張強弓：在“世界屋脊”上勇攀高峰

王艷敏

青藏高原，中國最大、世界海拔最高的高原，這里是中華文明的發(fā)祥地之一，也是“世界屋脊”“第三極”。保護和建設(shè)好青藏高原對于地球生態(tài)環(huán)境和人類生存發(fā)展具有重要意義。多年來，為了守護這世界上最后一方凈土，無數(shù)科學(xué)家將青春和熱血傾灑，足跡遍布青藏高原上連綿不絕的山川。中國科學(xué)院青藏高原研究所研究員張強弓就是其中一員。

“在青藏高原上研究工作的人，很難不對這個地方產(chǎn)生感情，盡管高原自然環(huán)境惡劣，甚至有時候讓人很難受，但每年還是想去走走、看看，已經(jīng)形成了一種習(xí)慣?！睆垙姽f道。

作為青藏高原年輕一代研究者，在前輩的指引下，張強弓也成了一名名副其實的高原探路人。十余年來，他已組織參與青藏高原地區(qū)野外科學(xué)考察數(shù)十次，主要從事青藏高原冰凍圈化學(xué)與環(huán)境研究。

“以青藏高原為核心的我國西部地區(qū)在全世界中低緯度地區(qū)中擁有數(shù)量和面積最多的山地冰川，我們有48000多條冰川，面積超過5萬平方千米，給我們冰川研究提供了非常好的材料?！睆垙姽f道。

自然資源獨一無二的青藏高原，無疑也是眾多科學(xué)家的科研殿堂。經(jīng)過一代又一代科學(xué)家的努力，近年來，我國科學(xué)家在青藏高原環(huán)境變化的研究已處于國際第一方陣。在此基礎(chǔ)上，我國科學(xué)家正積極推動以中國科學(xué)家主導(dǎo)，面向“三極”（南極、北極、青藏高原）協(xié)同研究的國際大科學(xué)計劃。

“‘三極是全球變化的敏感區(qū)，是全球變化的指示器。推動‘三極研究計劃，我們希望能從整體上研究全球氣候與環(huán)境變化，同時也為國際輸入更多中國聲音?！睆垙姽f道。

從地到天

回憶起來，張強弓其實從未想過進入冰川領(lǐng)域，在青藏高原上做研究，用他的話說，“這一切都是機緣巧合”。

2003年，根據(jù)國家經(jīng)濟社會發(fā)展重大戰(zhàn)略需求和國際科學(xué)前沿發(fā)展趨勢，中國科學(xué)院青藏高原研究所（以下簡稱“青藏高原所”）應(yīng)運而生。時年12月2日，中央機構(gòu)編制委員會辦公室復(fù)字〔2003〕165號文件《關(guān)于中國科學(xué)院青藏高原研究所等單位機構(gòu)編制的批復(fù)》，正式批準了青藏高原所的成立。2004年9月，從東北大學(xué)地質(zhì)系畢業(yè)的張強弓考入了青藏高原所，成為了首屆研究生。

“當時青藏高原所剛剛成立，還沒有招生權(quán)，是中國科學(xué)院地理所代招的，錄取之后再重新分配，所以我也是錄取后被調(diào)劑做冰川研究的?！痹诔跗诮ㄔO(shè)階段，青藏高原所組建了一支“站在高原、研究高原”的國際化、高水平研究隊伍，張強弓的導(dǎo)師正是中國科學(xué)院“百人計劃”入選者，當時剛從美國緬因大學(xué)氣候變化研究所回國的康世昌研究員，其主要從事青藏高原的冰川學(xué)及冰芯氣候環(huán)境記錄研究。

“我的研究方向其實相當于經(jīng)歷了一個從地下到天上轉(zhuǎn)變的過程?！睆垙姽榻B，地質(zhì)專業(yè)主要是研究地球內(nèi)部，到了青藏高原所之后，他轉(zhuǎn)到了地理也就是地球表面冰川的研究，再往后又接觸到大氣化學(xué)方面的研究。“雖然從大的角度來講都屬于地球科學(xué)的范疇，但研究生階段的學(xué)習(xí)肯定是一個更加專業(yè)的方向，我以前從來沒有想過去做青藏高原和冰川方面的研究?！睆垙姽f道。

