作为世界上最特殊的地理区域之一,珠穆朗玛峰地区对于全球变化有怎样特殊的响应?事隔30年以后,40多名科考队员再次进入世界至今海拔最高的的地区,在未来的三个月里,他们将展开大气、冰川、生态、环境、地质等一系统观测和研究——
4月仲春,大半个中国已经春意盎然,而珠峰地区依然寒气逼人。
晚上零下20多度的低温,每天平均超过7级的大风,没有挡住一群年轻科学家渴望的心。“虽然我们这支科考队平均年龄只有35岁,虽然其中有一半人是第一次来到珠峰,虽然有不少队员的高原反应很强烈,虽然我们面前依然面临着很多困难,但是大家都有一个坚定的信念:30年前那次综合科考开创了珠峰研究的新阶段,我们这一次来要承前启后,使珠峰研究更上层楼!”年仅36岁的冰川科学家康世昌是此次珠峰科考队的队长,虽然现在的他已经是满嘴血泡,但是说起此次科考,依然是信心实足。
中国的科学家们对珠峰确实怀有特殊的感情。珠峰海拔8848.13米的世界最高峰有着独特的自然地理条件、复杂的地质构造和举世无双的高度,在我国、中亚乃至全国气候变化中起着非常重要的作用,是研究人类活动与环境相互作用过程的理想场所。
我国科学家曾先后于1959-1960年、1966-1968年和1975年三次在珠峰北坡进行了较为系统的科考。但是自那以后,我国在该地区的综合性科学考察一直是个空白,而美国、日本、意大利等国家所分别在珠峰地区进行了多次规模较大的科考活动。
“今年正值珠峰科考30周年,要保持我国在珠峰地区科研的世界领先水平,我们中国的科学家没有再错过机会!”康世昌说:“现在,来自国内十家科研单位的40多名科考队员已经深入了珠峰地区。在未来的三个月里,我们将展开新世纪首次也是30年来规模最大的一次科考行动、5个科学家小组将在大气环境、大气物理、冰川、生态与环境、地质等方面向世界最高峰发起一系统的追问。”
追问之一:珠峰对全球升温如何响应?
“由于世界人口不断增加,工业迅速发展,地球环境遭受严重破坏,大气中温室气体急剧增加、气溶胶含量不断变化。温室气体的增加已经成为导致全球气候变暖的主要原因。”康世昌说:“虽然人们对大气中各种温室气体的连续监测已经持续了近20年,但在地球的偏远地区,特别是高海拔地区的监测一直被忽视。”
青藏高原及其周边的高亚洲地区是全球气候环境变化敏感地区,喜马拉雅山复杂的地形和强烈的太阳辐射形成了该地区独特的大气环流系统以及气候特征。康世昌告诉记者:由于大气环流的作用,珠峰地区的温室气体及大气中气溶胶的含量也在不断地发生变化,而碳黑气溶胶是大气中含碳的颗粒物,是吸收太阳辐射的主要成份,对气候变化有很大的影响。但是,目前来说,珠峰这一特殊的地理单元对于全球碳循环的贡献及响应如何,科学界知之甚少,这也成为全球科学家关注的焦点。
由于交通和工作条件的恶劣,过去在珠峰山区进行大气环境观测研究时间较短,观测项目也不全。上世纪90年代,意大利科学家在珠峰南坡启动了“金字塔”计划,已经进行了近十年的大气和环境过程监测研究。由于珠峰南北坡存在巨大的地理和环境特征差异,在珠峰北坡进行大气和环境过程监测,对进一步认识珠峰地区在全球变化中的作用具有重要的科学意义。
“此次科考我们将首次对珠峰地区海拔6500米的大气温室气体进行监测,并对该高度表面雪样及大气气溶胶进行定点取样,分析其中的主要离子、碳黑、持久性有机污染物、稳定同位素比率等等,这项研究将填补国内外在高海拔地区同类研究的空白。”康世昌说:“通过对珠峰地区大气与地表过程、温室气体和大气气溶胶含量、生态环境以及冰川变化等进行观测研究、还可以促进人们正确认识该地区的气候和天气灾害,提高预报雪灾、洪水、干旱等灾害的准确度,为区域可持续发展做出贡献。”
追问之二:珠峰的大气污染是否严重?
中科院大气物理研究所研究员高登义曾撰文写出,1975年的雪冰采样证明,珠穆朗玛峰地区是世界上最纯洁的地区之一。但是1992年的研究发现,珠穆朗玛峰雪冰样品中,铁、铅等11种化学元素的含量比1975年增长了几倍。这正是海湾战争引发的科威特油井燃烧污染物对全球环境影响的明证。
“作用世界上海拔最高的地区,珠峰地区与自由对流层大气最为接近,是地面大气与自由大气间物质能量交换的理想区域、强烈的地面——对流层大气间的物质交换使得该地区成为监测北半球大气环境的最佳地点。”作为此次科考大气物理组首席科学家、中科院青藏高原研究所马耀明研究员告诉记者:“喜马拉雅山脉山体是北半球地表与对流层大气物质交换的重要通道,平均海拔6000—7000米的山体通过山谷风等多种大气环流系统,将青藏高原地面的大气以及上空的自由大气相联系,对污染物质的交换有着重要的作用。因此,通过对珠峰地区极地环流系统的监测和研究,能够正确认识喜马拉雅山体在污染物分布、交换、迁移中的作用以及该地区的天气和气候灾害。”
在过去的几天里,马耀明研究员已经带领着几名队员,在海拔5200米的大本营架设了一个能够自动采集大气数据的自动气象观测系统,他们还将在海拔6500米和4200米的地方架设这种仪器。
在此次科考中,他们还将利用无线电探空系统等先进的观测仪器开展多方面的观测:研究珠峰地区地面与近地层大气以及地面大气与自由对流层间的物质能量交换过程;研究大气边界层结构特征以及时空变化;研究高原及周边地区的水气输送和水循环,以及降水的时空变化等。此外,他们还将释放60个可升至10000米的探空探测气球,更深入地了解大本营至珠峰顶部大气及太阳辐射的情况。
追问之三:珠峰的生态与环境是否恶化?
