跻身世界前列的中国第四纪研究_回顾与展望

第 四 纪 研 究QUATERNARY SCIENCESVol.23,No.2March,2003

跻身世界前列的中国第四纪研究

)))回顾与展望刘嘉麒 韩家

(中国科学院地质与地球物理研究所,北京 100029)

编者按 在中国地质学会80周年之际,中国地质学会组织科学家对各分支学科的80年撰写文章,回顾过去,展望未来。中国第四纪研究委员会的刘嘉麒和韩家

应邀完成了本文,刊

登在5中国地质学会80周年纪念文集6中。本刊主编刘东生先生读完本文后认为文章写得很好,虽然不是全面总结,但颇有新意,建议本刊予以转载,以享读者。根据刊物的需要,作者对原文做了必要的修改。

1 引言

作为地球发展历史最新一章的第四纪,与45亿年的整个地球历史相比,仅仅是暂短的一瞬,然而就在这最近200多万年里,全球环境发生了巨大变化,其突出特点是气候大幅度的变迁,现代环境格局的最后形成,人类出现。这个时期的地球承前启后,既展现出45亿年来演变的最新状态,也预示着未来的发展趋势。第四纪科学承袭了地球科学的许多传统学科,又同现代科学的许多研究领域紧密相连,从各圈层相互作用到全球变化,从地学、生物学、天文学等自然科学到人类学和社会可持续发展,当今人类社会面临的资源、环境、灾害等许多问题无不与第四纪科学相关。

中国有丰富的第四纪资源和自然景观,又是人类文明发祥地之一,为第四纪科学研究奠定了基础。中国地质学会也十分重视第四纪的研究,学会会徽中的土其实就代表第四纪。中国第四纪科学界集聚着一批杰出的老、中、青科学家,他们活跃在国内外的科学舞台上;在刚刚过去的20世纪,特别是后期,中国的第四纪科学研究有了长足发展,取得了丰硕成果,跻身于世界先进行列,为社会做出了贡献,为国家赢得了荣誉。在这里,作者试图对中国第四纪科学发展做个简要的回顾,抛砖引玉,以展望和推进中国第四纪科学研究的发展。

2 竞争激烈,成绩可喜

前,中国从事地质工作的仅有200人左右,其中搞第四纪研究的人数自然更少,但却是很有成就的领域。周口店遗址的发掘和北京猿人头盖骨的发现是震惊世界的重要

第一作者简介:刘嘉麒 男 60岁 研究员 第四纪地质学与环境学专业 E-mail:liujq@igcas.igcas.ac.cn2003-01-13收稿

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事件;第四纪古脊椎动物化石的发现和研究,中国第四纪冰川及土状堆积的研究也是十分有特色的。当然,中国第四纪研究的重大进展还是在新中国成立后,随着国民经济的恢复和发展,国家对地质工作有着强烈的需求,中国的第四纪研究也在这种大背景下,人才辈出,成绩喜人。特别是对一些关键问题的争论,推动我国的第四纪研究,获得了举世瞩目的成果。

2.1 冰川之争,激发了中国第四纪科学家的研究热情

第四纪气候和环境变化的研究是以冰川作用为起点的,经典的第四纪冰川和冰期理论在很长的时间内统治了国际第四纪学术界,自然也成为中国第四纪研究的热点。中国第四纪冰川和冰期,特别是东部的冰川和冰期问题,几十年来一直是中国第四纪学术界争论的热点问题。正是由于这种长期的争论大大激发了中国第四纪科学家的研究热情,争论使各个方面必须不断有新的发现,大量野外工作积累了更为丰富的实际资料;同时,为了印证自己的研究,便又引进了很多新的研究方法,在室内实验研究方面也有了长足的进展。所有这一切,在客观上助推了整个中国第四纪研究工作。不过,由于冰川作用随气候变化表现为进退往复的过程,早期的冰川沉积物常常会受到后期冰川作用的破坏和改造,导致冰川沉积记录在连续和完整性方面显出明显不足,随着第四纪研究日益崇尚高分辨率的趋势,到20世纪后期,冰川过程和冰川作用的重要性日益被其它的沉积作用所替代。但关于中国第四纪冰川作用和冰期的激烈论争,促使各方进一步的理论思考,以及野外和室内的深入探究,无疑带动了冰川和第四纪其它方面的研究。尽管争论并没有结束,各方也意犹未尽,不过正如一位著名第四纪地质学家所说,能够提出一个科学问题,引起大家争论几十年,这本身就很好地说明了所提出问题的重要性和巨大的科学意义。2.2 人类起源的发祥地最终将导致重大突破

