孫立廣：在南極走出自己的腳印

孫立廣 王珊

科學(xué)研究必須要另開(kāi)新路，沿著前人的腳印，永遠(yuǎn)走不出自己的腳印。我希望科研界能夠給予另類思維更多的空間，這樣創(chuàng)新才能百花齊放。

幾千年前的企鵝是什么樣子的？它們?cè)趺瓷?？氣候變化?duì)它們有什么影響？從1975年開(kāi)始，數(shù)不清的科學(xué)家造訪了南極企鵝島，不少人試圖從生物學(xué)的角度進(jìn)行監(jiān)測(cè)，但只能揭示最近幾十年內(nèi)的企鵝歷史;也有科學(xué)家嘗試?yán)闷簌Z殘骨測(cè)年的方法來(lái)求證它們?cè)谝粋€(gè)地區(qū)逗留和離開(kāi)的時(shí)間來(lái)推演氣候變化。但企鵝骨頭的搜集具有偶然性，你無(wú)法預(yù)料搜集到的實(shí)驗(yàn)證據(jù)來(lái)自哪個(gè)年代，推演出來(lái)的企鵝歷史不具有連續(xù)性。

從南極采集回來(lái)的樣品

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)的教授孫立廣想了一個(gè)方法。他瞄向了一批批科學(xué)家沒(méi)有注意到的企鵝糞，通過(guò)對(duì)企鵝糞元素的分析，推斷出3000年來(lái)企鵝數(shù)量的變化及其背后的原因，更將這種方式應(yīng)用到我國(guó)南海和北極古生態(tài)、古氣候和古環(huán)境的重建之中。研究企鵝歷史，某種程度上也是對(duì)人類活動(dòng)的一種映射反映。孫立廣用這種新穎的生物地球化學(xué)方法，將極地生態(tài)地質(zhì)學(xué)推上了極地圈研究的舞臺(tái)。

敢于想象并付諸實(shí)踐是孫立廣的一種特質(zhì)。遇到一個(gè)搞不明白的科學(xué)問(wèn)題，他會(huì)找一個(gè)安靜的所在，預(yù)先設(shè)想一個(gè)解決問(wèn)題可能需要的邏輯線，然后再通過(guò)實(shí)驗(yàn)求證，有時(shí)候?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證了他的猜想，有時(shí)則會(huì)與他的想法背道而馳。他樂(lè)此不疲。他覺(jué)得思想一定要走在認(rèn)識(shí)的前方，無(wú)論考察的結(jié)果是證實(shí)和推翻原先的預(yù)測(cè)，都是在加深對(duì)自然的認(rèn)知。“科學(xué)研究必須要另開(kāi)新路，沿著前人的腳印，永遠(yuǎn)走不出自己的腳印?！睂O立廣告訴本刊記者。

“你愿意參加南極科學(xué)考察嗎？”

我是學(xué)地質(zhì)學(xué)出身，一直致力于用地質(zhì)學(xué)的方法研究生態(tài)環(huán)境。這是一種利用自然界面之間的化學(xué)過(guò)程來(lái)認(rèn)知自然界的方法，是一種更為微觀的尺度。比如說(shuō)，當(dāng)時(shí)我做的酸雨研究就通過(guò)研究高硫煤燃燒形成的硫源在大氣、雨水、地面流水和碳酸鹽巖石之間的反應(yīng)，最終得出的結(jié)論是，小型高硫煤礦生產(chǎn)的燃料煤是長(zhǎng)江以南酸雨的主要來(lái)源。

我在上世紀(jì)90年代就意識(shí)到環(huán)境與氣候變化將是地球科學(xué)研究新的重要領(lǐng)域，但我從未想過(guò)自己會(huì)有機(jī)會(huì)研究南極。所以，當(dāng)我收到北京師范大學(xué)教授趙俊琳的電話時(shí)，我驚呆了。他當(dāng)時(shí)正在負(fù)責(zé)國(guó)家“九五”攻關(guān)南極項(xiàng)目的二級(jí)課題。他在電話那頭問(wèn)我：“孫老師，你愿意參加南極科學(xué)考察嗎？”這是一個(gè)我做夢(mèng)都不曾夢(mèng)到的問(wèn)題，覺(jué)得天上掉下了一塊餡餅。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授孫立廣在實(shí)驗(yàn)室

