欢迎您登录科学中国人官方网站!!
新浪微博|网站地图|联系我们|旧版回顾
安芷生:黄土与季风:跨越百万年的时空连线

来源:  发布时间:2019-09-20

——记中国科学院院士、中国科学院地球环境研究所研究员安芷生
  
□ 李 莉  王 涵

  
  
  不清楚从哪一刻起,不分昼夜、不知疲倦的西风,开始施展它的法力,将荒漠里的沙土卷扬而起,向秦岭北麓的盆地倾压而来。黄色粉尘纷纷扬扬、飘飘洒洒,越积越厚、越堆越高,积成峁、堆成墚,又堆成一大片一大片的塬,又经过长期的侵蚀和水土流失,最终塑造出黄土高原。空旷辽远、千沟万壑、触目惊心的苍黄将高原的贫瘠显露无疑。但对一些人,这里的每一层粉沙土却都是宝贝。
  为破解黄土堆积演化及气候环境变迁的秘密,这些人躬身黄色苍茫间。风一吹,细细的黄土粉砂灌进嘴里、耳朵里,迷住了眼睛,拂过脖颈钻进衣服里,他们只好用毛巾围在脖子上,兜在脑袋上,村民见了他们这幅模样总会说:“你们这是科学家?娃娃种地,都不让他们干这个!”但他们就是乐在其中。
  中国科学院院士、中国科学院地球环境研究所研究员安芷生就是这些人中的一员。作为研究黄土的科学家,从中国黄土和古气候的早期研究到黄土、东亚季风和全球变化再到全球季风,他的研究从区域扩展到全球,将我国黄土、第四纪研究与全球环境变化科学相融合,为研究气候环境变化的规律和预测未来服务,为黄土高原生态环境的治理和可持续发展服务,他本人也从千沟万壑的黄土地走向了世界,成为蜚声国际的地质学家和古气候学家。回首过往足迹,安芷生说,自己只不过是走了一条再平凡不过的路。
  
走过时代的风风雨雨
  1941年,安芷生出生于湖南芷江,若稍加注意,会发现他的名字透露了这个信息。父亲当时在国民政府财政部工作,随父亲工作地点变动,全家多次迁移:从南京到武汉,从武汉到遵义,之后又迁往重庆,后来又东迁回到了南京。抗战以来,“迁移”成了幼年安芷生对国家动荡的直接感受。
  1952年,凭优异成绩,安芷生考取了南京师范学院附属中学(今南京师范大学附属中学,直到现在这仍是南京最好的学校之一)。在南京师范学院附属中学度过美好的中学时光后,1958年安芷生高中毕业。
  讲到这里,安芷生谈起了自己的父母。他的母亲是中学教师,在当时的南京民德女中教数学。虽是老师,但她却从未给自己的孩子做过任何辅导,而是让他们自己独立和努力。而曾在上海大学当过教师的父亲在世时则非常注重培养安芷生的写作能力、逻辑能力和哲学思维。父亲去世后,养家的重担落在了母亲一人身上,她用每月50多元的微薄工资养育着4个孩子。虽然母亲提倡尊重孩子的个人意愿,任他们自由发展,但她在关键时刻的一句话,却让安芷生抓住了上大学的机会。1958年10月的一天,南京地质学院发来一封通知书。伴随“大跃进”运动的风潮,一批新学校纷纷成立,南京地质学院就是其中一所。“高中毕业时我填的都是‘清华’这类的学校。当接到这封通知书时,我犹豫了,但我妈妈说了一句话‘只要有大学要你,不管什么学校你都要去’。所以,当时谈不上对地质有什么兴趣,我就进了南京地质学院。”
  没多久,为响应党中央“调整、巩固、充实、提高”的号召,成立不久的南京地质学院并入南京大学地质系。在南京大学地质系地质找矿与勘探专业,受过徐克勤教授等名师指点,接受了很好的专业训练后,1962年夏,安芷生大学毕业。那一年春天,邓小平主持中央书记处工作,他提出要招研究生,要培养我们国家自己的硕士和博士。于是,研究生由过去保送的模式变成先由系里推荐然后考试的模式,安芷生迎来了继续升学做研究的机遇。他告诉记者:“毕业时,我们专业有5个班,一共推荐了5个人。当时地质系认为我表现还不错,就推荐我报名了。”通过考试,安芷生进入中国科学院地质研究所,师从著名地质学家、“黄土之父”刘东生院士攻读研究生,专业为第四纪地质学。
  回首虽曲折但还算幸运的过往,安芷生感慨:“家庭动荡让我知道了生活的不易,也让我对这个世界上正在发生的事情有了自己的理解。我觉得对我影响比较大的,一个是1962年中央提出的研究生招生政策,这让我有机会搞科研;另一个是改革开放,让我有了走向世界的机会。”
  