周口店北京猿人的发现,使中国很早就成为人类起源和演化研究的一个重要基地。但较之东非的重大发现以及其后的巨大投入,我国未能加大投入开展大规模的发掘,加之以往过多地偏重于体态变化的研究而或多或少忽视了环境演化对人类发展的影响,使得我国这方面研究难以取得新的重大突破。国际学术界对人类起源问题研究,更多地倾向于认为非洲是人类起源的唯一中心。现代人类学研究已注意到萨瓦纳化对人类演化的重要作用,这体现了环境变化对人类发展演化的重大影响。植物界发生在新生代的重要事件是被子植物的大发展,以及植物光合作用方式的巨大变革,即由过去C3光合作用的一统天下,进而出现C4光合作用方式,并在一定时间内在世界的一些生态系统中占据主导地位,萨瓦纳地区就是90%以上的植物种属为C4植物的生态区。一般认为,光合作用的变革是从中生代到新生代大气CO2浓度的减少所引发的。而被子植物的大发展,在生物圈中固定了大量的CO2,以及青藏高原的抬升所引发的侵蚀作用消耗大量的CO2可能是造成大气CO2含量减少的重要原因。联系到新生代时期各圈层的变化以及它们之间的相互作用,在人类学的研究上是否应该关注这种变化,注意出现过萨瓦纳环境的地区,从东非的突破得到启示呢?我国人类学方面的研究具有很好的传统,也有优秀的研究队伍,最近在安徽的重要发现,就是人类学研究中的一个重要成果,相信继续努力,我国人类学研2期 刘嘉麒等:跻身世界前列的中国第四纪研究227

究会取得更多的突破。

2.3 青藏高原,充满魅力的地质宝库

青藏高原的出现是新生代地质环境变化的最重要事件。犹如太阳辐射和撞击事件两种主要的外力作用,岩石圈板块的几何形态和运动特征是影响地球环境的主要内力之一。共存了几亿年的泛和超级海洋在约180Ma时的侏罗纪同时分解,逐渐成为今天的各大板块的格局。新生代发生的印度板块与欧亚板块的碰撞,造成世界最大的青藏高原的形成及古特提斯海的消失,使的分布重新调整,同时巴拿马地峡的关闭、南美和南极之间德雷克海峡以及大洋洲和南极洲之间南大洋通道的开启,使得全球海陆的分布和大洋环流系统发生了重大调整,整个改变了全球大气环流的形势,加上前面所述的与之相应的生物界的演化,使得第四纪时期气候的极度不稳定代替了数千万年来缓慢、不规则的变冷过程而成为地区环境变化的主旋律。应该说,青藏高原的形成以及它的巨大影响是第四纪环境演化的一个重要因素。我国从20世纪60年始便开展了对青藏高原大规模的综合考察,对那里的地形、气象、生物和环境的现状有了初步的了解。在地质方面对板块运动的运动学和动力学有了初步认识。随着我国的改革开放,很多国外的科学家与我国科学家一道,开展了深入的研究,对青藏高原的形成和演化历史,青藏高原抬升的时间和幅度以及高原抬升的环境效应等问题有了新的看法。尽管我们目前还不能对有些问题得出清晰的答案,甚至存在很大的争论,但是青藏高原的研究仍然是应该记入我国第四纪研究发展史册的重要方面。2.4 黄土研究,化灾难为神奇

