珠穆朗玛：科学的制高点

编者按：珠穆朗玛高耸在那里，它是我们这颗星球的标

　　志之一，多少年来，吸引着人类无数的目光。2005年5月，中国的科学家们再一次登上珠峰，完成了一系列的科考活动。

　　本期的“百科聚焦”我们邀请有关专家撰写了珠峰科考的文章。但遗憾的是,直到发稿为止，关于珠峰海拔高度的最新精确数字，有关部门仍未公布。我们只好以文章先飨读者，再追补有关的数字了。

　　

　　屹立于喜马拉雅山脉中段的世界最高峰——珠穆朗玛峰，因其独特的自然地理条件、复杂的地质构造和举世无双的高度，有着极为重要的科学意义。自1959年我国已先后对珠峰地区进行了3次较为系统的多学科综合考察和多次的单项考察。然而，在近20年来全球增温背景下，珠峰地区的环境变化仍是目前亟需研究的课题之一。所以今年开展的对珠峰高度的测量以及对珠峰地区大气物理、大气化学成分、冰川变化、生物多样性、生态与环境变化及地质等方面的观测研究，将是对以往历次考察资料和成果的补充和升华，有助于认识该地区大气环境的基本特征以及在全球气候变化中的作用；评估全球升温对冰川变化的影响以及未来冰川变化的趋势；研究全球变化条件下该地区30年来生态与环境变化过程以及生物多样性特征；解释生态与环境对气候变化产生的响应；了解珠峰高度变化的过程，进而综合评估珠峰地区对全球变化的响应。

　　更为重要的是，珠峰科考将以点带面，全面提升对整个青藏高原的科学研究水平。青藏高原被称为除北极、南极之外的地球“第三极”，面积达250万平方千米，平均海拔近5000米，是全球海拔最高也极其独特的一个地域单元。其隆升是印度和欧亚板块在大约5000万年前碰撞的结果，并且伴随着地壳的增厚和缩短，平均厚度是正常地壳厚度的两倍，最大厚度达80千米，缩短量在1500千米～2500千米。上述这些地质作用目前仍在进行，并且伴随着频繁的地震和岩浆活动。此外，青藏高原的隆起对亚洲乃至全球的气候变化造成很大的影响：改变了行星风系，引发了季风，大气降水发生了重组，使得亚洲的中央地域变干，而东部地域变得温暖湿润，否则我国的华中地区应与非洲的撒哈拉沙漠一样干燥。从某种角度来看，整个亚洲的气候、环境和生态与青藏高原的演化息息相关，因此，青藏高原形成演化研究具有极大的科学意义。

　　

　　北半球大气环境最佳监测点

　　

　　珠峰地区正是青藏高原特殊大气过程集中表现的典型区域。喜马拉雅山区的高海拔导致该地区与自由对流层大气最为接近，使得该地区成为地面大气与自由大气间物质能量交换的理想区域，同时也是监测北半球大气环境的最佳地点。平均海拔6000～7000米的山体通过山谷风等多种大气环流系统将青藏高原地面的大气与其上空的自由大气相联系，对污染物质的交换有重要的作用。因此，研究珠峰地区的局地环流系统对正确认识喜马拉雅山体在污染物分布、交换、迁移中的作用有非常重要的理论意义。

　　温室气体的增加已成为导致全球气候变暖的主要原因。对大气中各种温室气体的连续监测已持续了近20年，但长期以来全球取样网站注重于海气交换界面，而陆地系统一直被忽视。喜马拉雅山复杂的地形和强烈的太阳辐射形成了该地区独特的大气环流系统以及气候和环境特征。由于大气环流的作用，该地区的温室气体及大气气溶胶含量也在不断地发生变化。此外，这一特殊的地理单元对于全球碳循环的贡献及响应如何，目前我们知之甚少，这也正是全球相关领域科学家关注的焦点。

　　近年来，大气中碳黑气溶胶备受关注，主要是由于其具有重要的气候、环境及生理学负面效应。碳黑是大气颗粒物中吸收太阳辐射的主要成分，因此具有重要的直接辐射效应。近地层大气碳黑气溶胶可以将直接吸收到的太阳辐射能量，通过加热周围的空气而转化为空气分子的内能，增加地－气系统对太阳辐射能量的吸收，从而对大气起增温作用。由于碳黑气溶胶与硫酸盐气溶胶的排放具有同源性，而且在大气中以混合方式存在，通常在气溶胶的辐射强迫作用研究中同时考虑这两种气溶胶。碳黑气溶胶与硫酸盐气溶胶有外部混合和内部混合两种方式：当以外部混合方式存在时，两者的辐射强迫作用相反，并相互抵消；如以内部混合方式存在，两者物理化学形态相互影响，光学性质变得更为复杂，并使得碳黑气溶胶的光学吸收作用得到加强，从而在更大程度上削弱硫酸盐气溶胶的负辐射强迫作用。青藏高原发育有大量的冰川，又位于人类活动的地理中心，那么，对冰芯及表层雪样中碳黑提取分析及大气的同步观测，对碳黑与气候变化的关系研究无疑具有积极的作用。

