從黃土地走向世界的科學(xué)家
——記中國科學(xué)院院士安芷生

文/王遂社 黃明 周亞龍

陜西長嘉實(shí)業(yè)（集團(tuán)）發(fā)展有限公司 特約

作為西北人，在黃土地出生，在黃土地成長，又在黃土地繁衍生息，那么，如果要問黃土是怎樣生長起來的？恐怕沒有幾個(gè)人知道。

雄奇壯偉的黃土高原，總面積達(dá)60多萬平方公里。這里的黃土平均厚度在50—80米，最厚達(dá)到250米以上。

地球上70%的黃土都集中在這里。

2002年，安芷生（前）在云南鶴慶鉆孔鉆探現(xiàn)場

曾經(jīng)有人形容說，人類要了解地球數(shù)百萬年的變化歷史，必須讀三本“書”：一本是深海沉積的歷史，一本是極地冰芯的歷史，第三本便是黃土的歷史。安芷生就是在黃土形成和演變歷史研究方面作出卓越貢獻(xiàn)的人?！包S土地是我們世世代代休養(yǎng)生息的地方，它是一個(gè)巨大的地質(zhì)文獻(xiàn)庫，隱含著地球環(huán)境變化的各種信息，它像一把鑰匙，能夠解開無數(shù)的謎。”

黃土從哪里來？“設(shè)想一下，如果類似現(xiàn)在沙塵暴的風(fēng)沙天氣會帶來0.01毫米厚的塵土，每年10次便能積0.1毫米，10年1毫米，100年1厘米，1000年10厘米，1萬年1米，到現(xiàn)在，黃土高原上最厚的地方已經(jīng)深達(dá)250米，換一種說法也就是說，我們現(xiàn)在所見的黃土高原已經(jīng)存在了250萬年。從地質(zhì)上講，我國的干旱史也有250萬年了?！?/p>

如此說來，似乎有一定的道理。

那么，風(fēng)又從哪里來？

云厚者，雨必猛；弓勁者，箭必遠(yuǎn)。

1941年，安芷生出生于湖南芷江。1958年10月高中畢業(yè)考入南京地質(zhì)學(xué)院，不久，并入南京大學(xué)地質(zhì)系地質(zhì)找礦與勘探專業(yè)。1962年大學(xué)畢業(yè)時(shí)適逢國家提出要培養(yǎng)我們自己的碩士和博士，安芷生迎來了繼續(xù)升學(xué)做研究的機(jī)遇。通過考試，安芷生進(jìn)入中國科學(xué)院地質(zhì)研究所，師從著名地質(zhì)學(xué)家、“黃土之父”劉東生攻讀研究生，專業(yè)為第四紀(jì)地質(zhì)學(xué)。羅曼·羅蘭在《約翰·克里斯多夫》中曾寫道：“一個(gè)人年輕的時(shí)候需要有個(gè)幻想，覺得自己參與著人間的偉大活動，在那里革新世界，他的感官會跟著宇宙所有的氣息而震動?！憋L(fēng)華正茂的安芷生“野心”更大，因?yàn)樗膶?dǎo)師劉東生畢生從事地球科學(xué)研究，是中國科學(xué)院資深院士，曾獲國家最高科學(xué)技術(shù)獎，是泰山北斗式的學(xué)界巨擘?！皠⒗蠋熛劝才盼业街袊茖W(xué)院古脊椎所學(xué)習(xí)古脊椎動物化石與石器。他認(rèn)為研究氣候變化，古生物研究能夠建立時(shí)間和年代的概念，如果沒有這些，第四紀(jì)氣候環(huán)境變化研究就會缺失坐標(biāo)?！薄案匾氖?，我常被老師安排到不同類型的實(shí)驗(yàn)室開展研究。我做過古生物化石的鑒定，做過地球化學(xué)分析，做過偏光顯微鏡的觀察，甚至做過孢子花粉的鑒定，受過的訓(xùn)練嚴(yán)格又全面。這些訓(xùn)練為后來的研究打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，直到今天仍然受用?！卑曹粕鷮Χ鲙煹母屑ぶ橐缬谘员怼?/p>