谈到黄土高原人们往往把它与贫穷落后乃至灾难联系在一起,但中国的第四纪科学工作者,在解读黄土的地质记录时,却获取了世人震惊的成果,使中国的黄土-古土壤序列与深海沉积记录和冰芯记录一起成为第四纪环境演化的重要信息源。20世纪50年代在黄土剖面中辨认出古土壤是一个重要里程碑,因为古土壤层形成所代表的环境与黄土层形成所代表的环境有着明显的差异,进一步研究发现黄土剖面记录的黄土与古土壤多次叠复,反映了古气候变化多旋回的特征,从而在陆相沉积物中找到了古气候环境变化的连续记录,它与几乎同时代的对加勒比海以及大洋沉积研究所获得的第四纪气候变化的多旋回变化模式一道冲破了统治国际第四纪研究,禁锢人们的思想近一个世纪的经典第四纪4次冰期理论的桎梏,这无疑是对第四纪古环境研究的巨大贡献。本来中国的这一重要成果应该更早为世界所公认,但是由于众所周知的原因,这一突破直到80年代中国向世界打开她的大门以后,才为世人所了解。其后大批国外科学家通过各种渠道涌入中国,对中国黄土开展了大规模的合作研究,应该说这些合作研究也取得了不少成果,但就其理论框架并没有超过中国科学家先前的建树,这个由中国科学家领导世界的潮流而不是跟在外国人后面摇旗鼓噪的研究成果,应被认为是在中国地学研究史上为数不多的壮举。

除了上面提到的几个方面以外,中国在边缘海、湖沼、冰芯、岩溶、活动构造的研究以及高新技术的应用和开发等方面也取得了很多重要的成果,限于篇幅就不一一介绍了。228第 四 纪 研 究 2003年

3 健全组织,壮大队伍

任何研究工作的开展并取得重要的成果,都离不开杰出的带头科学家和基础深厚的研究队伍。前面提到的我国在国际上有一定影响的领域,毫无例外都有国际著名的科学家作为带头人,他们当中有老一辈的科学家,也不乏以后培养的中青年人才。所以说,中国第四纪研究得以迅速发展的基础之一,是大量人才的培养。后在大学和研究单位创建了许多与第四纪有关的系和专业、设立了与第四纪有关的研究所和研究室,特别是近年来设立的国家和部委级的开放实验室为拓宽研究领域,壮大研究队伍,培养高级人才做出了重要贡献。

第四纪研究是跨学科的综合研究,为协调各方面的研究力量,1957年月1月15日成立了中国第四纪研究委员会,地质系统、教育系统和中国科学院等部门的著名科学家都在中国第四纪研究委员会担任过领导职务。第四纪研究委员会为协调各方面的力量,促进中国第四纪科学研究的发展发挥了重要作用。中国第四纪研究委员会根据学科发展的需要现有全新世、珊瑚礁、年代学(原C研究组)、海岸线、黄土、地层、热带亚热带环境(原氨基酸)、新构造、环境考古、应用第四纪、教育与科普、高分辨率古气候、干旱区环境以及现代环境与过程等14个专业委员会。与此同时,中国地质学会的冰川与第四纪地质专业委员会也在组织和协调第四纪研究方面发挥了积极作用。