　　上世纪90年代，意大利科学家在珠峰南坡启动“金字塔”(Pyramid)计划，已经进行了近10年的大气和环境过程监测研究。由于珠峰南北坡存在巨大的地理和环境特征差异，在珠峰北坡进行大气和环境过程观测可以与“金字塔”计划进行对比研究，从而进一步认识珠峰地区在全球变化中的作用。因此，在珠峰地区进行大气与地表过程及温室气体和大气气溶胶含量综合观测研究，对于全面准确的认识青藏高原在全球变化中的作用及其对全球变化的响应具有重要科学意义，同时也可以促进人们正确认识该地区的气候和天气灾害，提高气候和天气预报水平，为区域可持续发展做出贡献。

　　

　　大陆动力学研究天然实验室

　　

　　近10年来，地球科学对各圈层相互作用的研究迅速增加，并特别注重构造－气候和地球表面过程之间相互作用的动力学过程。一方面是由于人们对全球变化的知识的渴求；另一方面是由于技术和理论的进步。目前，在构造－表面过程-气候的耦合（耦合是指两个或两个以上主体之间相互作用，相互演变及其最后发展的结果）方面的研究不断涌现成功实例，比如南美洲干湿变化－太平洋板块的俯冲速率－南美高原的隆升－弧前盆地沉积速率变化的相互关系；我国东喜马拉雅构造结剥蚀速率与地壳熔融及高压变质作用的耦合等。但是总体说来，该领域的研究在国际上也刚刚起步，关于构造－表面过程－气候三者反馈的机制，相互作用程度，相互作用的门槛，响应时间等一系列最基本的理论问题还无法回答。

　　以珠峰为代表的特高海拔地区是全球构造作用最活跃的现代造山带，这里每年的抬升速度约为10毫米；其南坡为恒河水系和前陆沉积盆地，同时珠峰地区也是冬夏季风作用的场所，快速的岩石圈抬升，较强的降雨和恒河水系的巨大剥蚀造就了世界上最大的孟加拉湾海底沉积扇。因而，以珠峰为代表的高喜马拉雅地区是研究构造－气候反馈作用最理想的地区之一，充分利用珠峰地区的优势，抓住构造－气候反馈研究在国际上刚刚开展的契机，将使我国在未来各圈层相互作用研究方面占领制高点。

　　

　　全球升温背景下的冰川变迁

　　

　　冰川资源作为一种动态资源, 是随着气候变化而不断变化的，表现为冰川厚度的增减，末端的前进和后退，面积的扩大和缩小。冰川的变化主要取决于冰川物质平衡值的变动。目前在东绒布冰川上已开展了物质平衡的观测。本次考察对珠峰地区绒布冰川及其各支流冰川基本物理特征展开进一步的系统观测，如冰川物质平衡、冰体厚度、运动速度和冰川温度等；对冰川进退变化观测，如通过航空摄影、GPS定位和雷达测厚等技术手段，并与前期相关资料进行对比，获得冰川形态、规模和储量等的变化；最后建立气候变化与冰川波动之间的耦合关系并评估未来冰川资源的变化趋势。

　　20世纪以来, 随着气候变暖, 全球范围内的冰川开始退缩。而90年代以来, 冰川退缩强于20世纪的任何一个时期，而且冰川的退缩幅度急剧增加。强烈的冰川退缩导致了由冰川融水补给河流径流量大增。适时正确评估冰川变化及其原因, 揭示冰川变化对冰川水资源及其河流径流量的影响将具有重要科学和现实意义。

珠峰地区冰川也同时由于全球变暖而出现重大变化。1959～1960年的考察结果认为，绒布冰川处于退缩状态。1966～1968年考察中对比此前所测地形图发现，中绒布冰川末端处于稳定状态，只是冰塔区不断上移，其平均速度为6米/年，而东绒布冰川冰塔林下限在1959～1966年平均每年上移78米。实际上该冰川接近末端的一段区域为表碛覆盖区，表碛的不断增厚抑制了下伏冰的消融，特别是末端处表碛厚度可达数米，表碛之下的冰得到很好的保护。上游冰体则因消融增大而持续减薄，最后冰碛覆盖区与上游断开成为死冰。因此，这是气候持续变暖、冰川不断退缩的反映，并非冰川真的处于稳定状态。