科学精神的启蒙
  第四纪是人类地质历史时期最年轻的时代,从早期人类出现的大约260万年前到现在,都属于这一地质历史时期。这一时期有两大特点:全球气候变化和人类的出现与演化。发展到今天,第四纪地质学已变成一门非常重要的学科,因为它研究与人类密切相关的气候环境变化。但在安芷生刚入读研究生时,这门学科却并不吃香,他的导师刘东生同样也不那么吃香。
  “我是刘先生的第一个研究生,1962年10月,当我从南京初到北京见到刘先生时,他先问我对第四纪感不感兴趣,我说不感兴趣,我没有学过第四纪,考试时用两个礼拜时间,找了一些资料临时学了一下。我说我对地球化学感兴趣,先生一听不太高兴,但也没有当回事,仍然认真地给我安排研究生学习,给了我非常好的严格训练。”安芷生说。
  刘东生从南开中学到西南联大,英文很好。他对古生物尤其是鱼化石有独到的研究。他先安排安芷生到中国科学院古脊椎所学习古脊椎动物化石与石器。他认为研究气候变化,古生物研究能够建立时间和年代的概念,如果没有这些,第四纪气候环境变化研究就会缺失坐标。
  刘东生的野外功底很强,笔记做得很认真。安芷生则相反,他做笔记不多,更喜欢用脑子记,虽与老师的风格不同,但对待野外记录的态度却同样认真。“他对我最大的影响还有一个,就是他非常重视实验研究。”安芷生说。
  安芷生扎实的实验功底就得益于老师提供的机会。他被安排到不同类型的实验室开展研究,做过古生物化石的鉴定,做过地球化学分析,做过偏光显微镜的观察,甚至做过孢子花粉的鉴定,受过的训练严格又全面。提起这些,安芷生说:“刘先生对我非常有恩,这些训练为我后来的研究打下了很好的基础,直到今天仍然受用。现在很少有学生能像我这样,能够如此系统地接受实验训练。”当时,古脊椎所有很多大家,他们做哺乳动物化石研究、考古非常厉害,他们共同举办了一个学习班,当时在古脊椎所工作的师母胡长康是学习班的助教。安芷生参加了半年,因为知识面比较宽也很认真,每次考试成绩都名列前茅,刘先生和师母知道后很欣慰。
  “刘先生很敏锐,对新的国际动态捕捉得很快。20世纪60年代初,针对气候变化,国际上方兴未艾,刘先生对此非常敏感,他发现黄土和古土壤层的交替可能与冰期和间冰期交替的气候变化相关,并且这种气候变化记录可以与全球对比,当时这在国际上也是很先进的。”安芷生对记者说。
  其实,刘东生与黄土的结缘起于20世纪50年代,在做华北黄河中游水土保持项目时他对风成沉积产生了兴趣,他观察了黄土高原堆叠式的民居,发现黄土层中夹杂着古土壤层。他猜想这些沉积可能是古气候变化的陆地记录,就让他的研究集体和安芷生等年轻学生一起做调查和地层分析。
  安芷生1966年研究生毕业,成为贵阳中国科学院地球化学研究所的助理研究员以后,仍然从事黄土与第四纪研究。从黄土到戈壁,从青山到雪域,跟随老师刘东生,安芷生曾迎着凛冽的寒风翻越过沟壑纵横的黄土高原,顶着烈日穿越毛乌素沙漠,先生志在千里的豪迈气魄、严谨笃学的治学精神、从不急功近利的人生态度,深深地影响着他,激励着安芷生坚定地走过了科研的寒暑秋冬,开拓出了属于自己的一片天地。
  
