喀斯特的全球觀

李婷婷

喀斯特，原指南斯拉夫伊斯特拉半島上石灰?guī)r高原的一處地名，后變成了喀斯特地貌的專屬名詞。它在國(guó)內(nèi)有一個(gè)更通俗的名字，那就是巖溶，即水對(duì)可溶性巖石（主要是碳酸鹽巖）發(fā)生物理—化學(xué)—生物作用的過(guò)程和現(xiàn)象。

碳酸鹽巖主要包括石灰?guī)r和白云巖。在中國(guó)，大多數(shù)省份、自治區(qū)皆有不同面積的碳酸鹽巖分布，出露地表總面積約130萬(wàn)平方公里，約占全國(guó)總面積的13.5%，而被埋藏在地下的則更為廣泛，累計(jì)厚度達(dá)幾千米、上萬(wàn)米的都毫不夸張。其廣泛的存在影響著全球碳循環(huán)和水循環(huán)，進(jìn)一步關(guān)聯(lián)著巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈（包括人類自身）的發(fā)展。

浩大的影響力促使喀斯特動(dòng)力學(xué)的研究規(guī)模也不遑多讓，吸引了大批科學(xué)工作者前赴后繼。這其中，喀斯特動(dòng)力學(xué)與全球變化研究團(tuán)隊(duì)作為杰出的代表，為國(guó)際喀斯特科學(xué)的進(jìn)展貢獻(xiàn)了中國(guó)智慧。

世界目光聚焦中國(guó)

喀斯特動(dòng)力學(xué)理論作為“年輕”的名詞，自中國(guó)誕生，惠及世界。

在該理論中扮演重要角色的碳酸鹽巖，主要成分為碳酸鈣，會(huì)同水、二氧化碳生成碳酸氫鈣溶液?？此破狡綗o(wú)奇的化學(xué)反應(yīng)，因碳酸鹽巖的廣泛存在變得極具價(jià)值。尤為值得注意的是，碳元素由固態(tài)、氣態(tài)向液態(tài)的轉(zhuǎn)化，牽動(dòng)了整個(gè)自然生態(tài)系統(tǒng)，不僅關(guān)乎氣候、水文等，更影響著生物發(fā)展。

“現(xiàn)今全球每年排放大約100億噸的二氧化碳，其中40%進(jìn)入大氣，造成全球變暖；25%進(jìn)入海洋，約20%通過(guò)陸地植被光合作用被吸收，還有10%？15%不知道去哪里了。人們把這稱為‘遺失碳匯?！敝袊?guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所研究員劉再華解釋說(shuō)。近些年來(lái)，人們發(fā)現(xiàn)了“遺失碳匯”的潛在新方向，將遺失的碳元素與碳酸鹽風(fēng)化（以喀斯特作用為主）逐步建立聯(lián)系。這不得不讓世界多一重考慮，在未來(lái)，喀斯特動(dòng)力學(xué)要如何參與全球碳循環(huán)、氣候變化發(fā)展策略的制定？

喀斯特相關(guān)研究是一項(xiàng)長(zhǎng)遠(yuǎn)的任務(wù)。其中，碳元素在世界范圍內(nèi)“流動(dòng)”，研究它們的重要機(jī)構(gòu)卻需要落腳點(diǎn)。2008年，聯(lián)合國(guó)教科文組織將國(guó)際喀斯特研究中心落戶中國(guó)。這一舉動(dòng)肯定了中國(guó)在喀斯特研究領(lǐng)域的突出貢獻(xiàn)。劉再華和他的喀斯特動(dòng)力學(xué)與全球變化研究團(tuán)隊(duì)作為見(jiàn)證者、參與者，與有榮焉。

把喀斯特地球化學(xué)研究的關(guān)注點(diǎn)拉向中國(guó)，事實(shí)上并不容易，是幾代人不斷拼搏的結(jié)果。劉再華身上有著多數(shù)中國(guó)科研工作者的影子。20世紀(jì)80年代，他自長(zhǎng)春地質(zhì)學(xué)院（現(xiàn)吉林大學(xué)）水文地質(zhì)本科專業(yè)和中國(guó)地質(zhì)大學(xué)（武漢）水文地球化學(xué)研究生畢業(yè)后，奔赴桂林，投到我國(guó)水文地質(zhì)學(xué)、巖溶地質(zhì)學(xué)大家袁道先先生門(mén)下，與巖溶景觀的成因、發(fā)育打交道。踏實(shí)勤懇、吃苦耐勞，是當(dāng)時(shí)一代人的閃光點(diǎn)，劉再華也不例外。