這絕對不是一個簡單的專業(yè)調(diào)劑，青藏高原自然環(huán)境的特殊性注定了在這一領(lǐng)域做研究的人將承受許多常人無法想象的艱難。

早在2003年，導(dǎo)師康世昌就曾帶隊在西藏中南部的念青唐古拉山鉆取了一支120多米長的冰芯，但大家覺得高原中部僅有一支冰芯，空間代表性不夠。因此2005年，在導(dǎo)師的帶領(lǐng)下，張強弓第一年進藏考察，并且直接走到了長江的源頭——唐古拉山脈主峰格拉丹東峰，主峰海拔超過6000米。

第一次進藏研究就挑戰(zhàn)這樣的高度，對于當時剛讀研究生的一群年輕人來說自然挑戰(zhàn)頗巨。行進過程中不僅沒有路，還有很多沼澤，每一次前進都格外艱難。經(jīng)歷了多天輾轉(zhuǎn)，他們終于來到了冰川末端大概海拔5100米一個比較平坦的地方搭建了營地，但之后的考驗才剛剛開始。

5100米海拔只是冰川末端，屬于消融區(qū)，也就是每年積累的雪會小于消融的雪，要鉆取冰芯必須在冰川的上部積累區(qū)下鉆，才能獲得完整的記錄，而這段垂直海拔抬升不足1000米的旅途他們只能靠人力前行。

扛著沉重的設(shè)備，拖著早已麻木的雙腿，他們在漫天冰雪中艱難地向選定的冰芯鉆取點一步一挪地攀登前行。一天，他們從早上一直忙到傍晚，全身都已失去力氣與知覺，以為可以收工休息的時候，沒想到導(dǎo)師突然從冰川上跌跌撞撞翻滾下來，又累又帶著激動地跟他們說：“我探到了一條路，咱們再把設(shè)備往上運一段吧！”

“我們當時一聽真的崩潰了，野外還是很艱苦的?！睆垙姽χ袊@。

不過，如果守得云開見月明，那這些艱苦與磨難也是有意義的。對于張強弓而言，第一次參加高原冰川考察的回報來得格外曲折與動魄驚心，他差點就因此耽誤了畢業(yè)。

一波三折的雪冰研究

那次科考，在海拔5800米附近的地方，張強弓和團隊終于找到了一個適合打鉆的平坦區(qū)域，歷經(jīng)一個多星期，取出了一支147米長的冰芯，最后在牦牛的幫助下運回營地，之后又成功地運回到實驗室，鋸成了3000多塊進行研究。在將樣品水送到實驗室后，他們得到了各種化學(xué)指標，只差一步就可以得到完整的歷史記錄，那就是年代。

冰川記錄與自然及人類活動息息相關(guān)，冰川研究主要是想通過冰川的記錄來反映氣候環(huán)境的變遷。地球歷史上一些重要的自然或人為事件，如火山爆發(fā)、核爆炸等都會在冰川中留下痕跡。要想確認冰川的年代通常需要找到核爆炸還有火山爆發(fā)等事件在冰芯中出現(xiàn)的信號。在他們的預(yù)想中，這個信號大概會在冰芯10～20米的地方出現(xiàn)，但反復(fù)找了許久，還是沒有找到對應(yīng)的數(shù)值。之后又花了整整兩年時間，他們終于找到了峰值的對應(yīng)冰芯深度，然而，預(yù)期應(yīng)該出現(xiàn)在20米左右地方的峰值，實際上在5米的地方就出現(xiàn)了！問題到底出在哪里？

“我的博士研究本來是想通過這支冰芯研究長江源頭氣候環(huán)境的歷史變化，沒想到跟預(yù)期的完全不一樣?！睘榱隧樌厴I(yè)，張強弓只得將博士論文進行了一個快速轉(zhuǎn)化。

