青藏高原及其扩展到周边的山地,占地超过500万平方公里——将近中国大陆面积的一半。这里有着除南北极外最大的冰川面积,因此也被称作地球的“第三极”。2012年启动的“青藏高原多圈层相互作用及其资源环境效应”项目是中国科学院B类先导战略研究专项,五年预算超过2亿元(约合4000万美元),由位于北京的中国科学院(CAS)青藏高原研究所(ITP)主导。
2014年1月,中国科学院在青藏高原研究所总部设立青藏高原地球科学卓越创新中心,旨在为该领域的研究提供长期支持并提高其学术水准。
青藏高原研究有什么样的重要性?进展如何?全球变暖对青藏高原有什么样的影响?以及如何加强国际合作?就这些问题,《国家科学评论》(NSR)近期采访了中国科学院青藏高原研究所所长、中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心主任姚檀栋院士以及中国科学院青藏高原研究所常务副所长、中国科学院青藏高原地球科学卓越创新中心副主任范蔚茗研究员。
青藏高原的重要性可以从科学层面和社会层面进行阐释。从科学层面来讲,研究该领域主要是出自对地球如何演化的好奇。青藏高原是解答这一问题的最佳地区之一。由于欧亚大陆和印度次大陆的碰撞,这一地区发生了一系列变化,这些变化大多由高原海拔升高引起。河流与冰川的形成、季风的演化以及冷适应动物与生态系统的出现都在其影响范围内。可以说青藏高原是研究这一系列完整过程的理想之地。
过去几十年,地球科学从聚焦单领域研究发展到重视多学科研究,这也是青藏高原研究的发展方向。对地球系统科学而言,青藏高原是一个理想而独特的自然实验室。从地质学角度来看,青藏高原无疑是世界上独一无二的地方。它自身最大的谜题之一,是为什么它的面积如此辽阔,表面变形却如此之小——与崎岖的喜马拉雅山脉相比,青藏高原表面的大部分地形是相当光滑平坦的。
青藏高原还会以地震和滑坡等形式对人类造成影响,2008年的汶川大地震就是一个典型例子。青藏高原在区域及全球范围都具重要意义:亚洲最大的10条河流由此发源,青藏高原也因此被誉为亚洲水塔;它还影响着大气循环、亚洲季风、亚洲的旱涝模式甚至北美的气候。此外,青藏高原上的造山运动会带来丰富的资源,但这背后的过程却鲜为人知。
青藏高原是世界上最美的地方之一。
在这里工作也极具挑战性:我们经常去海拔很高的偏僻之地,那里的氧气含量和大气压都极低,这些都会对人的生理产生直接影响;天气也十分寒冷,常常是“风雪如刀面如割”。在这里工作无疑比在大多数其他山区工作都更具挑战性。我们必须自己露营、做饭,还有可能碰上车辆故障或陷入泥坑的状况。
这就是为什么青藏高原研究需要申请更多的经费支持的原因——只有当研究设施都十分完备、车辆性能足够好、卫星电话可以在有需要时使用了,我们才能把风险降到最小。
主要研究重点的确定是2012年启动的“青藏高原多圈层相互作用及其资源环境效应”B类先导战略研究专项和2014年成立的青藏高原地球科学卓越创新中心的优先研究中所体现的,聚焦于六个圈层的特征及过程机制的系统化、多学科交叉研究。
其中包括四个核心领域:第一,板块碰撞和高原隆升的时间和过程;第二,这一进程对高原浅表过程的影响;第三,地壳圈层之间的相互作用及其对周围地区的影响;第四,地震、滑坡、冰湖溃决等与青藏高原相关的地质灾害。最近几年,这些研究已经收获了一批富有影响力的成果。
一个重要的发现是,受到不同气候带影响的青藏高原,因为气候变暖而发生了很大的变化。青藏高原对气候变暖最大的响应特征是温度剧烈上升。研究发现青藏高原温度上升的幅度远大于周边低地和平原地区。平均变暖幅度是周边低地和平原地区的两倍。青藏高原大致可分为受西风带影响、受亚洲季风影响以及兼受两者影响的三大区域,这三大区域的冰冻圈、水圈和生物圈的不同表现特点反应出全球变暖对高原的影响。
青藏高原和它周围的山地是一片独特的地质与地理区域,许多特征与南北极相似。这些特征主要缘于它平均达4000米的海拔以及超过500万平方公里的占地面积。它也影响着10多个国家和20多亿的人口。要想真正了解这个地球“第三极“,我们必须采取整体研究并与邻国合作。这也与地球系统科学本身的理念一致。在当今世界,若不兼备区域性和全球性视野,是无法成为一个优秀的地球科学家的。
这是我们应该努力的方向,也是我们教导学生和科研工作者的思路。
从研究的角度来说,主要的挑战是发展能在高海拔应用的新方法和新技术,包括直升机,无人机和现场观测自动化设备。在这方面,中国远远落后于发达国家,尤其是美国,这大大阻碍了青藏高原的研究。比如,常用于极地研究的直升机能大幅提高在青藏高原这种大区域的运输效率,但在青藏高原研究中使用直升机还是奢望。
兴趣是关键。青藏高原是这个星球最美丽的地方之一。从很多方面来看,青藏高原也是地球系统科学研究不可多得的宝地。它吸引着世界各地各行各业的研究者。我希望对地球科学感兴趣的年轻人去青藏高原进行科学探索。能够献身于感兴趣的科学事业是人生的一大殊荣。