第一個(gè)將磁性地層學(xué)引入中國

1966年，安芷生研究生畢業(yè)，成為貴陽中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所的助理研究員，仍然從事黃土與第四紀(jì)研究。那時(shí)，他不僅和大家一起，解決了成昆鐵路沿線隧道中含鹽地層的工程地質(zhì)難題，為黃河下游暫不改道提出合理建議，另一項(xiàng)重要工作就是翻譯影印版的外國文獻(xiàn)。“世界上怕就怕認(rèn)真二字，”認(rèn)真讓他發(fā)現(xiàn)了美國科學(xué)家考克斯發(fā)表的最近500萬年的地磁極性變化年表，根據(jù)這個(gè)年表可以測出沉積物的年齡。學(xué)俄文出身的安芷生，用讀研究生期間學(xué)到的英文知識把考克斯的地磁極性年表翻譯成中文并進(jìn)行評述，于20世紀(jì)70年代初發(fā)表在中科院地球化學(xué)所主辦的《地質(zhì)地球化學(xué)》雜志上，把磁性地層學(xué)引進(jìn)中國。之后，他又據(jù)此對藍(lán)田猿人的年齡進(jìn)行了測定，確定了澳洲沙漠化的時(shí)間。

20世紀(jì)80年代，伴隨改革開放，國家支持國際合作的政策陸續(xù)出臺，安芷生有機(jī)會走出了國門。1981年，他負(fù)笈澳洲，師從澳大利亞國立大學(xué)杰出的地質(zhì)學(xué)家Jim Bowler教授研究澳大利亞湖泊演化和沙漠化。他發(fā)表的第一篇英文文章，就是通過磁性地層學(xué)確定了大規(guī)模澳洲沙漠化的時(shí)間約為60萬年前。

初露頭角，令人刮目相看。

從澳洲回國后，安芷生繼續(xù)跟隨劉東生院士開展科學(xué)研究。1985年，他們將中國黃土—古土壤序列與深海氧同位素記錄的全球冰量變化做了正確的對比。“其中最關(guān)鍵的一步是我發(fā)現(xiàn)了最復(fù)雜的第五層古土壤層（S5）要與深海氧同位素階段13、14和15對應(yīng)?！卑曹粕f，“這樣就解決了在對比中最難解決的問題。中國黃土、深海沉積和冰芯一起受到國際學(xué)術(shù)界的重視，成為了研究全球氣候變化的三大支柱?！蓖辏瑫r(shí)為中國科學(xué)院地球化學(xué)研究所副研究員的安芷生帶領(lǐng)8位年輕研究人員，從貴陽來到西安，受命組建中國科學(xué)院黃土與第四紀(jì)地質(zhì)研究室，開始了艱苦而執(zhí)著的追求與探索，也開啟了中國黃土與第四紀(jì)地質(zhì)研究的一次新的飛躍。

首創(chuàng)東亞環(huán)境變遷的季風(fēng)控制學(xué)說

1995年中國科學(xué)院黃土與第四紀(jì)地質(zhì)研究室合影，二排左五和左六分別為劉東生和安芷生

上世紀(jì)30年代，李四光提出了中國古氣候變化的概念。80年代，劉東生等結(jié)合黃土與環(huán)境變化的研究，建立了中國黃土層型剖面，確認(rèn)了反映全球冰期—間冰期旋回的黃土—古土壤序列，發(fā)現(xiàn)中國黃土的古氣候記錄具有重要的科學(xué)價(jià)值。

第四紀(jì)是地質(zhì)年代分期中最年輕的一個(gè)時(shí)代，自距今260萬年以前到現(xiàn)在。這一地質(zhì)時(shí)期與氣候變化、人類出現(xiàn)和人類社會發(fā)展休戚相關(guān)。于科學(xué)而言，關(guān)鍵是找到氣候環(huán)境變化的規(guī)律和機(jī)制，認(rèn)識它的發(fā)展趨勢，從而提出科學(xué)的應(yīng)對措施。在安芷生看來，研究得越深，提出應(yīng)對措施的針對性也就越強(qiáng)。

東亞環(huán)境變化有很多現(xiàn)象，關(guān)于湖面升降、黃土堆積、土壤變化、沙漠進(jìn)退、植被帶遷移等等，國際學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)為，這是由冰期、間冰期的交替造成的。但是如果要進(jìn)一步探究起來，這么多變化并沒有一條線能夠貫穿起來。

