王艷敏

青藏高原，中國最大、世界海拔最高的高原，這里是中華文明的發(fā)祥地之一，也是“世界屋脊”“第三極”。保護和建設好青藏高原對于地球生態(tài)環(huán)境和人類生存發(fā)展具有重要意義。多年來，為了守護這世界上最后一方凈土，無數(shù)科學家將青春和熱血傾灑，足跡遍布青藏高原上連綿不絕的山川。中國科學院青藏高原研究所研究員張強弓就是其中一員。

“在青藏高原上研究工作的人，很難不對這個地方產(chǎn)生感情，盡管高原自然環(huán)境惡劣，甚至有時候讓人很難受，但每年還是想去走走、看看，已經(jīng)形成了一種習慣。”張強弓說道。

作為青藏高原年輕一代研究者，在前輩的指引下，張強弓也成了一名名副其實的高原探路人。十余年來，他已組織參與青藏高原地區(qū)野外科學考察數(shù)十次，主要從事青藏高原冰凍圈化學與環(huán)境研究。

“以青藏高原為核心的我國西部地區(qū)在全世界中低緯度地區(qū)中擁有數(shù)量和面積最多的山地冰川，我們有48000多條冰川，面積超過5萬平方千米，給我們冰川研究提供了非常好的材料?！睆垙姽f道。

自然資源獨一無二的青藏高原，無疑也是眾多科學家的科研殿堂。經(jīng)過一代又一代科學家的努力，近年來，我國科學家在青藏高原環(huán)境變化的研究已處于國際第一方陣。在此基礎上，我國科學家正積極推動以中國科學家主導，面向“三極”（南極、北極、青藏高原）協(xié)同研究的國際大科學計劃。

“‘三極是全球變化的敏感區(qū)，是全球變化的指示器。推動‘三極研究計劃，我們希望能從整體上研究全球氣候與環(huán)境變化，同時也為國際輸入更多中國聲音?！睆垙姽f道。

從地到天

回憶起來，張強弓其實從未想過進入冰川領域，在青藏高原上做研究，用他的話說，“這一切都是機緣巧合”。

2003年，根據(jù)國家經(jīng)濟社會發(fā)展重大戰(zhàn)略需求和國際科學前沿發(fā)展趨勢，中國科學院青藏高原研究所（以下簡稱“青藏高原所”）應運而生。時年12月2日，中央機構(gòu)編制委員會辦公室復字〔2003〕165號文件《關于中國科學院青藏高原研究所等單位機構(gòu)編制的批復》，正式批準了青藏高原所的成立。2004年9月，從東北大學地質(zhì)系畢業(yè)的張強弓考入了青藏高原所，成為了首屆研究生。

“當時青藏高原所剛剛成立，還沒有招生權，是中國科學院地理所代招的，錄取之后再重新分配，所以我也是錄取后被調(diào)劑做冰川研究的?！痹诔跗诮ㄔO階段，青藏高原所組建了一支“站在高原、研究高原”的國際化、高水平研究隊伍，張強弓的導師正是中國科學院“百人計劃”入選者，當時剛從美國緬因大學氣候變化研究所回國的康世昌研究員，其主要從事青藏高原的冰川學及冰芯氣候環(huán)境記錄研究。

“我的研究方向其實相當于經(jīng)歷了一個從地下到天上轉(zhuǎn)變的過程?！睆垙姽榻B，地質(zhì)專業(yè)主要是研究地球內(nèi)部，到了青藏高原所之后，他轉(zhuǎn)到了地理也就是地球表面冰川的研究，再往后又接觸到大氣化學方面的研究。“雖然從大的角度來講都屬于地球科學的范疇，但研究生階段的學習肯定是一個更加專業(yè)的方向，我以前從來沒有想過去做青藏高原和冰川方面的研究?！睆垙姽f道。

這絕對不是一個簡單的專業(yè)調(diào)劑，青藏高原自然環(huán)境的特殊性注定了在這一領域做研究的人將承受許多常人無法想象的艱難。

早在2003年，導師康世昌就曾帶隊在西藏中南部的念青唐古拉山鉆取了一支120多米長的冰芯，但大家覺得高原中部僅有一支冰芯，空間代表性不夠。因此2005年，在導師的帶領下，張強弓第一年進藏考察，并且直接走到了長江的源頭——唐古拉山脈主峰格拉丹東峰，主峰海拔超過6000米。

第一次進藏研究就挑戰(zhàn)這樣的高度，對于當時剛讀研究生的一群年輕人來說自然挑戰(zhàn)頗巨。行進過程中不僅沒有路，還有很多沼澤，每一次前進都格外艱難。經(jīng)歷了多天輾轉(zhuǎn)，他們終于來到了冰川末端大概海拔5100米一個比較平坦的地方搭建了營地，但之后的考驗才剛剛開始。

