两度被Nature关注的陈建生教授和他的大漠冰山
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  • 陈建生的沙漠情缘——探寻沙漠地下河的踪迹
    (陈建生,男,1955年11月出生,汉族,江苏泗阳人,1982年7月本科毕业于南京大学物理系,现任河海大学地球科学与工程学院教授、同位素水文研究所所长,长期从事同位素水文及渗流理论科学及应用研究。
    2004年11月在英国NATURE正刊上以第一作者身份发表了“地下水维系沙丘景观”的论文,指出沙丘的稳定依靠的是地下水,高大沙山的成因不但与风的作用有关,而且还与水有关,巴丹吉林与腾格里沙漠的形成与地下水关系密切,沙漠消耗掉了大量的地下水资源,此文引起了沙漠学者的高度重视。
    2009年在著名的地学期刊Geology,以第一作者身份发表了“沿着丝绸之路的上升泉”,被Nature Geoscience在Research Highlights专栏重点评价,是陈建生领导的研究团队的第二次受到Nature的关注。)




    沙漠,是一个给人诱惑的地方。平静时,浪浪的沙丘连绵不断,像少女的肌肤光滑起伏。沙漠,也是令人畏惧的地方,风起时漫天沙尘,黄色的沙雾遮天闭日。每年的沙尘暴横扫半个中国。由于地面的河流干涸,地下水位下降,造成防风固沙树木植被因缺水大面积死亡,失去保护后的土地沙漠化现象日益加剧。为了研究沙漠的起因和探索治理沙漠化的途径,世界上许多科学工作者投身到这一研究领域。河海大学同位素研究所所长陈建生就是其中一员。

    从2001年起,陈建生教授与汪集旸院士合作担当起对我国西部地区地下水资源调查的课题,应用同位素水文学对我国西部地区特有的沙漠进行研究。自此他亲自带队深入巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、祁连山脉。踏戈壁,钻沙窝;冒严寒,战沙暴;采水样,集标本。倾心考察,精心研究,取得了一项又一项科研成果,也和沙漠结下了深深的情缘。
    同位素是指原子核内质子数相同、中子数不同的那些原子,这些同位素在地球的大气层、海水、湖水、河水、地下水都存在,称为天然同位素。同是地下水,大气层中降雨落地后形成的地下水和高山雪水融化形成的地下水,它们某些同位素的含量有微小的差别。因此,水中的稀有同位素成分可视为水的“DNA”。陈建生正是用掌握的水的“DNA”检测技术,揭示沙漠地下水的来源、蒸发、水量,以及地下水与沙漠形成的机理。 巴丹吉林沙漠是我国第三、世界第四大沙漠。位于内蒙古阿拉善右旗北部,沙漠总面积达4.7万平方公里,海拔高度在1200-1700米之间,沙山相对高度接近500米,为世界之最,也是世界上惟一高大沙山群密集的沙漠,被称为“沙漠珠穆朗玛峰”。巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠中存在着数百个被当地人称为海子的湖泊,在年降雨量小于40毫米的极干旱和蒸发量高于4000毫米的沙漠中,为什么会形成众多的湖泊?这始终是科学上的不解之谜,也成了陈建生研究探寻沙漠湖泊水来源的重要窗口,是他深入沙漠进行科学考察的主要目标。 在沙漠里进行科学考察是一件非常艰苦和危险的事,恶劣的自然环境和变幻莫测的天气,使科学考察经历了一次又一次的考验。
