珠穆朗瑪：科學(xué)的制高點(diǎn)

康世昌

編者按：珠穆朗瑪高聳在那里，它是我們這顆星球的標(biāo)

志之一，多少年來，吸引著人類無數(shù)的目光。2005年5月，中國的科學(xué)家們再一次登上珠峰，完成了一系列的科考活動。

本期的“百科聚焦”我們邀請有關(guān)專家撰寫了珠峰科考的文章。但遺憾的是,直到發(fā)稿為止，關(guān)于珠峰海拔高度的最新精確數(shù)字，有關(guān)部門仍未公布。我們只好以文章先饗讀者，再追補(bǔ)有關(guān)的數(shù)字了。

屹立于喜馬拉雅山脈中段的世界最高峰——珠穆朗瑪峰，因其獨(dú)特的自然地理條件、復(fù)雜的地質(zhì)構(gòu)造和舉世無雙的高度，有著極為重要的科學(xué)意義。自1959年我國已先后對珠峰地區(qū)進(jìn)行了3次較為系統(tǒng)的多學(xué)科綜合考察和多次的單項考察。然而，在近20年來全球增溫背景下，珠峰地區(qū)的環(huán)境變化仍是目前亟需研究的課題之一。所以今年開展的對珠峰高度的測量以及對珠峰地區(qū)大氣物理、大氣化學(xué)成分、冰川變化、生物多樣性、生態(tài)與環(huán)境變化及地質(zhì)等方面的觀測研究，將是對以往歷次考察資料和成果的補(bǔ)充和升華，有助于認(rèn)識該地區(qū)大氣環(huán)境的基本特征以及在全球氣候變化中的作用；評估全球升溫對冰川變化的影響以及未來冰川變化的趨勢；研究全球變化條件下該地區(qū)30年來生態(tài)與環(huán)境變化過程以及生物多樣性特征；解釋生態(tài)與環(huán)境對氣候變化產(chǎn)生的響應(yīng)；了解珠峰高度變化的過程，進(jìn)而綜合評估珠峰地區(qū)對全球變化的響應(yīng)。

更為重要的是，珠峰科考將以點(diǎn)帶面，全面提升對整個青藏高原的科學(xué)研究水平。青藏高原被稱為除北極、南極之外的地球“第三極”，面積達(dá)250萬平方千米，平均海拔近5000米，是全球海拔最高也極其獨(dú)特的一個地域單元。其隆升是印度和歐亞板塊在大約5000萬年前碰撞的結(jié)果，并且伴隨著地殼的增厚和縮短，平均厚度是正常地殼厚度的兩倍，最大厚度達(dá)80千米，縮短量在1500千米～2500千米。上述這些地質(zhì)作用目前仍在進(jìn)行，并且伴隨著頻繁的地震和巖漿活動。此外，青藏高原的隆起對亞洲乃至全球的氣候變化造成很大的影響：改變了行星風(fēng)系，引發(fā)了季風(fēng)，大氣降水發(fā)生了重組，使得亞洲的中央地域變干，而東部地域變得溫暖濕潤，否則我國的華中地區(qū)應(yīng)與非洲的撒哈拉沙漠一樣干燥。從某種角度來看，整個亞洲的氣候、環(huán)境和生態(tài)與青藏高原的演化息息相關(guān)，因此，青藏高原形成演化研究具有極大的科學(xué)意義。

北半球大氣環(huán)境最佳監(jiān)測點(diǎn)

珠峰地區(qū)正是青藏高原特殊大氣過程集中表現(xiàn)的典型區(qū)域。喜馬拉雅山區(qū)的高海拔導(dǎo)致該地區(qū)與自由對流層大氣最為接近，使得該地區(qū)成為地面大氣與自由大氣間物質(zhì)能量交換的理想?yún)^(qū)域，同時也是監(jiān)測北半球大氣環(huán)境的最佳地點(diǎn)。平均海拔6000～7000米的山體通過山谷風(fēng)等多種大氣環(huán)流系統(tǒng)將青藏高原地面的大氣與其上空的自由大氣相聯(lián)系，對污染物質(zhì)的交換有重要的作用。因此，研究珠峰地區(qū)的局地環(huán)流系統(tǒng)對正確認(rèn)識喜馬拉雅山體在污染物分布、交換、遷移中的作用有非常重要的理論意義。