在袁道先院士的領(lǐng)導(dǎo)下，他探索著被稱為“喀斯特地貌”的奇峰、溶洞、石筍等背后的科學(xué)機(jī)制，參與了多項(xiàng)國(guó)際地質(zhì)對(duì)比研究項(xiàng)目。劉再華指出，針對(duì)喀斯特動(dòng)力學(xué)的研究，從“無(wú)機(jī)”過(guò)渡到“無(wú)機(jī)”和“有機(jī)”的耦合是一個(gè)研究思路的關(guān)鍵突破。比起單純地考慮水—巖—?dú)庀嗷プ饔萌绾斡绊懭蛱佳h(huán)，他創(chuàng)新性地把生物耦合進(jìn)來(lái)，提出了基于“水—巖—?dú)狻嗷プ饔谩钡目λ固刈饔茫ㄌ妓猁}風(fēng)化）碳循環(huán)新模式和有效估算大氣二氧化碳源匯的新方法，初步評(píng)價(jià)了全球碳酸鹽風(fēng)化產(chǎn)生的碳匯。

“學(xué)界普遍認(rèn)為， 是硅酸鹽風(fēng)化碳匯在控制著長(zhǎng)時(shí)間尺度的氣候變化。但是，我們發(fā)現(xiàn)，河流、湖庫(kù)中的藻類能夠把水里的無(wú)機(jī)碳轉(zhuǎn)化、沉積下來(lái)，實(shí)現(xiàn)碳酸鹽風(fēng)化碳匯的穩(wěn)定?！边@一發(fā)現(xiàn)，回應(yīng)了國(guó)際學(xué)術(shù)界對(duì)碳酸鹽風(fēng)化是否存在長(zhǎng)時(shí)間尺度碳匯的質(zhì)疑。也就意味著，傳統(tǒng)的觀點(diǎn)即“只有鈣硅酸鹽風(fēng)化才能形成長(zhǎng)久的碳匯并控制長(zhǎng)時(shí)間尺度的氣候變化”并不是絕對(duì)正確。

此外，基于突破性發(fā)現(xiàn)，劉再華及其喀斯特動(dòng)力學(xué)與全球變化研究團(tuán)隊(duì)不斷有成果產(chǎn)出，贏得了國(guó)內(nèi)外同行的肯定。其中相關(guān)成果“發(fā)現(xiàn)全球水循環(huán)中的溶解無(wú)機(jī)碳可能是一個(gè)重要的碳匯”曾入選“2007年度中國(guó)基礎(chǔ)研究十大新聞”，被國(guó)家科技部推薦參加了“‘十一五國(guó)家重大科技成就展”。從更廣闊的層面來(lái)看，他們的研究正為世界提供著可溯源、解析、復(fù)制的中國(guó)喀斯特研究方案。

科學(xué)研究的組合拳

轟動(dòng)世界的影響力，不是一把地質(zhì)錘敲出來(lái)的，也不是純靠雙腿跑出來(lái)的。劉再華說(shuō)，他們打的是“組合拳”，跑野外、做實(shí)驗(yàn)、搞模擬缺一不可，在現(xiàn)代技術(shù)的加持下，一線考察和理論深挖都不能耽誤。他們有著徐霞客暢游南北名山大川的閱歷，也有著對(duì)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果把握的嚴(yán)謹(jǐn)。

劉再華回憶，在德國(guó)不來(lái)梅大學(xué)攻讀地球化學(xué)博士期間，為了加快進(jìn)度，自己在實(shí)驗(yàn)室一待就是十幾個(gè)小時(shí)。早八點(diǎn)、晚十一點(diǎn)的模式，是家常便飯。“實(shí)驗(yàn)很繁瑣也很重要。在二氧化碳作用下，碳酸鈣溶解非常快，在空氣或水中均吸收了大量二氧化碳”。然而，碳酸鈣沉積又會(huì)釋放二氧化碳，所以國(guó)際上普遍認(rèn)為吸收與釋放相抵。另外，通常認(rèn)為“自然界中巖石風(fēng)化碳匯通量短時(shí)間尺度上是基本不變的”，所以并不看重它對(duì)碳匯的影響力。然而，劉再華通過(guò)反復(fù)實(shí)驗(yàn)質(zhì)疑了這一觀點(diǎn)。他證明了在喀斯特反應(yīng)中，碳形態(tài)變化對(duì)自然影響的重要程度，解決了碳酸鹽風(fēng)化碳匯等相關(guān)疑難問(wèn)題，在世界級(jí)期刊上發(fā)表的多篇論文也得到了業(yè)內(nèi)的廣泛認(rèn)可。