从区域走向全球
  安芷生是第一个将磁性地层学引入中国的人。1966年,“文革”开始,中国科学院地质研究所一支精干的队伍被分到贵阳地球化学研究所,安芷生随老师刘东生去了贵阳。当时,贵阳地球化学研究所成了贵州省“文革”的领头羊,运动搞得如火如荼,安芷生没有参加红卫兵,利用大把的时间,他断断续续做了一些学习和研究。
  除了在1967年—1968年为成昆铁路沿线隧道中含盐地层解决了工程地质难题,为黄河下游暂不改道提出合理建议外,安芷生还有一项重要工作就是在翻译影印版的外国文献。在此过程中,他发现了美国科学家考克斯发表的最近500万年的地磁极性变化年表,根据这个年表可以测出沉积物的年龄。学俄文出身的安芷生,用读研究生期间学到的一点英文把考克斯的地磁极性年表翻译成中文并进行评述,在20世纪70年代初发表在中科院地球化学所主办的《地质地球化学》杂志上,把磁性地层学引进中国。之后,他又做了一些相关工作,其中值得一提的两项就是蓝田猿人年龄的测定和澳洲沙漠化时间的确定。
  20世纪80年代,伴随改革开放,国家支持国际合作的政策陆续出台,安芷生有机会走出了国门。他记得第一次出国是1981年,在澳大利亚国立大学跟随地质学家Jim Bowler教授学习。安芷生说:“Jim教授是一位杰出的澳大利亚第四纪地质学家,他指导我研究澳大利亚湖泊演化和沙漠化,让我受益匪浅。”此后,安芷生发表了他的第一篇英文文章,通过磁性地层学确定了大规模澳洲沙漠化的时间约为60万年前。
  从澳洲回国后,安芷生继续跟随老师刘东生开展工作。1985年,他们将中国黄土—古土壤序列与深海氧同位素记录的全球冰量变化做了正确的对比。“其中最关键的一步是我发现了最复杂的第五层古土壤层(S5)要与深海氧同位素阶段13、14和15对应。”安芷生说,“这样就解决了在对比中最难解决的问题。中国黄土、深海沉积和冰芯一起受到国际学术界的重视,成为了研究全球气候变化的三大支柱。”同年,安芷生成为中国科学院西安黄土与第四纪地质研究室副主任、副研究员,后来成为主任、研究员。
  在安芷生领导的中科院黄土与第四纪地质开放研究室(以下简称“黄土室”)里,充满了严谨、自由、民主的学术氛围。这种宽松的学术气氛和安芷生新颖的学术思想吸引了国内顶尖的多学科的科学家们,他们很高兴能做黄土室的客座教授。黄土室也从客座教授那里获得了新鲜的血液,搞天文、气象、沙漠、湖泊的客座教授为黄土室带来了丰富的信息,更带来了他们多年研究的结晶,从这些国内外合作者身上吸足了养分,黄土室逐步壮大起来。
  1986年,安芷生与哥伦比亚大学拉蒙特地球观测所的George Kukla教授和马萨诸塞州州立大学地球科学系Raymond Bradley教授获得了第一个美国自然科学基金委的合作项目,研究中国黄土。在纽约的拉蒙特地球观测所,安芷生和Kukla将黄土—古土壤序列及其磁化率曲线与全球气候纪录做了对比。此后,以安芷生为首的研究集体还明确指出,黄土、古土壤层的交替出现反映了东亚冷干冬季风和暖湿夏季风相互交替的气候变化历史。
  之后,安芷生阐述了季风控制论,提出过去13万年东亚环境变化在很大程度上受季风变化控制的假说。季风控制论完美地解决了一系列以前令人不解的现象,如分布广泛且厚度很大的中国黄土堆积、沙漠的进退、湖面的波动、林线和雪线的变化、生物气候带的移动以及中国南海海表温度的变化等。
  “起初,刘先生不太赞成这个观点,他总觉得有些形而上学,冰期受冬季风而间冰期受夏季风的影响是不是太简单了?后来,我们向他报告了只有用季风变迁理论才能解释中国黄土独一无二的特点,他很快转变了观点,并一起发表文章,我们很高兴。”安芷生说。
  季风,尤其是东亚季风和印度季风带来的降水关系着东亚和南亚众多人口的生存和社会的发展,季风对于我们的重要性不言而喻。因此,安芷生提出的季风控制论,从20世纪90年代至今都是中国第四纪研究和全球气候变化研究的一个经久不衰的热点,并得到了业界的普遍认可。这也成为安芷生在科研路上一个非常重要的原始创新。