雪冰氣候環(huán)境記錄研究一般分為兩個部分：一個是現(xiàn)代過程，一個是歷史記錄?，F(xiàn)代過程研究主要為歷史記錄重建提供基礎(chǔ)。張強弓的博士論文本來以歷史記錄為重點，但當時，那塊年代不明的冰芯不得不讓他從歷史記錄轉(zhuǎn)向了現(xiàn)代過程研究。在雪冰化學(xué)研究方面，他準確獲取了珠峰海拔6500米至峰頂雪冰中數(shù)十個元素的含量和空間變化特征，分析指出珠峰雪冰元素含量與極區(qū)相當，受人類活動影響甚微，是北半球中低緯度大氣環(huán)境本底的代表;首次全面闡明了冰川雪冰中典型重金屬汞的本底含量及其“冬高夏低”和“北高南低”的時空分布格局，給出了我國西部高海拔地區(qū)大氣汞沉降通量;特別是揭示了大氣沉降顆粒物是控制雪冰中汞形態(tài)和含量分布的主控因素，由于顆粒態(tài)汞不易被還原和轉(zhuǎn)化，可較好保存大氣汞沉降信息，這些研究結(jié)果為冰芯歷史記錄的解譯奠定了現(xiàn)代過程基礎(chǔ)。

得益于扎實的功底與不懈努力，2009年，張強弓從青藏高原所博士順利畢業(yè)，并獲得2009年“中國科學(xué)院優(yōu)秀畢業(yè)生”及“中國科學(xué)院院長優(yōu)秀獎”，之后一直留所工作至今。

從攻讀博士學(xué)位到工作后的幾年間，盡管科研方面不斷有新的發(fā)現(xiàn)、新的成果誕生，但張強弓卻有些茫然。那塊無法確認年代的冰芯一直橫亙在他的心中，無法排除。

2014年，他將冰芯帶到了世界上知名的核能、化工實驗室——瑞士保羅希爾研究所，測試了冰芯中的一些放射性同位素，并將其與之前獲得的相關(guān)信息進行研究。最后終于確定，格拉丹東這支冰芯的頂部對應(yīng)的是1982年，但按理來說，這支冰芯的頂部應(yīng)該是鉆取時的2005年才對，為什么會是1982年？而且，這也代表著格拉丹東冰芯1982—2005年的記錄都不見了，為什么會這樣？

假如研究對象消失

“以往冰川連續(xù)記錄了很長時間的人類活動歷史，但最近幾十年強烈的人類活動造成了全球氣候變暖，導(dǎo)致冰川快速減薄，所以最后我們發(fā)現(xiàn)，原來是強烈的人類活動把冰川近些年的記憶給抹除了?！睆垙姽f道。

冰川，就像一座穿越了時間與空間的“檔案館”，通過層層冰雪積累記錄歲月的變遷。在全球氣溫持續(xù)升高之前，冰川的積累區(qū)每年都會積累很多雪，一年又一年層層累積，如樹之年輪一樣形成非常明顯的層理，在這個地方鉆取冰芯可以獲得完整的記錄。研究人員不僅可以把這些冰融成水，測試里面代表氣溫波動的氫氧同位素比率，還可以測量水量，就能知道每年的降水量。同時，他們還能測試水中的各種化學(xué)指標，包括沙塵、離子、金屬元素等，這些都是大氣環(huán)境的指示，攜帶了遠古時代大氣成分的信息。在擁有世界上最大冰蓋的南極地區(qū)，冰蓋厚度超過3000米，科學(xué)家通過在南極鉆探冰芯，然后將3000米長的冰芯從上到下排列，就可以看到百萬年以來氣溫和大氣成分的變化。但是現(xiàn)在，在全球氣溫持續(xù)升高之下，地球上這一座座檔案館的資料正在流失，對于中低緯度的高山地區(qū)，這種現(xiàn)象更為嚴重。科學(xué)家預(yù)測，不遠的未來還有更多的小冰川會消失……

“對于我來說，一個研究者的研究對象都不在了，還怎么繼續(xù)工作呢？”在發(fā)現(xiàn)地球上的冰川正在加速消融這一不可阻擋的事實后，張強弓陷入了深深的迷茫。他開始四處求索，冰川消退之后該如何進行研究。

