黄土科学的大树

						
刘东生院士是一位具有世界影响的科学家。他研究中国黄土50多年，对黄土有深刻的理解，以多项重大理论创新确立了他在国际地球环境科学领域的地位：将中国的黄土研究推向全球变化研究这一前所未有的高度，被称为“黄土之父”；由于他开创性的成就，2002年，刘东生获得了有环境科学诺贝尔奖之称的美国“泰勒环境科学成就奖”。前不久，他获得了2003年度国家最高科学技术奖。记者认识刘东生缘于几年前对他的一次采访，他畅谈了中国黄土研究问题。几年来，通过与他的交往以及与他的同行、朋友的接触，记者为他不凡的科学业绩，也为他仁爱、高尚的品格魅力和献身科学的执著情怀所感动。近日，记者就中国黄土研究等问题再次采访了刘东生先生。中国黄土在世界上面积最大、土层最厚，黄土研究是世界上研究地球环境变化的三大支柱之一记者：刘东生院士，中国的黄土研究立在国际地球科学的前沿，请您通俗地介绍一下这门学科的历史背景？刘东生：有这么几个方面：第一，中国的黄土得天独厚。在地球上特别是地球的中纬度，受西风带和季风的共同影响，在中国大陆上又有西部的亚洲内陆和东部沿海这样一个特殊的地形，导致在中国沉积了40多万平方公里、土层厚度最厚400米、一般为100米～200米的黄土，这一点在全球上是唯一的。国外的黄土比如美国的，很薄，一般二三十米，40米～50米就算厚的。我国黄土面积在世界上也是最大的。第二，中国的黄土，中外科学家研究得最早、最多。汉朝班固《汉书·地理志》就提到“天雨黄土”，用现在的科学名词叫“降尘”、“尘暴”。“雨土”在中国历史上记载很多，我们中国人古代就注意到了这个问题。近代科学开始以来，在19世纪外国人就对中国黄土进行了研究，第一个对中国黄土进行研究的是一个叫彭佩莱的美国人。在他的书中没有沿用外国人对黄土的叫法，就叫“黄土”，用的是汉语拼音。此后德国的李希霍芬、俄国的奥勃鲁契夫等人都对中国黄土给予注意。黄土地区是中华文明的发源地之一，在中国的大学、科研院所，黄土一直是研究的对象。特别是建国以来，由于黄土地区开展工程建设、水土保持工作等需求，需要对黄土有更深入的研究。第三，中国的黄土研究形成了一个广泛的集体，形成了老中青结合的研究梯队。如果说中国的黄土研究在世界上有过一些成绩，我个人认为，它既有研究对象得天独厚的因素，又是历史上许多人在研究、多学科研究的结果。记者：现在黄土研究的意义何在？刘东生：对于地球环境变化研究，目前世界上有三大支柱：一个是深海沉积。从20世纪50年代以来开展了大洋钻探，获取几千米水下的深海沉积包括其中的生物、利用其生物氧同位素曲线来认识地球环境变化。这是全球公认的研究古环境特别是古气候的一个标尺。第二个是冰心。南极、北极、青藏高原都有冰盖冰川。冰川岩心提供了几十万年以来古环境、古气候变化的信息。第三个就是黄土。黄土记录了季风变化的信息。一般认为，冰川扩大，冬季风盛行，这时就沉积黄土；如果气候温暖湿润，夏季风盛行，那么沉积物就以古土壤面貌出现。所以，在黄土地区，我们看到，一层黄土一层古土壤，一层黄土一层古土壤，交替出现，以这样的形式记录了古代气候变化、环境变化的信息。深海沉积、冰心、黄土都是地球历史的近代编年史。中国黄土是研究260万年以来全球气候变迁的可靠记录，是全球唯一完整的陆地记录。冰心的记录代表的冰雪环境，与人的环境是有距离的。黄土的记录代表的是人类生活的环境，与人类活动有密切关系。中国的黄土研究在国际上开辟了一个新的领域，如果不是我们国家国力强盛、科学得到重视的话，黄土研究恐怕很难走向世界问：您从事黄土基础理论研究50多年，见证了中国黄土研究发展壮大的历程。请问中国黄土研究取得了哪些标志性成果？答：我们中国黄土研究，从过去到现在，我把它分为三种类型。