溫室氣體的增加已成為導(dǎo)致全球氣候變暖的主要原因。對大氣中各種溫室氣體的連續(xù)監(jiān)測已持續(xù)了近20年，但長期以來全球取樣網(wǎng)站注重于海氣交換界面，而陸地系統(tǒng)一直被忽視。喜馬拉雅山復(fù)雜的地形和強(qiáng)烈的太陽輻射形成了該地區(qū)獨(dú)特的大氣環(huán)流系統(tǒng)以及氣候和環(huán)境特征。由于大氣環(huán)流的作用，該地區(qū)的溫室氣體及大氣氣溶膠含量也在不斷地發(fā)生變化。此外，這一特殊的地理單元對于全球碳循環(huán)的貢獻(xiàn)及響應(yīng)如何，目前我們知之甚少，這也正是全球相關(guān)領(lǐng)域科學(xué)家關(guān)注的焦點(diǎn)。

近年來，大氣中碳黑氣溶膠備受關(guān)注，主要是由于其具有重要的氣候、環(huán)境及生理學(xué)負(fù)面效應(yīng)。碳黑是大氣顆粒物中吸收太陽輻射的主要成分，因此具有重要的直接輻射效應(yīng)。近地層大氣碳黑氣溶膠可以將直接吸收到的太陽輻射能量，通過加熱周圍的空氣而轉(zhuǎn)化為空氣分子的內(nèi)能，增加地－氣系統(tǒng)對太陽輻射能量的吸收，從而對大氣起增溫作用。由于碳黑氣溶膠與硫酸鹽氣溶膠的排放具有同源性，而且在大氣中以混合方式存在，通常在氣溶膠的輻射強(qiáng)迫作用研究中同時考慮這兩種氣溶膠。碳黑氣溶膠與硫酸鹽氣溶膠有外部混合和內(nèi)部混合兩種方式：當(dāng)以外部混合方式存在時，兩者的輻射強(qiáng)迫作用相反，并相互抵消；如以內(nèi)部混合方式存在，兩者物理化學(xué)形態(tài)相互影響，光學(xué)性質(zhì)變得更為復(fù)雜，并使得碳黑氣溶膠的光學(xué)吸收作用得到加強(qiáng)，從而在更大程度上削弱硫酸鹽氣溶膠的負(fù)輻射強(qiáng)迫作用。青藏高原發(fā)育有大量的冰川，又位于人類活動的地理中心，那么，對冰芯及表層雪樣中碳黑提取分析及大氣的同步觀測，對碳黑與氣候變化的關(guān)系研究無疑具有積極的作用。

上世紀(jì)90年代，意大利科學(xué)家在珠峰南坡啟動“金字塔”(Pyramid)計劃，已經(jīng)進(jìn)行了近10年的大氣和環(huán)境過程監(jiān)測研究。由于珠峰南北坡存在巨大的地理和環(huán)境特征差異，在珠峰北坡進(jìn)行大氣和環(huán)境過程觀測可以與“金字塔”計劃進(jìn)行對比研究，從而進(jìn)一步認(rèn)識珠峰地區(qū)在全球變化中的作用。因此，在珠峰地區(qū)進(jìn)行大氣與地表過程及溫室氣體和大氣氣溶膠含量綜合觀測研究，對于全面準(zhǔn)確的認(rèn)識青藏高原在全球變化中的作用及其對全球變化的響應(yīng)具有重要科學(xué)意義，同時也可以促進(jìn)人們正確認(rèn)識該地區(qū)的氣候和天氣災(zāi)害，提高氣候和天氣預(yù)報水平，為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。

大陸動力學(xué)研究天然實(shí)驗室

近10年來，地球科學(xué)對各圈層相互作用的研究迅速增加，并特別注重構(gòu)造－氣候和地球表面過程之間相互作用的動力學(xué)過程。一方面是由于人們對全球變化的知識的渴求；另一方面是由于技術(shù)和理論的進(jìn)步。目前，在構(gòu)造－表面過程-氣候的耦合（耦合是指兩個或兩個以上主體之間相互作用，相互演變及其最后發(fā)展的結(jié)果）方面的研究不斷涌現(xiàn)成功實(shí)例，比如南美洲干濕變化－太平洋板塊的俯沖速率－南美高原的隆升－弧前盆地沉積速率變化的相互關(guān)系；我國東喜馬拉雅構(gòu)造結(jié)剝蝕速率與地殼熔融及高壓變質(zhì)作用的耦合等。但是總體說來，該領(lǐng)域的研究在國際上也剛剛起步，關(guān)于構(gòu)造－表面過程－氣候三者反饋的機(jī)制，相互作用程度，相互作用的門檻，響應(yīng)時間等一系列最基本的理論問題還無法回答。