    2004年一月,为了在冰封时节取到祁连山上的冰样,近五十岁的陈建生冒着零下20多度的严寒,带着科考队员向祁连山上进发。汽车在一个叫野牛沟的地方出故障,车子的机油箱裂了口,机油漏光了。在人烟稀少的地方抛锚,是件极其危险的事,不说被饿死,就是零下20多度也会冻死。陈建生觉得不能等,留下司机,一路向前走。正是天不该绝,一辆长途班车开了过来,把他带到有人居住的地方。陈建生请一家有车的主人帮忙拉车,正值大年初六,节日气氛尚浓,无人会在冰冻三尺的天气往野外跑,但主人被一个大学教授冰天雪地大过年的来祁连山科学考察的精神所感动,同意出来拉车。一路上兄弟俩配合默契,平安地把故障车拉到小镇上。
    2004年五月,陈建生带领有两名博士参加的共4名队员的科考队,深入巴丹吉林沙漠采集泉水、湖水、钙华和化石样。考察队进入沙漠,经过长时间的跋涉,终于找到了一个小海子,海子四周芦苇丛生,湖水碧波荡漾,还有水鸟嬉戏。
    为了采集湖泊中心钙华中的泉水,必须下海子趟过齐腰深的湖水,穿过芦苇,深入到海子中心取水样。五月的天气对江南来说,温暖如春,而在西北的沙漠地带春暖乍寒。刺骨的湖水,不一会就摄取了陈建生身上的体温,冷得陈建生浑身发抖,手也麻木了,要不停地甩动。就在这时,天气又来凑热闹,刮起大风,下起冰雹,在穿过芦苇的时候,芦苇的叶子像一片片微小的锯子,在陈建生的臂膀、身躯上划了许多口子。上岸后他冻的话都讲不出来,身上也不知道痛,过了好一段时间才有痛的感觉,细一看满身“刀伤”累累,有的伤口还在流血。他的学生看到陈老师为取水样,遭受如此磨难,深受感动和教育,一路上双手捧着装水样的箱子精心呵护。
    在沙漠里科学考察不仅要有体力、耐力,更要有毅力。巴丹吉林沙漠集合了沙漠的特征,以其高、陡、险著称于世。高大的复合型沙丘链和金字塔状沙丘,貌似“山”一般,要翻越这些沙峰可不是件容易的事。在科考中四轮驱动的吉普车,冲过一个又一个沙山,连绵的沙丘越走越高。一座高而陡的沙山挡住去路,汽车冲了一次又一次,冲不上去,队员们只好卸下行李,自己背着爬沙山。去过沙漠的人知道,在沙漠上行走很费力气,一脚下去陷进沙里,使不上劲,更不用说背负荷爬沙山。陈建生带头背上行李,弓着腰,一步一个脚印向上攀登。为翻越沙山,用了近四个小时,累的大家连话都不想说,一个劲地喘气。
    “沙尘暴”是沙漠中常有的遭遇。今年7月,陈建生在巴丹吉林沙漠进行科考,就与“沙尘暴”零距离接触。
    科考车刚出额济纳旗政府所在地达来库布镇,就见飞沙走石,天色昏暗。不一会儿,狂风大作,阵阵黄沙扑面而来,空气中弥漫着呛人的沙尘味,能见度立刻降到了百米。风吼叫着,沙砾拍打车窗,地面上像有千百条黄龙在游荡。车艰难地在风沙中穿行,戈壁上看不见什么路,全凭司机的经验。
    车在一个叫黑城的考察点停了下来,陈建生打开车门冲了出去,顿时脸上就感到沙砾抽打的痛,那些疯飞狂舞的沙砾直往嘴里、鼻子里、耳朵里钻,挡也挡不住。风把陈建生的衣服吹得鼓鼓的,他用手扶着帽子,斜着身子迎着风沙向前走。在一片沙漠中少见的岩石处,陈建生蹲下身子,研究起裸露在地表的岩石。他喊来博士生小童,一边从岩石上剥落样块,一边讲解着这一地区的地质特征,专注的神情完全忘掉了沙尘暴的存在。
    陈建生对沙漠有着不解的情缘,他用科学的眼光钟情于沙漠,他用实际行动爱护着沙漠。科考行程中,我们都能感受到他强烈的环境保护意识。途中用的纸屑、水样瓶上的废标识、食物上的包装纸,他都不乱扔在地。吃完饭后,他将塑料袋、一次性餐具、甚至方便面中的小调料袋一一收起来,就连包火腿肠的塑料皮也装起来,从不随意丢弃,到了驻地,才把满口袋的废物扔进垃圾箱里。