　　1997年中美联合考察队在珠峰绒布冰川考察期间采用GPS 技术对冰川末端位置进行了测量，同1966～1968 年考察时的地形测绘结果对比，得出绒布冰川末端30年来的变化趋势：中绒布冰川冰塔林下限退缩270米，东绒布冰川退缩170米，远东绒布冰川退缩230米，年平均退缩量分别为8.7米，5.5米和7.4米。

　　珠峰和希夏邦玛峰地区的冰芯记录已揭示了近2000年来气候环境变化和南亚季风的演化规律。该地区冰芯记录与太阳活动、大气环流等关系密切。同时冰芯积累量反映出20世纪60年代以来该地区降水的迅速减少。即使在这些高海拔地区，雪冰化学的研究也检测到人类活动对大气环境的污染。因此，在珠峰地区展开进一步的雪冰现代过程研究，将是通过该地区冰芯记录准确重建气候环境变化的基础。

　　另一方面，冰川融水补给河流的水文观测也可以评估冰川消融强弱的变化。本次考察中，在珠峰大本营设立水文自动观测站，监测绒布河水文特征，并同前期的观测资料进行对比分析，研究全球变暖情景下冰川融水补给河流的变化规律及其未来的变化趋势。同时监测冰川消融区冰面径流场的消融深度，蒸发、辐射平衡及不同冰碛物的消融效应，调查冰内冰下排水系统，定量了解水分在各种时间尺度（时，日，季节）的过程，以确定冰川融水对河流的贡献以及生态水文效应，这将是珠峰乃至于喜玛拉雅山北坡冰雪水循环的第一步，此前无人涉及。

　　

　　独一无二的环境本底

　　

　　珠峰地区人类活动稀少，是全球研究环境本底的关键地区之一。珠峰地区环境本底不仅具有南北极同等重要的科学价值，而在环境本底垂直分异特点为南北极所没有，是全球独一无二的。鉴于环境本底值研究与人类及生物的生存息息相关，该领域越来越被人们所重视。

　　1975年珠峰综合考察取得了大量的基础研究数据，得出了初步的研究成果，表明珠峰地区土壤重金属含量较低，不超过土壤中重金属自然本底含量。虽然由于地带性引起一定的差异，但土壤本身剖面变化却显示了本底状况；人类活动促进了土壤的形成和发展，但未造成土壤重金属的污染。对人发、青稞等生物的本底值测定表明：珠峰地区人发中的铅、镉、汞的含量均为正常状态。1975年的考察，为研究珠峰地区的生态与环境变化提供了不可替代的重要参考和对比资料。30年来，珠峰地区土壤与生物环境背景值是否发生改变、改变程度与动因、趋势如何等问题急待回答。

　　独特的自然条件造就了珠峰地区较为完整的垂直自然带。在珠峰地区，地质、地貌等非地带性因素的作用远比地带性因素要强烈得多。在这种特殊的过程与环境条件中，生物可能以基因的特殊变异和生理生态的某些性质的改变与之相适应，形成了适于各自然带中的特殊生命特征与现象。

　　研究表明珠峰地区的生物区系、植被类型等均表现出南、北翼的显著差异，南北两翼的生物区系分属于不同的起源区。如在植物区系方面，几乎南翼的全部科属都能在云南至长江流域一带找到，并有许多相同的种，在海拔较低的地方，更具有印度、马来西亚植物区系的特征。北翼则显示出与中亚植物区系成分的相似性。在动物区系方面，大体在南翼针叶林以下山地，其区系特征与长江以南地区基本一致，北翼则属于全北区，区系成分也与中亚一带相似。由于山区复杂的自然条件，两大起源区在南、北两翼交界地段有显著的相互渗透现象。以往的考察与研究从宏观上勾画出该地区的植被与区系构成与特征，对生物多样性本底研究奠定了基础，但在生物多样性变化研究及其变化原因等方面鲜有报道，尤其是珠峰北坡植被上限和典型自然带的生态幅是多少、气候变化如何影响该地区植被格局等仍然是未解之谜。

　　对1981～2001年植被指数（NDVI值）的变化趋势分析表明：珠峰东坡、东南坡和西南坡的植被NDVI值呈明显减少的趋势，而珠峰北坡NDVI值也存在一定程度变化。这是否预示着南坡植被在一定程度上也在逐步恶化？由地表植被退化程度是否可以推论出珠峰地区环境状况趋于恶化？该区域生态与环境变化特征与动因等有待此次考察研究后进一步证实。

　　【责任编辑】庞云