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青藏高原科考的历程和当今的任务

作者: 孙克忠 【字号: 访问量:


第二次青藏高原综合科学考察研究于2017年8月19日在拉萨启动。中共中央总书记、国家主席、中央军委主席习近平发来贺信,向参加科学考察的全体科研人员、青年学生和保障人员表示热烈的祝贺和诚挚的问候。

习近平在贺信中指出,青藏高原是世界屋脊、亚洲水塔,是地球第三极,是我国重要的生态安全屏障、战略资源储备基地,是中华民族特色文化的重要保护地。开展这次科学考察研究,揭示青藏高原环境变化机理,优化生态安全屏障体系,对推动青藏高原可持续发展、推进国家生态文明建设、促进全球生态环境保护将产生十分重要的影响。

第二次青藏高原综合科学考察研究由中科院青藏高原研究所牵头,中科院青藏高原研究所所长姚檀栋院士任考察队长,姚檀栋院士说,上世纪70年代开展的第一次青藏高原综合科考是一次科学大发现,第二次青藏高原综合科考以揭示环境变化机理、优化生态安全屏障体系为科学目标。

一、引言:青藏高原科学研究的重要性

青藏高原,西起喀喇昆仑,东抵横断山脉,北自昆仑,南至喜马拉雅,域跨西藏、青海、新疆、四川、云南五省区,面积240余万平方公里,约占我国领土的1/4。海拔一般超过4000米,素有“世界屋脊”之誉。这样一个举世无双、雄伟壮观的世界第一高原,也是地球上最年轻的高原。它具有特殊的地壳、上地幔结构和地质发展史,具有独特的自然景观、复杂的生物区系和富饶的自然资源。高原的存在,又对周围地区气候和自然条件产生广泛而巨大的影响。所有这些,使青藏高原在地学、生物学和自然资源的研究领域中,占有极其重要的地位,为国内外科学工作者所瞩目。

图1.青藏高原地图

二、历次青藏高原综合科学考察及重大发现

20世纪70年代以前,限于当时的条件,青藏高原的考察难以长期持续开展,时断时续。直到1972年,在周恩来总理关于要加强基础理论研究指示下,中国科学院在兰州召开的珠穆朗玛峰学术会议上,专门讨论并制定了《中国科学院青藏高原1973--1980年综合科学考察规划》,确定青藏高原综合考察的中心任务是:“阐明高原地质发展的历史及上升的原因,分析高原隆起后对自然环境和人类活动的影响,研究自然条件与资源的特点及其利用改造的方向和途径。”

1973年组成了中国科学院青藏高原综合科学考察队,考察队长是孙鴻烈院士。首先全面考察西藏自治区,然后再扩展到高原的其他部分。

1973-1980年,考察队的野外工作和室内分析,共约92个协作单位,约1000余人参加了此次考察工作。

自1980年举办北京“青藏高原国际科学讨论会”起,开始了国际合作考察研究青藏高原的新局面。如中法喜马拉雅联合考察,中英青藏高原拉萨--格尔木综合地质考察,滇西北玉龙山区自然环境及其变迁的合作考察,中德青藏高原冰川考察,中日西昆仑山联合考察,中法喀喇昆仑山-西昆仑山联合考察等。

我们将1973年到1992年历时20年的考察列为青藏考察的第一期,是指以面上的考察、积累资料为主要任务的时期。第二期是以深入理论研究为主的时期,其第一阶段(1992-1996)是孙鴻烈院士做首席的“攀登计划”阶段,即“青藏高原形成演化、环境变迁与生态系统研究”项目。第二阶段(1999-2003)是郑度院士做首席的“973”项目阶段,即“青藏高原形成演化及其环境、资源效应”。第三阶段(2005-2009)是姚檀栋院士做首席的“973”项目阶段,即“青藏高原环境变化对全球变化的响应与适应对策研究”。

青藏高原综合科学研究所取得的重要进展概述如下:

1.青藏高原岩石圈结构和形成演化

在印度板块、欧亚板块和太平洋板块共同作用下,碰撞、挤压和多期次的构造运动作用下,导致了我国大陆与陆缘,乃至东亚形成了一盘破碎块体的组合,特别是这一高(青藏高原的整体隆起和喜马拉雅造山带的抬升)、一低(南海盆地与马里亚纳海沟)却成为中、新生代以来东亚,乃至全球最为壮观的地球科学事件。

图2.青藏高原抬升

青藏高原是由若干个从冈瓦纳古陆分裂出来并向北漂移的块体,在不同地质时期拼合起来的“大地构造模式”。青藏高原的板块构造有如下特征:具有巨厚、多层、高低速相间的地壳结构。通过综合地球物理探测,在青藏高原的壳、幔结构研究中首次提出,青藏高原地壳巨厚和相对薄的岩石圈,地壳厚度可达70-75Km,向南、向北减薄,中央厚;雅鲁藏布江是一条巨型的深大断裂带;上地幔顶部盖层速度为8.10±0.05Km/s,地壳中存在低速层;上地幔软流圈埋深为110±10Km等。

图3.雅鲁藏布江大峡谷

青藏高原地壳自始新世以来发生过大规模缩短并出现分层加厚和巨大的逆掩构造,受印度板块和欧亚板块的挤压和阻挡,青藏高原地壳处于非均衡补偿状态,近期仍保持强烈活动态势。