    在腾格里沙漠边沿的民勤县南湖乡,当地人都不敢带科考队进沙漠,他们知道那是件非常冒险的事。万一车子抛锚,或者迷路,后果不堪设想。而陈建生义无反顾,在他不懈的努力下,在一个叫邓马营的地方找到一户从沙漠中迁居的牧民,终于答应带我们去沙漠里找海子。
    牧民家的汽车是六轮旧式卡车,兄弟俩将车胎气放掉一些,挂上前轮驱动,轰鸣着开进了沙漠。沙丘连绵如沧海巨浪,车子总是起伏、摇摆,冲沙山时车子更是倾斜得厉害。陈建生和队员坐在后车厢上,手紧紧抓着车顶横梁上预先系好的麻绳,长时间的颠簸磨擦,锉刀般的麻绳把手磨出了水泡。
    在过一个沙丘峰脊时,车子驮在了刀刃一般的沙梁上,车上人立即下来刨车底盘下的沙子。铲一锹沙,车子向下落一点,一直铲到前后轮落在实处使得上力,车子才开过沙丘。就这样一路排险,一路寻找。中午时分还未见到海子的影子,牧民兄弟失去了信心,对陈建生说,这一带长期干旱,许多海子消失了,再找下去也很难找得到,趁早返回吧。陈建生坚定地说,一定要找到,一定能找到,继续向东,向东。
    陈建生坚定的语气,不是凭空的,在来沙漠之前,他研究了很多有关沙漠的资料,还请教有“沙漠王”之称的当地老水利工作者,对科考线路几经研究。因此,他有信心能找到沙漠中的海子。功夫不负有心人,在牧民的帮助下,终于找到了海子,攀上沙山发现海子的陈建生,高兴得像孩子样喊叫着:“海子!海子!海子在这边,海子在这边。”神情里流露出对海子的向往,那是他对科学事业的痴情。
    在返回的路上,陈建生唱了起来:你挑着担,我牵着马,迎来日出,送走晚霞,踏平坎坷成大道,斗罢艰险又出发,又出发。…… 是啊,敢问路在何方。当年唐僧经历九九八十一难,西天取得真经;今天陈建生七进沙漠,为的是取得科学的“真经”。
    几年来,陈建生在祁连山脉到额济纳旗纵深700公里,从敦煌到阿拉善右旗东西约1000公里近70万平方公里的区域内设置了几百个采样点,采集的大量水、岩石和矿化物样本,取得了大量的数据。他在对这些数据、样本的研究中发现,巴丹吉林沙漠湖泊、古日乃草原和额济纳盆地的地下水同出一源,都是来自祁连山冰川积雪融水的补给。根据这个发现和相关数据的推测,陈建生认定在木吉湖到巴丹吉林沙漠湖泊群一带的基岩中,存在一条北西向的大断层,并与阿尔金断裂相接,而这条断层很可能就是地质界始终争论未定的祁连山深大断裂的西延部分。阿尔金断裂就像一条东西向的地下输水通道,将西部昆仑山、祁连山等的冰川融水、降雨源源不断地输送给断层东部地区。经过估算通过断层的年输水量可达50至60亿立方米,这完全是一条大河的流量。巴丹吉林沙漠、腾格里沙漠、古日乃草原、额济纳盆地、拐子湖等地的地下水和湖水都是这条“地下河”的受益者。
    ……8月初从北京传来好消息,陈建生与汪集旸院士合作的研究已经获得国际原子能机构技术合作项目的资助。有关专家对陈建生的研究给予高度评价:这项研究将对我国西北地区水资源的开发利用具有重大的意义,对正在准备实施的西部调水计划以及对西部地区的经济发展产生重要的影响。
    辉煌成就的背后肯定是艰苦卓绝的付出。作为一个治学严谨的学者,陈建生教授每年都要踏上野外考察的旅途。几年的风雨历程,经历了无数的艰险和磨难。但是,他坚韧不拔、百折不回地在同位素水文学领域辛勤耕耘,当他看到研究成果的美好前景,他就感到由衷的欣慰。