荷大學(xué)、法國科學(xué)研究中心冰川與環(huán)境地球物理實(shí)驗(yàn)室、美國俄亥俄州立大學(xué)伯德極地研究中心、法國原子能中心氣候與環(huán)境研究實(shí)驗(yàn)室從事博士后、高級(jí)訪問學(xué)者等研究工作，為后來的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。在此期間，姚檀棟發(fā)現(xiàn)科學(xué)家們正在進(jìn)行開展冰川研究中的一個(gè)全新領(lǐng)域——“冰芯”研究：通過研究在北極和南極鉆取的冰芯，科學(xué)家找到了揭開全球變化之謎的“新鑰匙”。于是，當(dāng)他出色地完成了博士后研究并積累了豐富的科研經(jīng)驗(yàn)后，毅然回到祖國，決心為祖國的“冰芯”事業(yè)貢獻(xiàn)一份力量。

三十多年來，姚檀棟和他的研究團(tuán)隊(duì)通過研究大氣降水和冰芯中各項(xiàng)代用指標(biāo)，查明了青藏高原大氣降水氫氧穩(wěn)定同位素比率的變化規(guī)律，揭示了青藏高原冰芯中氫氧穩(wěn)定同位素比率、可溶離子、不溶微粒、氣體、微生物等多項(xiàng)指標(biāo)與氣候和環(huán)境的關(guān)系，重建了青藏高原末次間冰期以來的氣候和環(huán)境變化歷史，并通過過去2000年以來的高分辨率記錄發(fā)現(xiàn)近100年是過去2000年以來最暖的時(shí)期；通過開展大規(guī)模的實(shí)地觀測、分析衛(wèi)星圖像和遙感數(shù)據(jù)和應(yīng)用數(shù)值模擬，揭示了西風(fēng)和印度季風(fēng)相互作用的三種模態(tài)，并發(fā)現(xiàn)了這種獨(dú)特的環(huán)流模態(tài)下青藏高原及其周邊地區(qū)的冰川在當(dāng)前氣候變化下的變化狀態(tài)，提出了西風(fēng)的加強(qiáng)和季風(fēng)的減弱是青藏高原及其周邊地區(qū)目前冰川狀況的主要驅(qū)動(dòng)力，開拓和發(fā)展了中國山地冰芯及青藏高原地球系統(tǒng)科學(xué)研究，在季風(fēng)-西風(fēng)相互作用對(duì)冰凍圈的影響等方面做出了系統(tǒng)性創(chuàng)新貢獻(xiàn)。

基于上述研究，姚檀棟先后獲得了青藏高原青年科技獎(jiǎng)、甘肅省自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、中國科學(xué)院自然科學(xué)一等獎(jiǎng)、何梁何利基金地球科學(xué)獎(jiǎng)、國家杰出青年基金、國家自然科學(xué)二等獎(jiǎng)等，2007年當(dāng)選中國科學(xué)院院士，并逐漸成為國際上公認(rèn)的冰凍圈研究領(lǐng)域最有成就的科學(xué)家之一。Nature期刊曾對(duì)他成長為國際知名冰川學(xué)家的歷程進(jìn)行了專題報(bào)道，認(rèn)為他是“少數(shù)幾個(gè)在艱苦條件下收集青藏高原過去氣候歷史資料的研究人員之一”。Science期刊也高度評(píng)價(jià)他的研究是“解決高海拔環(huán)境變化問題領(lǐng)域最出色的研究活動(dòng)的典范”。

獲得個(gè)人成就的同時(shí)，姚檀棟也為我國冰川研究事業(yè)的發(fā)展做出了巨大貢獻(xiàn)。

2002年，在促進(jìn)研究資源整合、布局國家重大前沿領(lǐng)域的背景下，中國科學(xué)院決定成立青藏高原所，姚檀棟承擔(dān)了建所重任。十多年來，青藏所的辦公條件從一棟租來的三層小樓發(fā)展為擁有“站在高原、研究高原”的觀測研究平臺(tái)和“高水平、有特色”的實(shí)驗(yàn)分析平臺(tái)的“一所三部五臺(tái)站”，工作人員從兩三人的籌備小組壯大為一支“扎根高原、奉獻(xiàn)高原”的優(yōu)秀人才隊(duì)伍，中國青藏高原研究論文數(shù)量也隨著青藏所的發(fā)展從當(dāng)年的世界排名第三上升為世界排名第一。

2009年，隨著以青藏高原為主體的“第三極”地區(qū)的環(huán)境變化引起關(guān)注，姚檀棟倡議建立由中國科學(xué)家主導(dǎo)的“第三極環(huán)境（TPE）”國際計(jì)劃。該計(jì)劃通過與有緊密地緣關(guān)系的周邊國家、有知識(shí)和技術(shù)優(yōu)勢的西方國家以及相關(guān)國際科學(xué)組織進(jìn)行合作，以舉辦國際資深專家研討會(huì)、聯(lián)合舉辦美國和歐洲地球物理大會(huì)、建立國際臺(tái)站以及開展短期培訓(xùn)班等方式，不但吸引了國際上從事青藏高原環(huán)境變化研究的科技精英、取得了重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)，同時(shí)也擴(kuò)大了中國青藏高原研究的世界影響力、培養(yǎng)和凝聚了一批知華、親華、愛華的國際人才梯隊(duì)。