青藏高原是探讨全球大陆动力学新理论的关键地域,大陆碰撞造成了东亚及全球构造地质格局的重大改组,引起地球壳幔、核幔物质及能量的大量交换以及岩石圈物质的大规模流动,形成多条巨型造山带和大型盆地。由此控制了矿产资源的重新配置和富集。

2.生物区系与人类对高原环境的适应

青藏高原的隆起即保留了若干古老的生物种类,又产生了许多新的动植物种属。迄今所知青藏高原区共有陆栖脊椎动物1047种,其中哺乳纲206种、鸟纲678种;植物区系组成丰富复杂,高等植物种类超过12000种。蕨类植物、裸子植物和被子植物的属数、种数均占全国40%以上。对生物区系组成分布及其形成演化的研究表明,第四纪冰期并末导致生物种类的绝灭。高原隆升导致新植物种类的特化,横断山区成为植物科属分化和分布的中心之一。

青藏高原是空气少氧的生物地球化学区域,高山病对生产劳动、移民、旅游者和引进的牧畜都有一定的影响和危害,是高原开发利用的障碍之一。环境地理调查表明,化学地理异常对高山病发生有明显影响。查明了克山病和大骨节病在高原的分布及其生物地球化学特征。在高地居民和低地居民生理差异对比观测的基础上,探讨了低地居民进入高原后生理指标的变化规律与适应能力。

3.自然环境及其地域分异

青藏高原具有独特的自然环境和空间分异规律。受高原地势格局和大气环流的制约,形成了由东南温暖湿润向西北寒冷干旱的变化。表现为山地森林-高山草甸-高山/山地草原-高山/山地荒漠的带状更迭。根据高原地表自然界地域分异特点,将青藏高原划分为10个各具特色的自然地带,分属高原湿带和高原亚寒带,揭示了水汽通道、干旱河谷、高寒灌丛草甸地带以及高寒干旱核心等引人瞩目的地生态现象和区域。

4.资源、灾害及区域发展

基本查明青藏高原区域各种可更新自然环境的类型特征和分布,提出土地资源的农林牧评价原则和指标,完成了部分地区不同尺度的土地类型、土地资源和土地利用图以及典型地区农业自然环境条例图的编制。水利、地热及盐矿资源丰富,旅游资源独具特色,对区域发展有重要意义。

调查编绘了泥石流分布及类型区划图,揭示其运动规律,开展预测、预报及防治工作,成绩显著。

开展了高原农业自然区划工作,划分出东南部的农林业地带、青海东北和藏南的农牧业地带及高原本部和西北部的纯牧业地带。

三、第二次青藏高原综合科学考察

第二次青藏高原综合科学考察研究的核心问题是关系约20亿人口的“亚洲水塔”有何变化?

1.亚洲水塔

亚洲水塔是指喜玛拉雅--青藏高原地区。该地区是地球上冰川分布最广泛的地区,拥有36793条现代冰川,冰川面积达到了49873.44平方公里,冰储量为4561立方千米,故青藏高原有“第三极”的美誉。该地区孕育了黄河、长江、恒河、湄公河、印度河、萨尔温江和伊洛瓦底江等七条亚洲的重要河流,因此被称为"亚洲水塔"。

2018年9月,科考队发布了亚洲水塔区开展的冰川、积雪、冻土、湖泊、河流变化和大气环境等最新科学考察成果,发现气候变暖变湿,正在引起“亚洲水塔”的加速液化,并伴生新灾巨灾频发。科考队研究亚洲水塔的水“从何而来”、如何“补水”,其首要问题是把西风和季风的水汽传输过程研究清楚。

2.目前报道的部分考察项目

通过遥感和实测资料发现,1976年以来,藏东南冰川退缩幅度平均达到每年40米,有的甚至超过60米。冰川退缩,相应的是湖泊扩张、河流径流量增加。

科考队在藏东南鲁朗展开了大气水汽传输观测实验。鲁朗地处雅鲁藏布江水汽通道,位于印度季风传输水汽进入青藏高原的关键区。进而研究亚洲水塔的水汽来源。

经综合分析认为,南亚等周边地区的大气污染物通过高空和山谷输入青藏高原并加速了冰冻圈消融,进而对区域生态环境造成潜在影响。我们有必要开展并高度关注大气污染物和冰冻圈变化的协同研究。

科考队在大峡谷沿线设立了10个地震观测台站,展开持续的地震观测和研究。2017年11月18日大峡谷所在的米林县发生了 6.9级地震。2018年10月17日和29日在震中附近的加拉白垒峰下的色东普沟出现两次冰崩堵江事件,在地震波形上都清晰地记录了地下断层和地表碎屑物开始滑动的具体时刻、持续时间和滑动方向等特征。在这里建立地震观测台网,有助于对该地区的冰崩灾害链进行监测和预警。

图4.2018年的冰崩堵江

四、结语:当今任务

第二次青藏高原综合科学考察研究正在有条不紊的全面展开,并将聚焦水、生态、人类活动,着力解决青藏高原资源环境承载力、灾害风险、绿色发展途径等方面的问题。下一步,计划建立青藏科考数据共享平台,成立青藏科考转移转化国际中心和产学研合作技术创新联盟,深入推进科考成果的快速高效转移转化和产业技术创新。为青藏高原经济社会发展和生态环境保护作出新贡献。

作者简介:孙克忠,中科院地质地球所研究员,本文参考孙鴻烈和郑度等口述青藏高原科考访谈录的有关文章,中科院青藏高原研究所的网站有关所讯及中科院之声报道编写