以珠峰為代表的特高海拔地區(qū)是全球構(gòu)造作用最活躍的現(xiàn)代造山帶，這里每年的抬升速度約為10毫米；其南坡為恒河水系和前陸沉積盆地，同時珠峰地區(qū)也是冬夏季風(fēng)作用的場所，快速的巖石圈抬升，較強(qiáng)的降雨和恒河水系的巨大剝蝕造就了世界上最大的孟加拉灣海底沉積扇。因而，以珠峰為代表的高喜馬拉雅地區(qū)是研究構(gòu)造－氣候反饋?zhàn)饔米罾硐氲牡貐^(qū)之一，充分利用珠峰地區(qū)的優(yōu)勢，抓住構(gòu)造－氣候反饋研究在國際上剛剛開展的契機(jī)，將使我國在未來各圈層相互作用研究方面占領(lǐng)制高點(diǎn)。

全球升溫背景下的冰川變遷

冰川資源作為一種動態(tài)資源, 是隨著氣候變化而不斷變化的，表現(xiàn)為冰川厚度的增減，末端的前進(jìn)和后退，面積的擴(kuò)大和縮小。冰川的變化主要取決于冰川物質(zhì)平衡值的變動。目前在東絨布冰川上已開展了物質(zhì)平衡的觀測。本次考察對珠峰地區(qū)絨布冰川及其各支流冰川基本物理特征展開進(jìn)一步的系統(tǒng)觀測，如冰川物質(zhì)平衡、冰體厚度、運(yùn)動速度和冰川溫度等；對冰川進(jìn)退變化觀測，如通過航空攝影、GPS定位和雷達(dá)測厚等技術(shù)手段，并與前期相關(guān)資料進(jìn)行對比，獲得冰川形態(tài)、規(guī)模和儲量等的變化；最后建立氣候變化與冰川波動之間的耦合關(guān)系并評估未來冰川資源的變化趨勢。

20世紀(jì)以來, 隨著氣候變暖, 全球范圍內(nèi)的冰川開始退縮。而90年代以來, 冰川退縮強(qiáng)于20世紀(jì)的任何一個時期，而且冰川的退縮幅度急劇增加。強(qiáng)烈的冰川退縮導(dǎo)致了由冰川融水補(bǔ)給河流徑流量大增。適時正確評估冰川變化及其原因, 揭示冰川變化對冰川水資源及其河流徑流量的影響將具有重要科學(xué)和現(xiàn)實(shí)意義。

珠峰地區(qū)冰川也同時由于全球變暖而出現(xiàn)重大變化。1959～1960年的考察結(jié)果認(rèn)為，絨布冰川處于退縮狀態(tài)。1966～1968年考察中對比此前所測地形圖發(fā)現(xiàn)，中絨布冰川末端處于穩(wěn)定狀態(tài)，只是冰塔區(qū)不斷上移，其平均速度為6米/年，而東絨布冰川冰塔林下限在1959～1966年平均每年上移78米。實(shí)際上該冰川接近末端的一段區(qū)域為表磧覆蓋區(qū)，表磧的不斷增厚抑制了下伏冰的消融，特別是末端處表磧厚度可達(dá)數(shù)米，表磧之下的冰得到很好的保護(hù)。上游冰體則因消融增大而持續(xù)減薄，最后冰磧覆蓋區(qū)與上游斷開成為死冰。因此，這是氣候持續(xù)變暖、冰川不斷退縮的反映，并非冰川真的處于穩(wěn)定狀態(tài)。

1997年中美聯(lián)合考察隊在珠峰絨布冰川考察期間采用GPS 技術(shù)對冰川末端位置進(jìn)行了測量，同1966～1968 年考察時的地形測繪結(jié)果對比，得出絨布冰川末端30年來的變化趨勢：中絨布冰川冰塔林下限退縮270米，東絨布冰川退縮170米，遠(yuǎn)東絨布冰川退縮230米，年平均退縮量分別為8.7米，5.5米和7.4米。

珠峰和希夏邦瑪峰地區(qū)的冰芯記錄已揭示了近2000年來氣候環(huán)境變化和南亞季風(fēng)的演化規(guī)律。該地區(qū)冰芯記錄與太陽活動、大氣環(huán)流等關(guān)系密切。同時冰芯積累量反映出20世紀(jì)60年代以來該地區(qū)降水的迅速減少。即使在這些高海拔地區(qū)，雪冰化學(xué)的研究也檢測到人類活動對大氣環(huán)境的污染。因此，在珠峰地區(qū)展開進(jìn)一步的雪冰現(xiàn)代過程研究，將是通過該地區(qū)冰芯記錄準(zhǔn)確重建氣候環(huán)境變化的基礎(chǔ)。