2014年，中國科學(xué)院依據(jù)“率先行動(dòng)”計(jì)劃，設(shè)立了青藏高原地球科學(xué)卓越創(chuàng)新中心，姚檀棟擔(dān)任主任。不到三年時(shí)間，青藏卓越中心已經(jīng)匯集了最具創(chuàng)新活力的優(yōu)秀人才，提升了承擔(dān)重大科技任務(wù)的能力，催化了重大成果井噴式產(chǎn)出，實(shí)現(xiàn)了青藏高原多圈層相互作用的創(chuàng)新性重大突破，以優(yōu)異成績通過試點(diǎn)工作驗(yàn)收，正式進(jìn)入運(yùn)行階段。

從2009年開始，姚檀棟接過劉東生院士、孫鴻烈院士、鄭度院士等青藏高原研究前輩的接力棒，擔(dān)任中國青藏高原研究會(huì)理事長，期間不僅將中國青藏高原研究會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)發(fā)展為青藏高原研究領(lǐng)域?qū)＜覍W(xué)者分享、交流研究成果和技術(shù)經(jīng)驗(yàn)推廣的重要平臺(tái)，而且先后兩次向青藏高原青年科技獎(jiǎng)捐贈(zèng)個(gè)人所獲獎(jiǎng)金35萬元，用于獎(jiǎng)勵(lì)在青藏高原科技工作中做出突出貢獻(xiàn)的青年科學(xué)家。

姚檀棟為我國青藏高原研究事業(yè)的奉獻(xiàn)也得到了黨和政府的認(rèn)可，分別于2004年、2011年、2012年和2015年獲得“全國優(yōu)秀科技工作者”、“中國科學(xué)院優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”、“全國創(chuàng)先爭優(yōu)優(yōu)秀共產(chǎn)黨員”和“全國先進(jìn)工作者”等榮譽(yù)稱號(hào)。

科研中的忘我精神讓人忘記苦難

成績和榮譽(yù)的取得并不是一朝一夕的事情，能夠有今天的成績，源于姚檀棟四十年如一日在青藏高原的堅(jiān)持，源于常常攀登海拔6000米以上高峰的無畏，更源于在零下30攝氏度的惡劣環(huán)境下的心無旁騖……

實(shí)地考察和取樣是研究冰川必不可少的工作。為此，頻繁登上海拔6000米以上的高山去鉆取冰芯，成為姚檀棟等冰川學(xué)家的“家常便飯”。他曾笑稱自己的登山經(jīng)歷不亞于登山健將，不僅要登上海拔超過6000米的珠穆朗瑪峰冰川和納木那尼冰川、海拔超過7000米的慕士塔格峰冰川和希夏邦馬峰冰川，還要在完成艱苦的登山工作后，在冰川頂部駐守?cái)?shù)日，在嚴(yán)寒和狂風(fēng)的侵襲下采集雪樣、鉆取冰芯、記錄數(shù)據(jù)。

姚檀棟的拼勁連很多年輕人都自嘆弗如。在海拔7000米以上的高寒地區(qū)，即便是空著手走路，也相當(dāng)于在平原地區(qū)背著幾十公斤的東西前行，每往上邁一步，都要耗費(fèi)極大的體力，并且全程都會(huì)感覺頭疼、惡心、氣喘，關(guān)節(jié)疼痛和嘴唇干裂潰爛。然而，姚檀棟的學(xué)生說，每次帶隊(duì)到野外科考，不管是險(xiǎn)坡還是陡壁，姚老師總是第一個(gè)上。鉆取冰芯的過程異常艱險(xiǎn)，風(fēng)雪呼號(hào)中，誰也不知道腳下有沒有奪命的裂縫；登山路上，每走一段就會(huì)看到一個(gè)小牌子，上面寫著遇難者的名字和生命“凝固”的日期。有一次，姚檀棟在零下20攝氏度的冰面行走，頭昏沉沉的。他突然感覺到前面的雪有些松軟，一腳踩下去，踩到了一個(gè)冰裂縫，一只腳陷了進(jìn)去，他趕緊用冰鎬抓住冰面，在周圍人的幫助下，慢慢爬了出來。還有一次，他遇到雪崩，眼看著遠(yuǎn)處的雪山崩塌，所幸雪崩在快要到他跟前時(shí)停了下來。但即使是這樣的情況下，仍沒能阻止姚檀棟前進(jìn)的步伐。