科学的发展也离不开科学成果的交流,早在中国第四纪研究委员会成立以前,便组织过若干重要的专题学术会。中国第四纪研究委员会成立以后更以组织全国性的大型学术活动为己任,从1957年起已举办8次全国性学术会议,各专业委员会丰富多彩的学术活动更提供了充分的交流机会。中国地质学会的冰川与第四纪地质专业委员会也组织过很多全国性的和专题学术活动。除了学术研讨外,学术刊物也是重要的交流渠道。1958年不定期的5中国第四纪研究6创刊,随着学术交流日益增长的需要,19年更名5第四纪研究6,改为季刊,2000年又改为双月刊。5第四纪研究6逐渐成为重要的学术期刊,在国内科技期刊中,该刊的影响因子从1996年起一直名列前茅,2000年以后成为影响因子超过1的为数不多的地学期刊,被国家出版总署选定为双百期刊。国内还有不少刊物专门刊登第四纪研究成果,登载第四纪论文的地学期刊就更多,所有这些刊物的共同努力,促成了第四纪研究成果的交流和百家争鸣的局面。

为鼓励年轻第四纪学者多出优秀成果,中国第四纪研究委员会成立了基金部,设立第四纪科学青年奖,奖励第四纪领域有突出成就的青年科学家。从1997年到2001年经过3次评选,先后有11位年轻学者获第四纪青年科学家奖,促使一批杰出的年轻人才迅速成长。

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4 打开国门,走向世界

科学的发展已经打破了国家的界线,国际学术交流是推动科学研究的重要途径,建国初期,除了与前苏联有较多的交往,中国的科学研究较长时间游离于国际大家庭之外。1961年,孙殿卿、刘东生代表中国出席了在波兰华沙召开的第6届国际第四纪研究联合会(INQUA)大会,这是中国首次派代表出席INQUA大会,是中国第四纪科学界一次重要的2期 刘嘉麒等:跻身世界前列的中国第四纪研究229

国际交流,他们在会上分别做了有关中国冰川和黄土研究的学术报告,受到国外科学家的好评。19年的北京科学讨论会,介绍希夏邦马地区的综合考察成果,也是向国外学术界展示中国第四纪成果的一次机会。

随着中国打开国门,1979年在第3届全国第四纪学术大会期间,首次邀请了当时的INQUA新西兰的J.M.Soons教授和秘书长比利时的RolandPaepe教授访华,打通了中国与国际第四纪学术机构联系的通道;1982年,中国正式组团,由刘东生任团长,丁国瑜任副团长出席了在莫斯科召开的第11届INQUA大会,不少科学家在会上系统介绍了我国第四纪研究各个领域的成果,让国外对我国的第四纪研究有了较为全面的认识。会上,中国第四纪研究委员会代表中国被正式接纳为INQUA的团体会员,刘东生被选为INQUA的副。

1987年,在加拿大渥太华举行的第12届INQUA大会上,除了继续与各国科学家展开学术交流之外,经过激烈竞争,中国获得第13届INQUA大会的举办权。

1991年,中国成功地举办了第13届INQUA大会,刘东生当选为INQUA。1995年,/中国风0席卷柏林第14届INQUA大会,我国科学家刘东生做了唯一一个大会学术报告,一批中国青年学者在会上崭露头角,受到与会各国科学家的重视和称赞。

1999年,在南非德班召开的第15届INQUA大会上,已故我国青年科学家王律江做了大会报告,表明我国青年第四纪科学家的茁壮成长。安芷生被选为INQUA的副。从1982年至今,中国科学家在INQUA执委会中一直占踞一个席位。同时还有一些科学家在INQUA的专业委员会中担任主要领导职务,表明我国第四纪研究在国际大家庭中占据了一定的地位。截止1999年的第15届INQUA大会,先后有裴文中、刘东生、孙殿卿、任美锷、李连捷、林观得、施雅风、张宗祜、贾兰波和曾昭璇等10名中国科学家被选为INQUA的荣誉会员。