誰(shuí)不想去南極看一看呢？作為地球上最后一塊凈土，那里被視為科學(xué)研究的圣殿。僅在1957年到1958年國(guó)際地球物理年期間，67個(gè)國(guó)家、8萬(wàn)多名多科學(xué)家圍繞南極開(kāi)展了全球性的科學(xué)研究，試圖揭開(kāi)隱藏在南極冰層、大氣、海洋、湖泊、生物與巖石、土壤和天空中的秘密。那時(shí)，光中國(guó)就先后派了14支科考隊(duì)伍過(guò)去。

現(xiàn)在看來(lái)，研究企鵝糞是為了達(dá)到去南極的目的不得已而為之的。在這之前，我調(diào)研了國(guó)內(nèi)極地考察與研究的所有項(xiàng)目與課題，我很沮喪——與我有限積累相關(guān)的海洋、湖泊、地質(zhì)、生物、大氣、地球化學(xué)等領(lǐng)域，都已經(jīng)被有權(quán)威科學(xué)家和研究機(jī)構(gòu)分別承擔(dān)。要闖入這些前人已經(jīng)占有的研究地盤，在權(quán)力和學(xué)術(shù)上，我們都缺乏信心。

我只能去尋找一個(gè)不被別人關(guān)注的方向。我最先想到的是企鵝，這是南極標(biāo)志性生物，當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)外對(duì)企鵝的研究主要是從生物學(xué)家的角度考慮和出發(fā)的。我試圖從剛才提到的自然界面方面去思考，企鵝在海洋中捕食，在南極大陸邊緣的無(wú)冰區(qū)生活繁衍;它們把海洋物質(zhì)通過(guò)生物的消化和活動(dòng)過(guò)程，通過(guò)糞便、羽毛和殘骨一起留在了陸地和積水區(qū)，與風(fēng)化土壤和植被的殘?bào)w等一并保留在沉積物中，從而實(shí)現(xiàn)了物質(zhì)大尺度的循環(huán)。這些遺存猶如一頁(yè)頁(yè)文字，構(gòu)成了一部企鵝的“史記”，能否通過(guò)解讀這些文字，來(lái)反推這種物質(zhì)大尺度的循環(huán)呢？

沒(méi)有經(jīng)費(fèi)的研究

企鵝糞就這樣成為我設(shè)定的研究目標(biāo)，我第一個(gè)想要探究的是能否通過(guò)企鵝糞的分析來(lái)了解南極無(wú)冰區(qū)歷史時(shí)期的污染記錄及其與人類活動(dòng)的關(guān)系。這個(gè)想法在當(dāng)時(shí)聽(tīng)起來(lái)有些“異想天開(kāi)”，因?yàn)槟芊裾业狡簌Z糞的沉積層我都是不確定的。好在，它是以我35年的學(xué)習(xí)和研究工作積累為基礎(chǔ)的，也算有接地階梯的“空中樓閣”。

我依然多少覺(jué)得有些不踏實(shí)。為了能夠保證自己去南極，我還想了另外兩個(gè)沒(méi)有爭(zhēng)議的課題為此保駕護(hù)航，一個(gè)是在南極的苔原和生物糞土區(qū)去檢測(cè)土壤中氧化亞氮、甲烷、二氧化碳這些溫室氣體的排放或吸收過(guò)程，一是進(jìn)行企鵝聚集地大氣氣溶膠的組成監(jiān)測(cè)。主意有了，但是經(jīng)費(fèi)在哪里？當(dāng)時(shí)，我跟趙俊琳負(fù)責(zé)的南極攻關(guān)課題有16萬(wàn)元的經(jīng)費(fèi)，但去南極前不可能到位。學(xué)校答應(yīng)給我的10萬(wàn)元經(jīng)費(fèi)也要到下一個(gè)年度才能使用。我們手上只有對(duì)外協(xié)作結(jié)余的兩萬(wàn)元經(jīng)費(fèi)，要知道一臺(tái)大容量氣體采集器就要1萬(wàn)塊。

我去找了時(shí)任中科院資源環(huán)境局局長(zhǎng)秦大河，闡述自己對(duì)南極的渴望以及我們的方案，希望他們配套經(jīng)費(fèi)。他當(dāng)場(chǎng)就給我潑了冷水，“你們不要去了，去的人太多，多是白忙活，你們沒(méi)經(jīng)驗(yàn)，去了也是一樣”。不過(guò)后來(lái)在我們研究推進(jìn)以后最需要支持的時(shí)候，他在自己申請(qǐng)的經(jīng)費(fèi)中給我們撥了50萬(wàn)元。那時(shí)，我才意識(shí)到，他的處事風(fēng)格是不看情面、不見(jiàn)兔子不撒鷹。我想了下，換作是自己，在不了解一個(gè)人的情形下，也不會(huì)憑空拿出經(jīng)費(fèi)支持一個(gè)人。