“珠峰地区人类活动稀少是全球研究环境本底的关键地区之一。”此次科考生物与环境变化组的首席科学家、中科院地理科学与资源研究所张镒锂研究员告诉记者:“珠峰地区的环境本底不仅具有南北极同等重要的科学价值,而在环境本底垂直分布的特点为南北极所没有,是全球独一无二的。由于环境本底值研究和人类及生物的生存息息相关,这一领域的研究越来越被全球科学家所重视。”
1975年的珠峰综合科考取得了大量基础研究数据,但是由于当时条件的限制,生物与环境本土调查涉及内容有限,样品主要取自日喀则、定日及樟木等人类活动较多、农业经营时间较长的地区,而高海拔地区没有涉及到。以往的考察与研究从宏观上勾画出珠峰地区的植被与栖息构成特点,但在生物多样性变化研究及变化原因方面很少提及,尤其是珠峰北坡植被上限是多少、气候变化如何影响该地区植被格局变化的,仍然是未解之迷。
张镒锂说,此次科考我们要确立近三十年来珠峰地区生态与环境变化的格局与过程,研究并绘制珠峰北坡生态与环境要素分布图,力求解释在全球变化背景下,三十年珠峰的生态与环境发生了什么变化,尤其是生物多样性和土地覆被方面发生了怎么的变化?土地退化、生态与环境变化对地区气候变化产生什么响应?
研究人员还将重点对人发、青稞等生物中铅、铬、汞等重金属元素进行测定,根据不同品种的青稞、油菜等食用植物中与人类健康密切相关的主要重金属元素中的含量水平,对比分析其变化幅度与特征,研究重金属含量在人类毛发——植物——土壤间的相互关系。研究结果将反映人居环境的可能变化,这是30年来这种变化的原因,对区域环境发展和环境保护提供坚实的科学依据。
“此次科考的另一个重点是确定植被分布上线,重点分析植被的垂直分布特征,探讨植被上线与气候环境变化的关系,再结合遥感等技术方法和实际调查,探讨这种变化过程与气候变化的关系。”张镒锂说:“同时我们还将进行珠峰北坡地表环境变化的调查,评估该地区环境状况是否趋于恶化,并阐述这种变化与人类活动之间的关系。”
追问之四:珠峰的高度如何变化?
珠峰的高度一直是世人关注的焦点,其中更是有两个未解之谜:珠峰现在的高度是多少?历史上珠峰的高度是如何变化的?第一个谜,国家测绘局的测量科技人员目前正在进行紧张的测定;第二个谜正是此次科考地质组的科学家们要攻克的难题。
记者见到地质组首席科学家、中科院青藏高原研究所丁林研究员的时候,他刚刚才珠峰6500米的地方采样归来,虽然已经是30个小时没睡觉了,但是说到已经采集到的样品,丁林研究员仍然十分兴奋:“我们已经采集到了大概70个岩石样品,有500多公斤,6500米以下的采样任务已经圆满完成了,6500米以上的样品采集将有西藏登山队的队员们帮我们完成。”
“我们采集的都是‘有根’的石头,就是从巨大的、稳定的石头敲打下来的石头。”丁林说:“按照计划,我们要在5000-8848米的范围内,每间隔50-100米,采集一系列花岗岩、变质岩和碎屑沉积岩样品,然后将采集回来的样品,经过实验室分选、粉碎、制轧、核照射等方法,得出岩石的年龄,以确定珠峰地区高度变化的历史、抬伸速率、剥蚀过程和剥蚀速率,最终确定珠峰高度变化的历史。
追问之五:珠峰冰川地退缩有多严重?
珠峰冰川的退缩是个不争的事实,我们这些年曾多次来到这里观测,仅凭眼睛看到的,就能得出这个结论。”此次科考冰川组的负责人之一、中科院青藏高原研究所刘景时研究员说:“这次科考,我们要通过现场的监测获得更多的基础数据,要通过实验手段取得更严谨的科学数据,来进一步了解,珠峰冰川的退缩有多严重。”
冰川资源作为一种动态资源,是随气候变化而不断变化的。20世纪以来,随着气候变暖,全球范围内的冰川开始退缩。中国西部的冰川及其物质平衡出现亏损而退缩加剧。而90年代以来,冰川退缩强于20世纪的任何一个时期,而且冰川的退缩幅度急剧增加。适时正确评估冰川变化及其原因,揭示冰川变化对冰川水资源及河流径流量的影响,将具有重要的科学和现实意义。
珠峰地区同样受全球变暖影响,其冰川也出现了巨大变化。研究表明,我国冰川的全面退缩,与近年来冰川物质强烈不平衡密切相关。冰川的动态变化,就是冰川物质平衡变化的直接结果。因此,对珠峰地区典型冰川物质平衡的长时间观测,研究冰川物质平衡的变化,是认识未来冰川变化趋势的基础。
“在此次科考中,我们将对珠峰地区绒布冰川及各支流冰川的物质平衡、运动速度等基本物理特征进行观测;还将通过航空摄影、GPS定位等技术手段,观测冰川末端进退变化,并与前期相关资料进行对比,获得冰川形态、规模和储量的变化。”刘景时说:“此外,我们还将研究冰川的水文特征。在珠峰大本营设立水文自动观测站,观测绒布河水的水文状况。”