一种是发现研究即科学上的发现。从黄土来说，就是发现其地层、风成证据、成因等等。这属于新的事实的发现。早期的黄土研究多属于此类。第二种是比较研究。1982年，我在瑞士做黄土古地磁磁化率研究，做出来后，将磁化率曲线与深海沉积的氧同位素曲线对比，将中国的黄土记录与全世界的深海记录比较，这样，黄土研究从区域性研究扩展到全球性研究。这种研究即比较研究。最后一种研究是目的性研究。就从黄土的基础理论研究来说，首先，我们中国为世界提供了一个很完整的剖面；其次，中国的黄土研究从地质地层深入到气候、环境。从国际上讲，开辟了一个新的领域，比传统的、经典的地质学研究往前进了一步，这一点正是西方人想做而没有做到的。问：科学界的同行有这样一种评价，说刘东生是中国地质界为数不多几个能用全球的眼光研究黄土、研究地球的人，您怎么看这个评价？刘东生：从地质学发展史看，很长一段时间里，地质学是一门区域性学科，因为它本身就有区域性，中国的地质情况就是与美国与欧洲的不同。但是从板块构造学说问世以来，随着近些年整个社会、科学的进步，人们对地球的认识已从单一的地质学视野，进入到地球系统领域，如国际上开展的地圈--生物圈计划，就把地质学与生物学、大气科学结合起来。从研究方法上说，地质学过去以观察为主。从20世纪80年代起，我们了解到古地磁磁化率或同位素信号，一般是可代用的指标。古地磁在黄土土壤磁化率的高低，代表了气候的干冷或暖湿。这种用物理、化学方法测量的数据作为一种代用指标，替代了对地质现象、地质内容的描述。换句话说，中国的黄土研究从方法上、技术上有了较大的转变：从野外观察转向实验室工作，从定性描述转向定量研究。这样，与外国人的深海沉积就有了可以比较的依据，黄土研究才可以谈得上是全球性的科学问题。再一个，地质上得到的规律性认识一定要在全球能够解释。更重要的一点是：如果不是我们国家国力强盛、科学得到重视的话，我们的黄土研究恐怕也很难走出区域的圈子，走到世界上。我举一个例子。1961年，我和孙殿卿先生参加在波兰华沙举行的第六届国际第四纪大会。临行之前，李四光、杨钟健、侯德封都很关心这件事。杨先生对我在大会宣读论文曾叮嘱，你这个文章在讨论时千万注意，最好限于讲中国的，别涉及得太远。杨先生说的是事实，因为那时我们对外国人的研究进展不了解。我为啥讲这个细节？它说明，第一，在20世纪60年代，我们不了解世界；第二，我们当时几乎不是国际社会的一员。后来，形势变了，我们国家强大了。我们能够用全球的眼光研究问题，除了方法、技术等问题之外，与我国国力强盛有很大关系。中国上百万年人类的起源和动植物的变化，几千年的文明，其实都在黄土里。认识这些东西，还有许多工作要做……记者：您在中国黄土研究中，根据观察到的黄土层与古土壤层叠覆而成的事实，提出古气候“多旋回变化”学说，冲击了欧洲阿尔卑斯学派传统的四次冰期学说，是这样吗？“多旋回变化”这个概念怎么理解？刘东生：地质上分出一个第四纪来，除了别的特点外，就是有冰期，即地球变冷了。英国著名学者盖基有一本书叫《大冰期》。在20世纪初，那时讲是一次冰期。后来，人们通过研究阿尔卑斯山冰川了解到在第四纪发生过四次冰期。到20世纪50年代以后，深海钻探出现了，美国人埃米利埃尼第一个在加勒比海打钻，他应用氧同素方法证明第四纪有多次气候变化。以后我在1961年华沙第六届国际第四纪大会上也提出这一观点：在黄土研究中提出第四纪气候冷暖多次变化的观点。此后，深海上的工作越做越多，陆地上的工作也越做越多，定年的技术越来越准确，人们认识到在四次冰期以前还有多次冰期的证据。比如现在人们知道南极75万年中有8次冰期。过去，欧美的教科书说第四纪有4次冰期。现在大家不这么说了。古气候多旋回变化概念是比过去认识得更细了，而不是说过去的那些错了。