1987年，安芷生與哥倫比亞大學(xué)拉蒙特地球觀測所的George Kukla教授和馬薩諸塞州州立大學(xué)地球科學(xué)系Raymond Bradley教授獲得了第一個(gè)美國自然科學(xué)基金委的合作項(xiàng)目，研究中國黃土。在著名的板塊學(xué)說的誕生地拉蒙特地球觀測所，安芷生和Kukla將黃土—古土壤序列及其磁化率曲線與全球氣候記錄做了對比。尤其在捷克和匈牙利等國家實(shí)地勘察之后，安芷生留下了一個(gè)深刻印象：這里的黃土分布并不很厚，最多只有上百米，屬于冰川外圍的冰緣黃土。1989年，在美國華盛頓參加國際地質(zhì)大會之后，安芷生前往密西西比河野外旅行，看到一路分布的都是黃土，而且也是與冰川進(jìn)退有關(guān)的冰緣黃土。一直在中國研究黃土的安芷生，此刻置身海外，突然找到了靈感：“不識廬山真面目，只緣身在此山中！”——中國的黃土，分布面積之廣達(dá)60多萬平方公里，厚度達(dá)50多米到200多米，而且黃土與古土壤分層相互交替規(guī)律十分明顯——顯然，它的形成原因與冰川進(jìn)退并無聯(lián)系。

跳出了黃土成因的冰川說之后，安芷生陷入了更深的思考：中國的黃土如此特殊，它的形成到底與什么有關(guān)？

誰也沒有想到，一個(gè)偶然的機(jī)會，安芷生翻開了女兒的中學(xué)地理教科書，竟然讓這一科學(xué)難題的研究豁然開朗。他在女兒的初中地理教科書和書后的附圖中發(fā)現(xiàn)，東亞的現(xiàn)代氣候主要受東亞季風(fēng)氣候控制。受此啟發(fā)，安芷生開始了深入地研究與求證：東亞季風(fēng)在冬夏兩季分別由冬季風(fēng)和夏季風(fēng)兩股力量交替主導(dǎo)，這是否是黃土形成的動力學(xué)因素？“黃土是風(fēng)成的，雖然在春季發(fā)生，但與冬季風(fēng)有關(guān)，古土壤的形成，則主要是受夏季風(fēng)影響。由此，在東亞季風(fēng)的影響下，中國黃土的特殊旋回才得到了合理的解釋，而不是簡單的冰期、間冰期理論能夠說明的?！?/p>

安芷生院士榮獲美國沙漠研究所“杰出國際科學(xué)家獎”

此后，安芷生帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)積極開拓了黃土與第四紀(jì)地質(zhì)研究新的生長點(diǎn)，在我國不同環(huán)境單元獲取了大批珍貴的環(huán)境變化記錄（黃土、湖泊沉積、石筍、珊瑚、樹輪等），在構(gòu)造（百萬年）、軌道（十萬年—萬年）和短時(shí)間（千年—百年）尺度東亞大陸環(huán)境演化的歷史和規(guī)律研究上取得了一系列具有重大國際影響的成果。安芷生把風(fēng)成沉積作用從黃土高原頂部黃土層拓展到整個(gè)黃土序列，并把過去只強(qiáng)調(diào)搬運(yùn)過程的風(fēng)成作用擴(kuò)展到物源－搬運(yùn)－沉積－沉積后變化這一完整過程，為全球變化研究奠定了基礎(chǔ)。

安芷生并沒有停留在黃土研究上，通過對湖面升降、植被帶遷移、沙漠進(jìn)退、動物遷移、雪線變化的系統(tǒng)研究，他發(fā)現(xiàn)，從黃土研究上找到的規(guī)律，同樣能用于說明這類自然現(xiàn)象變遷的原因，由此，所有的研究都指向了東亞季風(fēng)。東亞古季風(fēng)控制中國古代環(huán)境變遷的理論由此成立。1991年，安芷生明確提出“東亞古環(huán)境變遷的季風(fēng)控制論”，較合理地揭示了中國黃土沉積多旋回的氣候意義。季風(fēng)控制論完美地解決了一系列以前令人不解的現(xiàn)象，如分布廣泛且厚度很大的中國黃土堆積、沙漠的進(jìn)退、湖面的波動、林線和雪線的變化、生物氣候帶的移動以及中國南海海表溫度的變化等。這項(xiàng)研究曾被國際科學(xué)聯(lián)合會全球變化委員會確定為東亞地區(qū)進(jìn)行過去全球變化研究的主要議題之一，極大地推動了中國乃至世界第四紀(jì)環(huán)境變遷研究的發(fā)展。