  继提出季风控制论,为探索东亚环境变化的机制提供了新思路后,安芷生和华盛顿大学地质学家Stephen Porter一起,根据黄土粒度的证据,又指出千年尺度的东亚气候突变事件,反映了东亚和北大西洋通过大气过程的遥相关关系。在21世纪初,安芷生发表了关于东亚古季风的历史、变率以及控制机制的总结性文章。他提出的“热力牵引和压力推动”将东亚和澳大利亚季风联系起来。2011年,安芷生和他的团队也论证了在冰期—间冰期尺度上,印度夏季风变率很大程度上也受南北半球气候强迫控制的判断,阐明了冰期—间冰期印度季风变化的动力学,认为跨赤道气压梯度控制的跨赤道气流影响了南北半球气候的变化。
  2001年,在成为中国科学院地球环境研究所所长两年后,安芷生参加了南京附近葫芦洞中石笋氧同位素记录的研究,这一研究发现石笋氧同位素的信号与格林兰冰芯的气候信号显著相似,并提出石笋氧同位素变化和岁差周期记录了东亚夏季风的主要特征。
  季风历史和动力学研究队伍的不断壮大,鼓舞安芷生组织了一个更大的专家团队去研究全球季风。这个代表各种区域季风集合体的气候现象应该怎样被描述呢?他们最终给出了如下定义:全球季风是由太阳辐射的季节循环、海—陆—气相互作用共同强迫所导致的,具有显著季节变化现象的行星环流系统,表现为行星尺度气压系统及气压梯度的显著季节变化、盛行风向的季节性反转以及干湿季节的交替出现。安芷生告诉记者,新定义强调了季节性气压梯度驱动季风变化的重要性,也考虑了不同时间尺度,如构造、轨道、千年、百年甚至更短时间尺度上季风变化的特点和动力学。
  自从1987年第一次访问了威斯康辛大学的气候学家John Kutzbach教授之后,Kutzbach教授的工作就一直影响着安芷生。他说:“Kutzbach教授向我展示了他关于非洲和亚洲古季风的研究,这让我意识到研究季风及其环境效应的重要性。”
  此后安芷生与Kutzbach教授等一道将地质证据与气候模拟相结合,指出了自晚中新世以来,亚洲季风演化与喜马拉雅—青藏高原阶段性隆升之间的耦合关系。
  从1958年进入南京地质学院起,60余年,安芷生在科研路上孜孜以求,致力于黄土与环境、第四纪地质与全球变化、大气颗粒物污染控制等领域的研究,取得了一系列可喜的成绩。将成果形成文字,安芷生已在Nature及其子刊、Science、PNAS等国外高影响杂志上发表论文20余篇,在国内外专业期刊上共发表文章400余篇,其中SCI引用27000余次。1996年—2007年,他的研究论文在地球科学领域全球排名第16位,中国地球科学领域排名第1位。他曾应邀多次在国际科学联合会和全球变化研究等国际学术大会上作报告,受到了国内外专家学者的一致赞誉。他所开拓的中国科学院黄土与第四纪地质国家重点实验室连续7次在国家评审中获得“优秀”。
  因贡献突出,他曾获国家自然科学奖以及中国科学院和陕西省科技奖励等奖项10余项;1991年当选为中国科学院院士,2000年当选第三世界科学院院士,2008年获陈嘉庚地球科学奖,2013年入选美国地球物理学会(AGU)会士,2015年被授予瑞典哥德堡大学名誉博士学位,2016年当选美国科学院外籍院士。
  心怀家国,安芷生等以多年研究成果为基础,先后通过中国科学院学部和研究所,向中央、地方政府和国家领导人提交咨询报告10余份,为西部生态环境保护与恢复的科学决策、城市颗粒物和雾霾污染治理方面提出重要建议。
  安芷生带领团队始于20世纪80年代进行沙尘暴研究。20多年来,团队一直进行中国大气颗粒物(PM)研究,研究中国北方尘—霾事件。随着工业化和城市化进程的加剧,中国北方空气污染成为日益严重的环境问题,人体健康受到威胁。本世纪初,安芷生力主将包括观测、模拟和实验研究等有经验的多学科团队整合在一起,将研究注意力从PM10转移到PM2.5上,并取得重要进展。
  2016年,在当选美国科学院外籍院士的就职文章中,安芷生为首的国内外研究集体,聚焦中国北方的重霾问题,强调要用人类排放和大气过程的协同效应来解释雾霾的形成机制,并呼吁全球科学家加强排放物与大气相互作用过程的量化评估以及雾霾污染对人体健康影响等的研究。安芷生希望这篇文章中的观点,能为提升雾霾预报能力、帮助决策者制定有效政策、提高公众的环保意识起到促进作用。
  