5100米海拔只是冰川末端，屬于消融區(qū)，也就是每年積累的雪會小于消融的雪，要鉆取冰芯必須在冰川的上部積累區(qū)下鉆，才能獲得完整的記錄，而這段垂直海拔抬升不足1000米的旅途他們只能靠人力前行。

扛著沉重的設備，拖著早已麻木的雙腿，他們在漫天冰雪中艱難地向選定的冰芯鉆取點一步一挪地攀登前行。一天，他們從早上一直忙到傍晚，全身都已失去力氣與知覺，以為可以收工休息的時候，沒想到導師突然從冰川上跌跌撞撞翻滾下來，又累又帶著激動地跟他們說：“我探到了一條路，咱們再把設備往上運一段吧！”

“我們當時一聽真的崩潰了，野外還是很艱苦的?！睆垙姽χ袊@。

不過，如果守得云開見月明，那這些艱苦與磨難也是有意義的。對于張強弓而言，第一次參加高原冰川考察的回報來得格外曲折與動魄驚心，他差點就因此耽誤了畢業(yè)。

一波三折的雪冰研究

那次科考，在海拔5800米附近的地方，張強弓和團隊終于找到了一個適合打鉆的平坦區(qū)域，歷經(jīng)一個多星期，取出了一支147米長的冰芯，最后在牦牛的幫助下運回營地，之后又成功地運回到實驗室，鋸成了3000多塊進行研究。在將樣品水送到實驗室后，他們得到了各種化學指標，只差一步就可以得到完整的歷史記錄，那就是年代。

冰川記錄與自然及人類活動息息相關，冰川研究主要是想通過冰川的記錄來反映氣候環(huán)境的變遷。地球歷史上一些重要的自然或人為事件，如火山爆發(fā)、核爆炸等都會在冰川中留下痕跡。要想確認冰川的年代通常需要找到核爆炸還有火山爆發(fā)等事件在冰芯中出現(xiàn)的信號。在他們的預想中，這個信號大概會在冰芯10～20米的地方出現(xiàn)，但反復找了許久，還是沒有找到對應的數(shù)值。之后又花了整整兩年時間，他們終于找到了峰值的對應冰芯深度，然而，預期應該出現(xiàn)在20米左右地方的峰值，實際上在5米的地方就出現(xiàn)了！問題到底出在哪里？

“我的博士研究本來是想通過這支冰芯研究長江源頭氣候環(huán)境的歷史變化，沒想到跟預期的完全不一樣。”為了順利畢業(yè)，張強弓只得將博士論文進行了一個快速轉(zhuǎn)化。

雪冰氣候環(huán)境記錄研究一般分為兩個部分：一個是現(xiàn)代過程，一個是歷史記錄。現(xiàn)代過程研究主要為歷史記錄重建提供基礎。張強弓的博士論文本來以歷史記錄為重點，但當時，那塊年代不明的冰芯不得不讓他從歷史記錄轉(zhuǎn)向了現(xiàn)代過程研究。在雪冰化學研究方面，他準確獲取了珠峰海拔6500米至峰頂雪冰中數(shù)十個元素的含量和空間變化特征，分析指出珠峰雪冰元素含量與極區(qū)相當，受人類活動影響甚微，是北半球中低緯度大氣環(huán)境本底的代表;首次全面闡明了冰川雪冰中典型重金屬汞的本底含量及其“冬高夏低”和“北高南低”的時空分布格局，給出了我國西部高海拔地區(qū)大氣汞沉降通量;特別是揭示了大氣沉降顆粒物是控制雪冰中汞形態(tài)和含量分布的主控因素，由于顆粒態(tài)汞不易被還原和轉(zhuǎn)化，可較好保存大氣汞沉降信息，這些研究結(jié)果為冰芯歷史記錄的解譯奠定了現(xiàn)代過程基礎。

得益于扎實的功底與不懈努力，2009年，張強弓從青藏高原所博士順利畢業(yè)，并獲得2009年“中國科學院優(yōu)秀畢業(yè)生”及“中國科學院院長優(yōu)秀獎”，之后一直留所工作至今。

從攻讀博士學位到工作后的幾年間，盡管科研方面不斷有新的發(fā)現(xiàn)、新的成果誕生，但張強弓卻有些茫然。那塊無法確認年代的冰芯一直橫亙在他的心中，無法排除。

2014年，他將冰芯帶到了世界上知名的核能、化工實驗室——瑞士保羅希爾研究所，測試了冰芯中的一些放射性同位素，并將其與之前獲得的相關信息進行研究。最后終于確定，格拉丹東這支冰芯的頂部對應的是1982年，但按理來說，這支冰芯的頂部應該是鉆取時的2005年才對，為什么會是1982年？而且，這也代表著格拉丹東冰芯1982—2005年的記錄都不見了，為什么會這樣？