南極半島洛克羅伊港附近，一群頑皮的巴布亞企鵝結(jié)隊(duì)走過(guò)

我也想過(guò)申請(qǐng)國(guó)家自然科學(xué)基金，但很快丟掉了念頭。在通常的基金項(xiàng)目審議中，那些按照技術(shù)路線圖可以預(yù)期到研究成果的項(xiàng)目，評(píng)審人員一般會(huì)給出“良好”以上的評(píng)價(jià)，研究人員從而獲得資助。但如果你別出心裁、有點(diǎn)新設(shè)想，再加上沒(méi)有申請(qǐng)經(jīng)驗(yàn)，申請(qǐng)極有可能會(huì)流產(chǎn)。在去南極之前的5年中，我曾申請(qǐng)過(guò)3次自然科學(xué)基金，但都因?yàn)樵u(píng)審時(shí)有人支持、有人否定沒(méi)有通過(guò)。

對(duì)于不少評(píng)審專家來(lái)說(shuō)，課題設(shè)計(jì)的編制技巧可能比關(guān)鍵創(chuàng)新點(diǎn)更加重要。我想提及兩個(gè)問(wèn)題，即為什么我們的一些領(lǐng)域出不了重大研究成果？為什么我們?nèi)缃裨诳茖W(xué)界很少看到哪一個(gè)研究項(xiàng)目是失敗的，盡管不少是平庸的？我認(rèn)為，其中一個(gè)原因是我們?nèi)狈捜菔〉难帕恳约俺袚?dān)失敗的勇氣。實(shí)際上，那些研究結(jié)果不確定并有可能失敗的項(xiàng)目才更可能是原始創(chuàng)新的，不過(guò)有可能失敗的項(xiàng)目在評(píng)審這一關(guān)就通不過(guò)。

為了節(jié)省經(jīng)費(fèi)，我記得打電話跟儀表廠討價(jià)還價(jià)談合作，我都是很小氣地在太太的辦公室打的，我們?nèi)拥臉悠反彩翘眉依锏呐f床單、布料自己在縫紉機(jī)上做的。我們當(dāng)時(shí)也沒(méi)有實(shí)驗(yàn)室，為了節(jié)省儀器實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)，就跟對(duì)方達(dá)成協(xié)議，實(shí)驗(yàn)費(fèi)用免費(fèi)，發(fā)表成果后共同署名。這反而養(yǎng)成了我的研究組申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)的獨(dú)特方式。我差不多總是用前一個(gè)課題的剩余經(jīng)費(fèi)去做下一個(gè)課題的研究，等下一個(gè)課題申請(qǐng)成功，我們?nèi)〉玫某晒畈欢嗑涂梢越毁~了，剩下的就是精雕細(xì)琢發(fā)表高水平的研究成果。這樣的好處是，我們沒(méi)有交不了賬的壓力，研究是在自由的狀態(tài)下進(jìn)行的。

地圖上的曙光

到了南極的第二天上午，我就跟趙俊琳迫不及待地去了阿德雷島，它被稱為企鵝島，最有可能找到企鵝糞土層。我們兩人還未走到一半就風(fēng)雪大作，我們跌跌撞撞地到了山頭，遠(yuǎn)遠(yuǎn)地往前面的山下望去，能看到避風(fēng)的企鵝抱成一團(tuán)，白色的肚皮全部埋在黑色的翅膀下，在雪原上像一朵朵烏云。惡劣的環(huán)境只是我們遇到的第一個(gè)考驗(yàn)，更重大的挫折還在后頭，費(fèi)盡周折后，我們?cè)谄簌Z島找不到一塊留存糞土層的洼地——企鵝基本生活在海邊的巖石小丘上，它們的排泄物、毛發(fā)等不斷地隨著雪雨和流水入海，并沒(méi)有沉積下來(lái)。

我很沮喪，企鵝島尚且如此，其他島上更沒(méi)有指望了。兩個(gè)多月后，曙光才來(lái)了。原本我們是俄羅斯站區(qū)打探一下他們那些漂亮的硅化木和植物葉片化石是從哪里來(lái)的。站區(qū)的站長(zhǎng)拿出地圖在上面點(diǎn)出了一個(gè)點(diǎn)，說(shuō)化石就在那里。我心里略有疑慮，那里是火山噴出巖所在地，火山噴發(fā)時(shí)是熔融狀態(tài)，怎么會(huì)有那么好的植物化石呢？也許火山巖夾層中有沉積巖？我們這樣想著就出發(fā)了。