风劲帆满图新志
  曾担任过黄土与第四纪地质国家重点实验室主任、中国科学院地球环境研究所所长、中国科学院西安分院院长的安芷生被问到如何评价自己在任时的表现时,用一句话做了回答——“没出过大问题。”事实上,为了院、室、所的发展,安芷生曾竭尽全力。
  在中国科学院西安分院院长任期内,针对分院所在地西安小寨东路3号在权属上存在争议的问题,安芷生找到25亩地为西安分院重新安营扎寨,解决了土地权属问题可能带来的后顾之忧。
  当黄土室从开放实验室向国家重点实验室提升遇到阻碍时,安芷生站了出来,找到上级领导,耿直地表示:“不要觉得国外回来的就是好的,我们也是国外回来的。”后来凭着自身特色,黄土室顺利升级为国家重点实验室。此后,中国科学院启动实施知识创新一期工程,在大部分院所都在合并的情况下,重点实验室又凭实力再次升级为地球环境研究所。
  虽已从任上退下,安芷生却依然关心着研究所的发展。他常说:“研究所所处的地理位置决定了它必须秉持黄土的精神‘如履薄冰、奋发图强’,前进时要非常谨慎小心,但要不懈地追求更高的目标。”看到西部地区很多有能力的科学家出走东部,西部科研能力越来越落后的境况,安芷生很焦急,他希望有更多人能在西部坚持下来。当看到所里的小年轻做的砗磲研究,分辨率可以记录天气事件时,他又很欣慰。他希望培养更多地球系统科学领域的学生,因为年轻科学家是国家的未来。
  安芷生告诉记者,放眼全球,在地球系统科学、全球环境变化研究领域,我国虽在某些方面已处于国际前沿,但在整体上仍与国际社会存在差距。他说:“既要了解过去,又要知道现在,才能预测未来环境变化。预测未来存在很大的不确定性,参数多,而且有人类活动的影响,定量的数据又不够,克服预测未来的不确定性将会是未来研究面临的最大挑战。”
  在南京师范学院附属中学读高中时,南京大学化学家戴安邦院士到校给大家作报告,他说了一句话,安芷生至今印象深刻。“人怎么样才能算作聪明?聪明就是注意力集中。”这句话一直影响着安芷生。如今,虽已年近八旬,但他仍愿意集中注意力对全球或区域环境变化的规律和原因做深入的研究,向那些不确定性发起挑战。
  风劲帆满海天阔,俯指波涛更从容,自强不息、追求卓越的生命更加波澜壮阔。科
  

分享到:

杂志
本期封面

2019年9月上

上一期 下一期