假如研究對象消失

“以往冰川連續(xù)記錄了很長時間的人類活動歷史，但最近幾十年強烈的人類活動造成了全球氣候變暖，導致冰川快速減薄，所以最后我們發(fā)現(xiàn)，原來是強烈的人類活動把冰川近些年的記憶給抹除了?！睆垙姽f道。

冰川，就像一座穿越了時間與空間的“檔案館”，通過層層冰雪積累記錄歲月的變遷。在全球氣溫持續(xù)升高之前，冰川的積累區(qū)每年都會積累很多雪，一年又一年層層累積，如樹之年輪一樣形成非常明顯的層理，在這個地方鉆取冰芯可以獲得完整的記錄。研究人員不僅可以把這些冰融成水，測試里面代表氣溫波動的氫氧同位素比率，還可以測量水量，就能知道每年的降水量。同時，他們還能測試水中的各種化學指標，包括沙塵、離子、金屬元素等，這些都是大氣環(huán)境的指示，攜帶了遠古時代大氣成分的信息。在擁有世界上最大冰蓋的南極地區(qū)，冰蓋厚度超過3000米，科學家通過在南極鉆探冰芯，然后將3000米長的冰芯從上到下排列，就可以看到百萬年以來氣溫和大氣成分的變化。但是現(xiàn)在，在全球氣溫持續(xù)升高之下，地球上這一座座檔案館的資料正在流失，對于中低緯度的高山地區(qū)，這種現(xiàn)象更為嚴重?？茖W家預測，不遠的未來還有更多的小冰川會消失……

“對于我來說，一個研究者的研究對象都不在了，還怎么繼續(xù)工作呢？”在發(fā)現(xiàn)地球上的冰川正在加速消融這一不可阻擋的事實后，張強弓陷入了深深的迷茫。他開始四處求索，冰川消退之后該如何進行研究。

有一次在翻看瑞士Stein冰川資料的時候，張強弓注意到冰川下面有一個湖，他突然想到，冰川退縮后，有沒有可能冰川中的一些記憶轉(zhuǎn)移到了湖中呢？后來，他果然從文獻中查找到了Stein冰川和Stein湖之間的關系，里面記錄了1970年代湖中污染物濃度出現(xiàn)了第一個峰值，這一峰值對應的正是歐洲大量工業(yè)排放的年代，第二個峰值出現(xiàn)在2000年以后。但那時歐美開始實施大氣減排措施，污染物濃度應該下降，為什么反而上升呢？原來，冰川快速消融后，有些“記憶”轉(zhuǎn)到了湖里。

得到這一發(fā)現(xiàn)后，張強弓頓時興奮起來?！拔矣钟辛诵碌难芯拷裹c，即便全球氣候變暖，我的冰川研究還是要繼續(xù)并且是可以持續(xù)的?！敝螅麑⑦@種想法和之前的資料匯總，提出了一個重要觀點：冰川和冰川湖所包含的信息是此消彼長的。冰川快速消融的情況下，冰川湖會擴大，也會接收到更多冰川帶來的記憶。自此，他的研究也開始向冰川消融后對環(huán)境的影響這一領域轉(zhuǎn)變。

青藏高原是“亞洲水塔”，前人對高原冰川融水徑流水文變化開展了諸多研究，但對冰川融水徑流中化學組分的遷移過程及其對下游生態(tài)環(huán)境的影響缺乏系統(tǒng)認識。為此，近幾年來，張強弓向這一領域展開了探索。

通過對高原內(nèi)陸典型冰川和被補給湖泊“扎當冰川和納木錯”的持續(xù)系統(tǒng)觀測研究，張強弓刻畫了汞在冰川徑流中的日變化特征和遷移過程，揭示了冰川消融對流域汞輸出的控制和影響，發(fā)現(xiàn)高原冰川流域的汞產(chǎn)出率高于南北極，具有促進流域汞輸出的強化效應。之后，他還對高原中南部數(shù)十個湖泊開展水化學系統(tǒng)調(diào)查，并深入研究了汞在高原水生態(tài)系統(tǒng)中的富集特征，發(fā)現(xiàn)高原野生魚類和湖泊水生食物鏈具有顯著的汞富集效應。

在此工作基礎上，張強弓進一步建立了高山冰川影響區(qū)汞的分布和環(huán)境風險分區(qū)模型，綜述展望了高原冰川流域汞循環(huán)及其環(huán)境效應研究，指出冰川消融是促進高山區(qū)域汞循環(huán)的活躍因子。他在Science發(fā)表的Letter文章“Melting Glaciers：Hidden Hazards”（《冰川消融是隱性災害》），指出冰川消融釋放活化微量有毒和營養(yǎng)元素對下游生態(tài)環(huán)境可產(chǎn)生長效和潛在影響，提出了冰川消融輸出微量元素是隱性環(huán)境災害的新觀點。