另一方面，冰川融水補(bǔ)給河流的水文觀測也可以評估冰川消融強(qiáng)弱的變化。本次考察中，在珠峰大本營設(shè)立水文自動觀測站，監(jiān)測絨布河水文特征，并同前期的觀測資料進(jìn)行對比分析，研究全球變暖情景下冰川融水補(bǔ)給河流的變化規(guī)律及其未來的變化趨勢。同時監(jiān)測冰川消融區(qū)冰面徑流場的消融深度，蒸發(fā)、輻射平衡及不同冰磧物的消融效應(yīng)，調(diào)查冰內(nèi)冰下排水系統(tǒng)，定量了解水分在各種時間尺度（時，日，季節(jié)）的過程，以確定冰川融水對河流的貢獻(xiàn)以及生態(tài)水文效應(yīng)，這將是珠峰乃至于喜瑪拉雅山北坡冰雪水循環(huán)的第一步，此前無人涉及。

獨(dú)一無二的環(huán)境本底

珠峰地區(qū)人類活動稀少，是全球研究環(huán)境本底的關(guān)鍵地區(qū)之一。珠峰地區(qū)環(huán)境本底不僅具有南北極同等重要的科學(xué)價值，而在環(huán)境本底垂直分異特點(diǎn)為南北極所沒有，是全球獨(dú)一無二的。鑒于環(huán)境本底值研究與人類及生物的生存息息相關(guān)，該領(lǐng)域越來越被人們所重視。

1975年珠峰綜合考察取得了大量的基礎(chǔ)研究數(shù)據(jù)，得出了初步的研究成果，表明珠峰地區(qū)土壤重金屬含量較低，不超過土壤中重金屬自然本底含量。雖然由于地帶性引起一定的差異，但土壤本身剖面變化卻顯示了本底狀況；人類活動促進(jìn)了土壤的形成和發(fā)展，但未造成土壤重金屬的污染。對人發(fā)、青稞等生物的本底值測定表明：珠峰地區(qū)人發(fā)中的鉛、鎘、汞的含量均為正常狀態(tài)。1975年的考察，為研究珠峰地區(qū)的生態(tài)與環(huán)境變化提供了不可替代的重要參考和對比資料。30年來，珠峰地區(qū)土壤與生物環(huán)境背景值是否發(fā)生改變、改變程度與動因、趨勢如何等問題急待回答。

獨(dú)特的自然條件造就了珠峰地區(qū)較為完整的垂直自然帶。在珠峰地區(qū)，地質(zhì)、地貌等非地帶性因素的作用遠(yuǎn)比地帶性因素要強(qiáng)烈得多。在這種特殊的過程與環(huán)境條件中，生物可能以基因的特殊變異和生理生態(tài)的某些性質(zhì)的改變與之相適應(yīng)，形成了適于各自然帶中的特殊生命特征與現(xiàn)象。

研究表明珠峰地區(qū)的生物區(qū)系、植被類型等均表現(xiàn)出南、北翼的顯著差異，南北兩翼的生物區(qū)系分屬于不同的起源區(qū)。如在植物區(qū)系方面，幾乎南翼的全部科屬都能在云南至長江流域一帶找到，并有許多相同的種，在海拔較低的地方，更具有印度、馬來西亞植物區(qū)系的特征。北翼則顯示出與中亞植物區(qū)系成分的相似性。在動物區(qū)系方面，大體在南翼針葉林以下山地，其區(qū)系特征與長江以南地區(qū)基本一致，北翼則屬于全北區(qū)，區(qū)系成分也與中亞一帶相似。由于山區(qū)復(fù)雜的自然條件，兩大起源區(qū)在南、北兩翼交界地段有顯著的相互滲透現(xiàn)象。以往的考察與研究從宏觀上勾畫出該地區(qū)的植被與區(qū)系構(gòu)成與特征，對生物多樣性本底研究奠定了基礎(chǔ)，但在生物多樣性變化研究及其變化原因等方面鮮有報道，尤其是珠峰北坡植被上限和典型自然帶的生態(tài)幅是多少、氣候變化如何影響該地區(qū)植被格局等仍然是未解之謎。

對1981～2001年植被指數(shù)（NDVI值）的變化趨勢分析表明：珠峰東坡、東南坡和西南坡的植被NDVI值呈明顯減少的趨勢，而珠峰北坡NDVI值也存在一定程度變化。這是否預(yù)示著南坡植被在一定程度上也在逐步惡化？由地表植被退化程度是否可以推論出珠峰地區(qū)環(huán)境狀況趨于惡化？該區(qū)域生態(tài)與環(huán)境變化特征與動因等有待此次考察研究后進(jìn)一步證實(shí)。

【責(zé)任編輯】龐云