有一次在翻看瑞士Stein冰川資料的時候，張強弓注意到冰川下面有一個湖，他突然想到，冰川退縮后，有沒有可能冰川中的一些記憶轉(zhuǎn)移到了湖中呢？后來，他果然從文獻中查找到了Stein冰川和Stein湖之間的關(guān)系，里面記錄了1970年代湖中污染物濃度出現(xiàn)了第一個峰值，這一峰值對應(yīng)的正是歐洲大量工業(yè)排放的年代，第二個峰值出現(xiàn)在2000年以后。但那時歐美開始實施大氣減排措施，污染物濃度應(yīng)該下降，為什么反而上升呢？原來，冰川快速消融后，有些“記憶”轉(zhuǎn)到了湖里。

得到這一發(fā)現(xiàn)后，張強弓頓時興奮起來?！拔矣钟辛诵碌难芯拷裹c，即便全球氣候變暖，我的冰川研究還是要繼續(xù)并且是可以持續(xù)的。”之后，他將這種想法和之前的資料匯總，提出了一個重要觀點：冰川和冰川湖所包含的信息是此消彼長的。冰川快速消融的情況下，冰川湖會擴大，也會接收到更多冰川帶來的記憶。自此，他的研究也開始向冰川消融后對環(huán)境的影響這一領(lǐng)域轉(zhuǎn)變。

青藏高原是“亞洲水塔”，前人對高原冰川融水徑流水文變化開展了諸多研究，但對冰川融水徑流中化學(xué)組分的遷移過程及其對下游生態(tài)環(huán)境的影響缺乏系統(tǒng)認識。為此，近幾年來，張強弓向這一領(lǐng)域展開了探索。

通過對高原內(nèi)陸典型冰川和被補給湖泊“扎當冰川和納木錯”的持續(xù)系統(tǒng)觀測研究，張強弓刻畫了汞在冰川徑流中的日變化特征和遷移過程，揭示了冰川消融對流域汞輸出的控制和影響，發(fā)現(xiàn)高原冰川流域的汞產(chǎn)出率高于南北極，具有促進流域汞輸出的強化效應(yīng)。之后，他還對高原中南部數(shù)十個湖泊開展水化學(xué)系統(tǒng)調(diào)查，并深入研究了汞在高原水生態(tài)系統(tǒng)中的富集特征，發(fā)現(xiàn)高原野生魚類和湖泊水生食物鏈具有顯著的汞富集效應(yīng)。

在此工作基礎(chǔ)上，張強弓進一步建立了高山冰川影響區(qū)汞的分布和環(huán)境風險分區(qū)模型，綜述展望了高原冰川流域汞循環(huán)及其環(huán)境效應(yīng)研究，指出冰川消融是促進高山區(qū)域汞循環(huán)的活躍因子。他在Science發(fā)表的Letter文章“Melting Glaciers：Hidden Hazards”（《冰川消融是隱性災(zāi)害》），指出冰川消融釋放活化微量有毒和營養(yǎng)元素對下游生態(tài)環(huán)境可產(chǎn)生長效和潛在影響，提出了冰川消融輸出微量元素是隱性環(huán)境災(zāi)害的新觀點。

這些研究深化了對山地冰川作用區(qū)和補給區(qū)元素循環(huán)的認識，被國內(nèi)外多家刊物和媒體報道，并被聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）2019年發(fā)布的Global Environment Outlook 6（《全球環(huán)境展望-6》）引用作為全球冰川消融對環(huán)境產(chǎn)生影響的重要證據(jù)。

盡管這些年來在科研道路不斷有新的想法與成果產(chǎn)生，但面對浩瀚無垠的“三極”研究，張強弓卻始終覺得自己的攀登道路才剛剛開始。

站在巨人的肩膀遠航

“這些年來，我國青藏高原科學(xué)考察研究在姚檀棟院士為代表的科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)下，一步步邁向世界地球科學(xué)的‘第三極，在國際上擁有話語權(quán)，發(fā)展迅速。冰凍圈研究也是類似，最早提出冰凍圈科學(xué)完整理論體系的就是以秦大河院士為代表的我國冰凍圈科學(xué)研究群體。經(jīng)過半個多世紀的發(fā)展，我國的冰凍圈研究已在國際上占領(lǐng)高位。而現(xiàn)在，我深切地感知到我們正處于這兩條線的交會處?！弊鳛槟贻p一代青藏高原冰凍圈研究者，張強弓深有體會，“青藏高原與冰凍圈研究是我國科學(xué)家長期奮斗積累形成引領(lǐng)國際科學(xué)前沿的優(yōu)勢研究領(lǐng)域，我從事青藏高原冰凍圈科學(xué)研究，處在這兩個特色優(yōu)勢研究的交會處，深感幸運而任重道遠。”