到了地圖上的那個(gè)點(diǎn)，我們沒(méi)有尋到化石，但往下看的時(shí)候，發(fā)現(xiàn)凹谷中有四個(gè)小湖。我們二人飛奔下去，發(fā)現(xiàn)水很渾濁，上面還漂浮著淺粉紅色的絮狀團(tuán)塊狀物質(zhì)，跟企鵝糞的顏色一樣。是企鵝糞嗎？我們迫不及待地在水邊的泥土上向下挖去，發(fā)現(xiàn)其成層分布，還有難聞的臭味。我跟趙都很興奮：有層次、有深度意味著有歷史，有氣味則意味著有腐爛的有機(jī)質(zhì)。我記得那天，我們兩人是唱著“敢問(wèn)路在何方，路在腳下”往回走的。

第二天，我們拿著PVC管采集了兩根湖泥柱子樣品回去，其中一根長(zhǎng)67.5厘米。我們按1厘米間隔在潔凈室中對(duì)泥芯分樣，并進(jìn)行了碳14測(cè)年，發(fā)現(xiàn)底部泥芯的年齡在3000年左右。元素濃度結(jié)果也很快出來(lái)了，其中鍶、氟、磷等9種元素顯著相關(guān)，隨深度呈幾乎同步的變化，我們后來(lái)確認(rèn)這是企鵝糞的標(biāo)型元素，也就是必備元素，其他的元素則是泥芯中的其他介質(zhì)富有的。

隨后，我們的研究結(jié)果顯示，工業(yè)革命前，企鵝糞中的鉛元素幾乎沒(méi)有變化，但在過(guò)去200年間，特別是過(guò)去50年里呈現(xiàn)明顯上升趨勢(shì)。這表明由于人類活動(dòng)造成的全球環(huán)境污染已經(jīng)影響到南極生態(tài)圈。而且，通過(guò)對(duì)企鵝糞中標(biāo)型元素在沉積柱之間含量的變化，我們確認(rèn)，在過(guò)去3000年中，在人類未曾干預(yù)的情況下，企鵝種群發(fā)生過(guò)四次明顯的波動(dòng)，其中距今1400～1800年企鵝數(shù)量達(dá)到最大值;距今1800～2300年間，企鵝數(shù)量銳減。這種增長(zhǎng)和銳減又分別和氣候變暖和新冰期相吻合。

企鵝糞的研究幫助我們打開(kāi)了南極無(wú)冰區(qū)生態(tài)地質(zhì)學(xué)的大門，這里頭有著許多美麗、有趣以及前人未見(jiàn)過(guò)的風(fēng)景。在此基礎(chǔ)上，我們又將目標(biāo)擴(kuò)大到海豹，我們?cè)诤１图S土層中識(shí)別出人類因素的影響、文明的進(jìn)程和環(huán)境的代價(jià)。通過(guò)檢測(cè)南極海豹毛和生物糞中汞、鉛等重金屬含量的變化，提出鳥(niǎo)類活動(dòng)是人類污染物傳輸?shù)男峦緩?，并?jù)此揭示了過(guò)去2000年來(lái)生物毛發(fā)與糞土中污染物與人類冶金文明的響應(yīng)關(guān)系，有學(xué)者評(píng)價(jià)我們的研究“對(duì)研究文明的發(fā)展與環(huán)境代價(jià)有重要科學(xué)意義”。此后，我們又將糞土層生態(tài)地質(zhì)學(xué)的研究方法應(yīng)用到我國(guó)南海和北極古生態(tài)、古氣候和古環(huán)境的重建之中。

這些，都是我們最初研究企鵝糞時(shí)不可能想到的。事實(shí)上，一個(gè)新的學(xué)科從出現(xiàn)到形成并不是一個(gè)容易的過(guò)程。我們能夠開(kāi)展這個(gè)研究領(lǐng)域，并不是因?yàn)槲冶臼麓?，而是我想到了邊界和新的?chuàng)新點(diǎn)。喬布斯曾經(jīng)講過(guò)在斯坦福演講時(shí)發(fā)生的一件事，據(jù)說(shuō)，當(dāng)時(shí)有一位年輕人問(wèn)他：“我怎么樣才能成為你那樣的人呢？”喬布斯的回答很簡(jiǎn)單：“另類思維”。我也希望科研界能夠給予另類思維更多的空間，這樣創(chuàng)新才能百花齊放。