记者：作为基础性研究的中国黄土研究在国际上取得了领先的位置，在应用方面、面向社会方面有些什么工作要做呢？刘东生：首先应该面向国内的经济建设、社会发展。对于黄土高原，对于黄土，从工程性质说它有其湿陷性特性；在农业上，黄土是一种重要的土壤类型，黄土地区虽然生产粮食不是最多，但也是中国主要的产粮区，如黄土地区山西、河南的小麦、玉米，再比如甘肃黄土高原地区的土豆。现在黄土地区的困难一是人口多，二是历史上生态欠债多，如水土流失，这与黄土本身性质有关，松散、易崩塌，工程上易造成不良地质现象。作为基础研究，我们要为黄土地区的工程建设、水土流失治理提供一些基本材料。其次，从认识自然规律角度看，黄土是代表全球陆相地层260万年来一个完整的记录，这一点我们刚刚认识。中国上百万年人类的起源和动植物的变化，几千年的文明，其实都在黄土里。认识这些东西，还有许多工作要做。从远景上看，中国黄土是独一无二的、大陆上保存最好的近代地质环境变化信息库，比深海岩心、冰心信息内容多得多。今后我们确实要努力，真正做到世界领先。一个国家科学的兴盛，除了要解决当前急需解决的问题外，除了培养大批的人才外，应该有创新的思想。科学上的领先，主要是科学思想、科学认识的领先。将先进的思想、认识武装给从事科学工作的人，使他们在今后工作实践中有一个准备。中国地质现象非常丰富，地质工作大有可为，科学工作者必须自己努力去开拓、创新记者：刘先生，您认为中国自然科学怎样在世界科学的殿堂上占有一席之地呢？刘东生：以中国的地质学来说。解放前，中国的地质学在世界上颇有地位，20世纪30年代可以说是中国地质学的黄金时代，出了一大批人才，像李四光、丁文江、翁文灏、章鸿钊，他们是我国真正的地质学奠基人，还有黄汲清、赵亚曾、程浴琪等。那时，从研究领域的先进来说，他们有的走在外国人前边，或者差不多。这些人才在当时的世界上是第一流的。为什么那时会有这么多一流人才？因为他们上面没有人压着他们，他们的创造性、自由度大。比如李先生的有孔虫研究，当时在世界上也是创新的，别人没做过。我的意思不是说具体的谁压谁了，而是要提倡创新，科学工作者必须自己努力去开拓、创新，这是其一；第二，客观环境也有利于他们努力创新。30年代那批人是中国第一代以科学为职业的地质学家。以前的中国没有职业科学家，要么是工匠，要不就做官。真正的地质学家是从翁文灏、李四光等人从西方学习回国后以地质为一生职业开始。这种工作确实需要营造一个有利于创新的环境。自己努力创新和营造有利于创新的环境，对科学发展非常重要。记者：说到地质工作，刘先生有什么要说的吗？刘东生：我一个希望，通过《中国国土资源报》向全国的地质工作者特别是长期在野外一线工作的同志表示敬意，他们很辛苦。另一方面，我们中国地质现象非常丰富，地质工作大有可为。第三十二届国际地质大会的口号是：“从地中海到全球的地质学的文艺复兴”，我们要满怀信心，迎接中国地质学的文艺复兴！记者：我听说您走过世界三极--南极、北极、青藏高原，是这样吗？刘东生：我参加过多次青藏高原科考，参加过攀登希夏邦马峰等登山活动，登山有时和我们的科考类似，这是一种没有观众的运动，但是还要争取胜利，拿到第一。实际上这是一种和自然界协调、共同生活的一种运动。野外的吸引力非常大，每一次都有新的内容，我愿意到大自然中去！新闻背景：  ●刘东生，中国科学院院士，著名第四纪和环境地质学家，主要研究领域为第四纪与环境地质学。国内外发表论文400多篇，被SCI收录140篇，主要著作有：《黄土与环境》、《黄河中游黄土》、《中国的黄土堆积》等。●在黄土研究领域，他提出了具有重要突破意义的“新风成说”；奠基了黄土—古土壤序列古气候多旋回变化学说，成为全球环境变化研究中一个重大转折。