近年來中國科學(xué)家對青藏高原的研究論文數(shù)量和被引用率穩(wěn)居世界第一，在青藏高原環(huán)境變化的研究已處于國際上第一方陣。但青藏高原冰凍圈僅占全球一小部分，南北極的巨大冰蓋和季節(jié)性海冰動態(tài)變化在全球能量平衡中的驅(qū)動和反饋效應(yīng)，是當前全球變化研究的熱點，協(xié)同開展青藏高原、南極、北極的“三極”氣候與環(huán)境變化協(xié)同研究，具有重要意義。

“‘三極是全球生態(tài)環(huán)境的重要屏障和關(guān)鍵紐帶，也是全球氣候變化的敏感區(qū)和脆弱區(qū)。事實上，國家正在謀劃從‘第三極出發(fā)，發(fā)起由中國人引領(lǐng)的‘三極大科學(xué)計劃，這不僅是國家戰(zhàn)略的需要，也是全球科學(xué)發(fā)展的趨勢。站在國家層面，‘三極研究有利于提高我國國際話語權(quán)，幫助國家實現(xiàn)科技強國;站在國際角度，‘三極研究有利于全球環(huán)境保護，利在千秋。而作為我國青藏高原和冰凍圈這兩大特色領(lǐng)域的青年學(xué)者，我們更應(yīng)該主動思考并積極參與推進‘三極大科學(xué)計劃，將我國的‘三極研究引向縱深和國際前沿?！睆垙姽f道。

為此，早在幾年前，張強弓就已在這條道路上毅然前行。針對青藏高原大氣污染以及全球山地冰芯消失的現(xiàn)象，他總結(jié)了利用山地冰川研究氣候環(huán)境變化的優(yōu)勢，認為全球高山冰芯研究均面臨冰川頂部減薄的挑戰(zhàn)，并提出了應(yīng)對冰芯記錄消逝的策略方案，包括開展國際計劃加快冰芯鉆取，存儲備份冰芯用于后續(xù)研究，實施新技術(shù)恢復(fù)解譯已消失的最新冰芯記錄等;他還指出近期“冰川消減—冰川湖擴張”的模態(tài)正在增強，提出加強冰川與冰川補給湖沉積物記錄協(xié)同研究，以整體論思想認識區(qū)域環(huán)境變化的新思路……

然而，一個人的力量始終是有限的，張強弓深感青年學(xué)者才是“三極”研究的主力軍和創(chuàng)新的動力源泉。2016年，張強弓入選中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進會，歷任地學(xué)分會和北京分會理事。為此，在會員資助期間，他就積極發(fā)起創(chuàng)辦“高極-三極”青年創(chuàng)新論壇，促進青年學(xué)者理解和把握“三極”研究前沿動態(tài)，加強跨地域、跨領(lǐng)域、跨學(xué)科間青年學(xué)者的交流合作。會議連續(xù)舉辦至今，已在國內(nèi)外取得了良好反饋，有效促進了青年學(xué)者在“三極”研究領(lǐng)域的交流。2017年，他還獲得了中國冰凍圈科學(xué)學(xué)會施雅風冰凍圈與環(huán)境青年科學(xué)家獎。

2020年，基于青藏高原冰凍圈化學(xué)與環(huán)境研究成果及對未來的發(fā)展規(guī)劃，張強弓成功獲得國家優(yōu)秀青年基金項目資助。但在他眼中，這只是科研的第一步。山峰有高度，科學(xué)無止境。站在“世界屋脊”，他將沿著前輩科學(xué)家的足跡，向著科學(xué)的高峰不斷前行。