這些研究深化了對山地冰川作用區(qū)和補給區(qū)元素循環(huán)的認識，被國內(nèi)外多家刊物和媒體報道，并被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）2019年發(fā)布的Global Environment Outlook 6（《全球環(huán)境展望-6》）引用作為全球冰川消融對環(huán)境產(chǎn)生影響的重要證據(jù)。

盡管這些年來在科研道路不斷有新的想法與成果產(chǎn)生，但面對浩瀚無垠的“三極”研究，張強弓卻始終覺得自己的攀登道路才剛剛開始。

站在巨人的肩膀遠航

“這些年來，我國青藏高原科學考察研究在姚檀棟院士為代表的科學家?guī)ьI下，一步步邁向世界地球科學的‘第三極，在國際上擁有話語權，發(fā)展迅速。冰凍圈研究也是類似，最早提出冰凍圈科學完整理論體系的就是以秦大河院士為代表的我國冰凍圈科學研究群體。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，我國的冰凍圈研究已在國際上占領高位。而現(xiàn)在，我深切地感知到我們正處于這兩條線的交會處。”作為年輕一代青藏高原冰凍圈研究者，張強弓深有體會，“青藏高原與冰凍圈研究是我國科學家長期奮斗積累形成引領國際科學前沿的優(yōu)勢研究領域，我從事青藏高原冰凍圈科學研究，處在這兩個特色優(yōu)勢研究的交會處，深感幸運而任重道遠?！?/p>

近年來中國科學家對青藏高原的研究論文數(shù)量和被引用率穩(wěn)居世界第一，在青藏高原環(huán)境變化的研究已處于國際上第一方陣。但青藏高原冰凍圈僅占全球一小部分，南北極的巨大冰蓋和季節(jié)性海冰動態(tài)變化在全球能量平衡中的驅(qū)動和反饋效應，是當前全球變化研究的熱點，協(xié)同開展青藏高原、南極、北極的“三極”氣候與環(huán)境變化協(xié)同研究，具有重要意義。

“‘三極是全球生態(tài)環(huán)境的重要屏障和關鍵紐帶，也是全球氣候變化的敏感區(qū)和脆弱區(qū)。事實上，國家正在謀劃從‘第三極出發(fā)，發(fā)起由中國人引領的‘三極大科學計劃，這不僅是國家戰(zhàn)略的需要，也是全球科學發(fā)展的趨勢。站在國家層面，‘三極研究有利于提高我國國際話語權，幫助國家實現(xiàn)科技強國;站在國際角度，‘三極研究有利于全球環(huán)境保護，利在千秋。而作為我國青藏高原和冰凍圈這兩大特色領域的青年學者，我們更應該主動思考并積極參與推進‘三極大科學計劃，將我國的‘三極研究引向縱深和國際前沿。”張強弓說道。

為此，早在幾年前，張強弓就已在這條道路上毅然前行。針對青藏高原大氣污染以及全球山地冰芯消失的現(xiàn)象，他總結(jié)了利用山地冰川研究氣候環(huán)境變化的優(yōu)勢，認為全球高山冰芯研究均面臨冰川頂部減薄的挑戰(zhàn)，并提出了應對冰芯記錄消逝的策略方案，包括開展國際計劃加快冰芯鉆取，存儲備份冰芯用于后續(xù)研究，實施新技術恢復解譯已消失的最新冰芯記錄等;他還指出近期“冰川消減—冰川湖擴張”的模態(tài)正在增強，提出加強冰川與冰川補給湖沉積物記錄協(xié)同研究，以整體論思想認識區(qū)域環(huán)境變化的新思路……

然而，一個人的力量始終是有限的，張強弓深感青年學者才是“三極”研究的主力軍和創(chuàng)新的動力源泉。2016年，張強弓入選中國科學院青年創(chuàng)新促進會，歷任地學分會和北京分會理事。為此，在會員資助期間，他就積極發(fā)起創(chuàng)辦“高極-三極”青年創(chuàng)新論壇，促進青年學者理解和把握“三極”研究前沿動態(tài)，加強跨地域、跨領域、跨學科間青年學者的交流合作。會議連續(xù)舉辦至今，已在國內(nèi)外取得了良好反饋，有效促進了青年學者在“三極”研究領域的交流。2017年，他還獲得了中國冰凍圈科學學會施雅風冰凍圈與環(huán)境青年科學家獎。

2020年，基于青藏高原冰凍圈化學與環(huán)境研究成果及對未來的發(fā)展規(guī)劃，張強弓成功獲得國家優(yōu)秀青年基金項目資助。但在他眼中，這只是科研的第一步。山峰有高度，科學無止境。站在“世界屋脊”，他將沿著前輩科學家的足跡，向著科學的高峰不斷前行。