“起初，劉先生不太贊成這個(gè)觀點(diǎn)，他總覺得有些形而上學(xué)，冰期受冬季風(fēng)而間冰期受夏季風(fēng)的影響是不是太簡單了？后來，我們向他報(bào)告了只有用季風(fēng)變遷理論才能解釋中國黃土獨(dú)一無二的特點(diǎn)，他很快轉(zhuǎn)變了觀點(diǎn)?！卑曹粕f。季風(fēng)，尤其是東亞季風(fēng)和印度季風(fēng)帶來的降水關(guān)系著東亞和南亞眾多人口的生存和社會的發(fā)展。因此，安芷生提出的季風(fēng)控制論，從20世紀(jì)90年代至今都是中國第四紀(jì)研究和全球氣候變化研究的一個(gè)經(jīng)久不衰的熱點(diǎn)，并得到了學(xué)術(shù)界的普遍認(rèn)可。這也成為安芷生在科研路上一個(gè)非常重要的原始創(chuàng)新。陳嘉庚地球科學(xué)獎?lì)C獎詞對這一學(xué)說貢獻(xiàn)的描述是：首次提出最近250萬年中國黃土—古土壤序列是東亞季風(fēng)變遷的良好記錄，并將各種地質(zhì)生物記錄和古大氣環(huán)流研究結(jié)合，明確指出季風(fēng)變遷與太陽輻射、全球變化和青藏高原隆升的關(guān)系，系統(tǒng)提出了東亞環(huán)境變化的季風(fēng)控制學(xué)說，將東亞環(huán)境變化推向動力學(xué)的理解。從而解釋了以黃土和古土壤交替為特征的中國黃土—古土壤序列以及其他東亞環(huán)境變化的一系列現(xiàn)象，為推動上世紀(jì)90年代以來東亞過去全球變化和第四紀(jì)科學(xué)研究的發(fā)展作出重大貢獻(xiàn)。

季風(fēng)歷史和動力學(xué)研究隊(duì)伍的不斷壯大，鼓舞安芷生組織了一個(gè)更大的專家團(tuán)隊(duì)去研究全球季風(fēng)。他們認(rèn)為，全球季風(fēng)是由太陽輻射的季節(jié)循環(huán)、海—陸—?dú)庀嗷プ饔霉餐瑥?qiáng)迫所導(dǎo)致的，具有顯著季節(jié)變化現(xiàn)象的行星環(huán)流系統(tǒng)，表現(xiàn)為行星尺度氣壓系統(tǒng)及氣壓梯度的顯著季節(jié)變化、盛行風(fēng)向的季節(jié)性反轉(zhuǎn)以及干濕季節(jié)的交替出現(xiàn)。這一定義強(qiáng)調(diào)了季節(jié)性氣壓梯度驅(qū)動季風(fēng)變化的重要性，也考慮了不同時(shí)間尺度，如構(gòu)造、軌道、千年、百年甚至更短時(shí)間尺度上季風(fēng)變化的特點(diǎn)和動力學(xué)。

繼提出季風(fēng)控制論，為探索東亞環(huán)境變化的機(jī)制提供了新思路后，安芷生和華盛頓大學(xué)地質(zhì)學(xué)家Stephen Porter一起，根據(jù)黃土粒度的證據(jù)，又指出千年尺度的東亞氣候突變事件，反映了東亞和北大西洋通過大氣過程的關(guān)系。在21世紀(jì)初，安芷生發(fā)表了關(guān)于東亞古季風(fēng)的歷史、變率以及控制機(jī)制的總結(jié)性文章。他提出的“熱力牽引和壓力推動”將東亞和澳大利亞季風(fēng)聯(lián)系起來。2011年，安芷生和他的團(tuán)隊(duì)也論證了在冰期—間冰期尺度上，印度夏季風(fēng)變率很大程度上也受南北半球氣候強(qiáng)迫控制的判斷，闡明了冰期—間冰期印度季風(fēng)變化的動力學(xué)，認(rèn)為跨赤道氣壓梯度控制的跨赤道氣流影響了南北半球氣候的變化。