2002年,刘东生获得美国泰勒环境成就奖,这是中国学者在国际上获得的最高环境科学奖。

5 第四纪研究方兴未艾

第四纪科学是地球科学中最活跃的研究领域之一。中国第四纪研究得天独厚,从高山到平原,从沙漠到海洋,从冰川到火山,既有全球独一无二的青藏高原、黄土高原,也有独具特色的气候环境;长久的文明,在自然演化的背景上叠加了人类活动深刻而广泛的印记。早年的第四纪科学,侧重于基础研究,如沉积物成因类型、地层、古生物、古人类、新构造、冰川作用等;近年来则普遍转向气候环境与全球变化研究。高分辨率的研究以黄土为先导,逐渐扩大到冰芯、海洋沉积、石笋、珊瑚、湖相沉积等各种研究对象。研究区域从北方到南方,从陆地到海洋,研究手段不断更新,研究水平不断提高。连接两极跨越赤道的环境大断面研究计划中亚澳大断面研究(PIP-II)的实施,国际大洋钻探计划(ODP)184航次在中国南海钻探的成功,国际地质对比计划(IGCP)岩溶地区碳循环研究的开展,青藏高原古里雅等冰芯和极地研究等等,使中国的全球变化研究与国际步伐基本一致。粒度、色调、灰度、干密度、磁化率、孢粉、硅酸体、硅藻、碳氧同位素等古气候古环境的替代性指标得到广泛应用,石笋、珊瑚、玛珥湖沉积物等各种高分辨率古气候古环境记录大量的230第 四 纪 研 究 2003年

积累,历史文献气候记录的整编,为定量恢复和重建古气候环境,探讨气候环境演变规律积累了丰富的资料,开拓了气候环境与全球变化研究的新方法,季风演化、青藏高原隆升及其对周围气候环境影响的深入研究,显示了中国第四纪研究的特色。青藏高原大冰盖、庐山冰川的大讨论,活跃了学术气氛,考古界的诸多重要发现,推动了中华文明发展的研究,也给人类活动对气候环境的影响提供了新的思路。所有这些都是中国学者从中国特色出发,对国际第四纪研究的重要贡献。与此同时,广大第四纪科学工作者紧密联系国民经济建设和人类社会发展的需求,为开发资源能源,保护生态环境,防治自然灾害,开发大西北,也做出了重要贡献。

中国第四纪研究在20世纪后期取得了突飞猛进的发展,做出了一些受到国际同行瞩目的工作。那么,在新的世纪里又该如何继续前进呢?首先,要瞄准第四纪科学的发展方向和前沿领域。相比之下,过去我们跟踪国外的工作比较多,原始创新、领导国际潮流的工作比较少;陆地工作比较多,海洋工作比较少;点上工作比较多,综合性、全球性工作比较少;实际资料积累比较多,理论建树比较少;基础研究比较多,应用研究比较少。造成这种局面的主要原因可能与我国的第四纪研究机构点多面广,结构不够合理有关。其次,要找准科学问题和能够解决相应科学问题的研究对象,才能有所突破有所创新。譬如说,第四纪时期气候环境变化具有全球的普遍性,但是对某一个地区来说,一定有它特殊的区域特点,问题是如何区别全球性与区域性的特点?在某地发现某种事件(如新仙女木)时,是否有必要在其它地点一蜂窝地去寻找类似的事件?各地事件究竟是同步还是不同步,是否存在时间差?可以肯定地说,全球变化的趋势是类似的,但实际发生是存在时间(相位)差的,问题是第四纪事件的精确定年困扰了我们。因此,第三,引进高新技术,建立高水平高效率实验室,特别是年代学实验室,是促进第四纪科学发展的一个重要环节。第四,研究过去是为了有助于认识现在和预见未来,现代气候环境变化究竟是在变热还是变冷,变湿润还是变干燥?人类活动肯定对环境演变产生影响,其程度又如何?自然过程对人类活动影响的反作用又是怎么样的?,,很多基本的问题需要我们给出科学的回答。科学的最终目的是造福于人类,我们在进行基础研究的同时,也要注重用第四纪科学知识解决国家经济建设中的重大问题。

中国地域辽阔,环境复杂,具备从事第四纪科学研究的诸多有利条件,中国学者应该抓住当前世界科学技术突飞猛进的大好时机,努力奋斗,把中国的第四纪研究推向更高的水平。