中國科學(xué)院西北生態(tài)環(huán)境資源研究院冰凍圈科學(xué)國家重點(diǎn)試驗(yàn)室段克勤研究員回憶，1996年他第一次跟隨姚老師到世界上第14高峰、海拔8012米的希夏邦馬峰達(dá)索普冰川進(jìn)行科學(xué)考察。當(dāng)時(shí)山上全部被冰凍，每走一步都得喘氣，當(dāng)他匍匐到海拔5400米時(shí)，由于高原反應(yīng)，行進(jìn)速度很慢。等他艱難地上到海拔7200米時(shí)，姚老師早已跪在雪地上開始進(jìn)行采樣、稱重等工作了，半個(gè)身子埋在雪里，臉凍得通紅。在零下20攝氏度、海拔7200米的環(huán)境中，晚上睡覺時(shí)感覺呼出來的氣都會(huì)結(jié)成冰，頭疼得快要裂開，整個(gè)晚上腳都是冰涼的，根本無法入睡，加上帳篷外暴風(fēng)雪怒吼，沉睡中的他們還擔(dān)心帳篷被大風(fēng)吹走，人被吹到山崖下。姚檀棟就這樣持續(xù)工作了20多天，等考察結(jié)束離開冰川時(shí)，他睡過的冰面上呈現(xiàn)出一個(gè)“人”的形狀。令人興奮的是，這次野外工作收獲頗豐：達(dá)索普冰芯是目前世界上海拔最高的冰芯，他們從中第一次檢測到青藏高原冰川中的微生物并發(fā)現(xiàn)了其與氣候環(huán)境變化的關(guān)系，同時(shí)成功地提取出冰芯包裹的甲烷氣體并重建了過去1000年來甲烷濃度含量變化與氣溫變化的關(guān)系。姚老師這種忘我的精神不僅讓段克勤發(fā)自內(nèi)心的敬佩，更為他樹立了榜樣，指引了方向。

人才是取得成績的源動(dòng)力

以青藏高原為主體的第三極地區(qū)是亞洲的水塔，是我國和周邊國家的“環(huán)境驅(qū)動(dòng)源”，也是地球上密度最大、數(shù)量最多的人口賴以生存的環(huán)境。但相比南北極而言，對(duì)“第三極”地區(qū)冰川的研究依然偏少。作為一名中國科學(xué)家，姚檀棟責(zé)無旁貸地專注于青藏高原冰芯研究。

三十多年前，風(fēng)華正茂的姚檀棟和他的同事，在科學(xué)探索的征途中“抽絲剝繭”，先后完成了祁連山敦德冰芯研究、西昆侖山古里雅冰芯研究、喜馬拉雅山達(dá)索普冰芯研究、普若崗日冰芯研究、慕士塔格冰芯研究和唐古拉山冬克瑪?shù)妆狙芯?。隨著研究工作的深入，先進(jìn)技術(shù)的問世以及新科學(xué)問題的產(chǎn)生，2015年以來，六十歲出頭的姚檀棟和年輕隊(duì)員們再次踏上他曾經(jīng)工作過的古里雅冰川和敦德冰川，鉆取了總長度接近1000米的高質(zhì)量冰芯，繼續(xù)推進(jìn)對(duì)青藏高原長時(shí)間尺度的氣候和環(huán)境變化以及人類活動(dòng)對(duì)第三極地區(qū)影響的研究和理解。

近年來，中國科學(xué)家對(duì)青藏高原的研究論文數(shù)量和引用率穩(wěn)居世界第一，中國科學(xué)家在青藏高原冰川與氣候環(huán)境變化的研究也處于國際上第一方陣。姚檀棟表示，他今年獲得的維加獎(jiǎng)?wù)菆F(tuán)隊(duì)實(shí)力的體現(xiàn)，也是創(chuàng)新人才不斷增加的體現(xiàn)和群體效應(yīng)的結(jié)果，“說明國際同行認(rèn)同中國科研人員在‘第三極整體研究水平的提升，而且到了讓國際關(guān)注的程度，所以到評(píng)獎(jiǎng)的時(shí)候，就會(huì)想到中國科學(xué)家候選人?！闭劦轿磥恚μ礂澇錆M期待，他說：“我們對(duì)‘第三極研究的頂級(jí)成果，整體而言還不是世界第一，需要全面提高研究質(zhì)量，達(dá)到世界引領(lǐng)水平。”

長風(fēng)破浪會(huì)有時(shí)，直掛云帆濟(jì)滄海?？粗@片他為之奮斗的冰川和大山迎來了一批又一批年輕學(xué)者。他們帶著新的激情和新的理念，開展新的觀測和研究，創(chuàng)造著新的科研成果，姚檀棟深感欣慰。他深知，祖國的冰川事業(yè)需要新鮮血液的注入。為此，除了繼續(xù)堅(jiān)守在科研第一線，培養(yǎng)更多的后備創(chuàng)新人才也成為他工作中的重點(diǎn)，他呼吁更多的人加入到自己的隊(duì)伍中，為祖國的“美麗中國夢”貢獻(xiàn)一份力量！