學(xué)以致用，服務(wù)社會發(fā)展

我國地處生存環(huán)境脆弱多變的東亞地區(qū)，在全球變化和社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展的影響下，環(huán)境問題尤其突出。其中最為嚴(yán)峻的是占國土面積40%的北方地區(qū)干旱化，已經(jīng)成為妨礙東北商品糧基地的發(fā)展、華北能源基地的建設(shè)以及實(shí)施“戰(zhàn)略西移”方針的主要障礙?？茖W(xué)地預(yù)測干旱化未來的發(fā)展趨勢，評估其社會經(jīng)濟(jì)影響，提出合理的適應(yīng)對策，是國家戰(zhàn)略決策的需要。

為此，安芷生承擔(dān)了國家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展規(guī)劃項(xiàng)目《我國生存環(huán)境演變和北方干旱化趨勢預(yù)測研究》，運(yùn)用多學(xué)科交叉的集成分析，生態(tài)系統(tǒng)的觀測實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬方法，研究生存環(huán)境系統(tǒng)的自然演變規(guī)律，揭示全球增暖以及人類活動對于干旱化的影響過程和機(jī)理，在此基礎(chǔ)上研究如何通過組織有序人類活動，保護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境，從根本上緩解干旱化影響的科學(xué)途徑。同時(shí)，又將在季風(fēng)環(huán)境系統(tǒng)的形成和變化規(guī)律、全球變化的區(qū)域影響和人類活動的環(huán)境效應(yīng)等基礎(chǔ)科學(xué)問題上進(jìn)行研究，發(fā)展季風(fēng)環(huán)境系統(tǒng)與全球變化相互關(guān)系的科學(xué)理論。安芷生對北方干旱、半干旱區(qū)和其中典型地區(qū)的土地利用和水利用驅(qū)動力以及相關(guān)生態(tài)特征的分析結(jié)果表明，由于近幾十年來我國北方地區(qū)人口總量及密度迅速增加，工業(yè)快速發(fā)展，城市擴(kuò)展，消費(fèi)水平不斷提高以及對生態(tài)系統(tǒng)的不合理經(jīng)營，造成該地區(qū)土地利用和水資源利用變化，加劇了干旱化的發(fā)展。建議根據(jù)當(dāng)?shù)氐臍夂?、水文和土壤等條件合理安排農(nóng)林牧和工業(yè)的宏觀布局，是成功實(shí)施退耕還林（草）措施的基本原則。該研究成果處于國際先進(jìn)水平，并產(chǎn)生了重要的學(xué)術(shù)影響。還對北方干旱化發(fā)展的未來趨勢做出了初步的定性預(yù)測，為國家有關(guān)部門提供了咨詢報(bào)告。“我們今天要改善我國西部和黃土高原的生態(tài)環(huán)境，首先要遵循自然環(huán)境變化的規(guī)律，基礎(chǔ)性和前瞻性的科學(xué)研究能夠直接為國家經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展服務(wù)，尤其在資源環(huán)境領(lǐng)域。”安芷生說。

安芷生院士獲瑞典哥德堡大學(xué)名譽(yù)博士學(xué)位

黃土為基，季風(fēng)為翼，構(gòu)筑了安芷生波瀾壯闊的人生。從1958年進(jìn)入南京地質(zhì)學(xué)院起，60余年來，安芷生在黃土與環(huán)境、第四紀(jì)地質(zhì)與全球變化、大氣顆粒物污染控制等領(lǐng)域的研究，取得了豐碩成果。先后在國外高影響雜志上發(fā)表論文20余篇，在國內(nèi)外專業(yè)期刊上共發(fā)表文章400余篇，其中SCI引用2.7萬余次。1996年—2007年，他的研究論文在地球科學(xué)領(lǐng)域全球排名第16位，中國地球科學(xué)領(lǐng)域排名第1位。截至2016年，共培養(yǎng)了12個(gè)國家杰出青年基金獲得者，以及40多名博士、20多名碩士。

因貢獻(xiàn)突出，他先后榮獲國家自然科學(xué)獎、中國科學(xué)院杰出科技成就獎、美國沙漠研究所杰出國際科學(xué)家獎、陳嘉庚地球科學(xué)獎、陜西省科技進(jìn)步獎等獎項(xiàng)10余項(xiàng)；1991年當(dāng)選中國科學(xué)院院士，2000年當(dāng)選第三世界科學(xué)院院士，2016年當(dāng)選美國國家科學(xué)院外籍院士 。2019年榮獲陜西省最高科技進(jìn)步獎，入選2019年全球“高被引科學(xué)家”名單。