談及后來(lái)的回國(guó)發(fā)展，劉再華直言：“中國(guó)有國(guó)際項(xiàng)目，我們自己也需要人才。”在他看來(lái)，學(xué)成歸國(guó)是一件早已篤定的事情。于是將國(guó)外的工作完成后，他拒絕了簽證延遲，回國(guó)加入到喀斯特動(dòng)力學(xué)與全球變化研究團(tuán)隊(duì)。多年來(lái)，他們負(fù)責(zé)了國(guó)家自然科學(xué)基金面上/重點(diǎn)/重大項(xiàng)目、國(guó)家重大基礎(chǔ)研究前期研究專項(xiàng)等一系列的研究課題，面向典型喀斯特地區(qū)的深入研究成果揭示了喀斯特碳循環(huán)過(guò)程對(duì)大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈的影響。

在不斷取得新成果的同時(shí)，劉再華坦言，困難不少，但沒(méi)有遇到無(wú)法解決的問(wèn)題。這與他們團(tuán)隊(duì)積極的心態(tài)有很大關(guān)聯(lián)。“問(wèn)題出現(xiàn)沒(méi)什么可怕的，關(guān)鍵是找到原因和解決辦法?！眲⒃偃A不喜歡打無(wú)準(zhǔn)備的仗，任何工作都要有充足的籌備、設(shè)計(jì)時(shí)間，并將多方面考慮到。他認(rèn)為，磨刀不誤砍柴工的理念適用于科研工作，也能用來(lái)培養(yǎng)人才?！爸灰怀霾?，我就會(huì)在辦公室看文獻(xiàn)，不僅是最新的文獻(xiàn)，還有過(guò)去幾十年甚至上百年的文獻(xiàn)?！眲⒃偃A雖教導(dǎo)學(xué)生多讀文獻(xiàn)，但不唯文獻(xiàn)，“要學(xué)會(huì)在閱讀中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、了解問(wèn)題價(jià)值，然后以問(wèn)題為導(dǎo)向挖出一些更深層的東西”。

在進(jìn)一步的布局、規(guī)劃中，劉再華對(duì)團(tuán)隊(duì)發(fā)展有著清晰的認(rèn)識(shí)。他表示，喀斯特動(dòng)力學(xué)理論的提出是一個(gè)層面，發(fā)展、完善是另外一個(gè)層面，而后者需要更長(zhǎng)久的時(shí)間和耐心?！翱λ固貏?dòng)力學(xué)相關(guān)的碳匯問(wèn)題仍是目前需要攻關(guān)的主要任務(wù)。全球碳循環(huán)、應(yīng)對(duì)氣候變化是國(guó)際需求，在這個(gè)基礎(chǔ)上，我們國(guó)家除了積極參與，還要有自己的發(fā)言權(quán)。怎樣通過(guò)土地利用調(diào)節(jié)人類活動(dòng)應(yīng)對(duì)氣候變化，如何做好生態(tài)修復(fù)提高碳匯，我們要從科學(xué)的角度提供數(shù)據(jù)支撐和策略指導(dǎo)?！蹦軌蚋忝靼走@些，既是在幫國(guó)家爭(zhēng)取國(guó)際話語(yǔ)權(quán)，又是為人類的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展謀求效益。

除此之外，基于水—巖—?dú)狻嗷プ饔玫目λ固貏?dòng)力學(xué)理念，劉再華所在團(tuán)隊(duì)還將關(guān)注點(diǎn)延伸到了水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題。他指出，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)初步證實(shí)了水體富營(yíng)養(yǎng)化與碳循環(huán)的內(nèi)在關(guān)聯(lián)性，下一步將會(huì)進(jìn)一步深化其中機(jī)制，力爭(zhēng)把水體富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題和碳匯問(wèn)題聯(lián)合解決，為全球碳匯和水質(zhì)安全等時(shí)代任務(wù)尋找一個(gè)平衡點(diǎn)。

“問(wèn)題導(dǎo)向、解放思想、求真務(wù)實(shí)、創(chuàng)新突破。”這16字工作愿景是劉再華基于當(dāng)下、面向未來(lái)提出的。對(duì)讓中國(guó)智慧促進(jìn)國(guó)際喀斯特學(xué)發(fā)展這件事，他和團(tuán)隊(duì)想要更進(jìn)一步。