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[百家杂谈] 在喜马拉雅寻找污染物|王小萍 一席第765位讲者

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发表于 2020-5-22 12:18 PM |显示全部楼层








本帖最后由 源济 于 2020-5-23 09:52 PM 编辑

人类在喜马拉雅制造的可见污染越来越多,今天我要讲的是我们根本看不见的污染 | 王小萍 一席第765位讲者

一席一席2020-05-22



王小萍 中科院青藏高原研究所研究员。
 

我们使用摩托车、烧秸秆、排放污染物,但是我们不知道这些污染物沉降到冰川上会加速冰川的消融;我们使用很多杀虫剂来保证粮食和蔬菜产量,但是我们没有想到的是,它会毒害远在千里之外的西藏的野生鱼类。




在喜马拉雅寻找污染物
2020.05.10 北京
                        
 
大家好,我叫王小萍,来自中国科学院青藏高原研究所,今天和大家分享一下我在喜马拉雅寻找污染物的故事。
 
对于喜马拉雅和青藏高原,我们所熟知的是它是印度板块和欧亚板块碰撞的产物,但是我们不太清楚的是,其实青藏高原还是一个大的抽气机。由于它海拔高,可以接受更多的大气辐射,所以它上空的大气就受热蒸腾、向上运动,在地表形成了一个低气压的空缺,吸引着低海拔的暖湿气流向青藏高原运输。
 

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低海拔的暖湿气流运输到青藏高原之后,就形成了冰川。目前青藏高原有大约四万多条冰川,也被称为亚洲水塔。长江、黄河,以及很多跨境的水系,比如雅鲁藏布江-恒河水系、澜沧江-湄公河水系都是发源于青藏高原。青藏高原其实是我们亚洲几十亿人民的水源地。
 
我们对于青藏高原有很大的好奇心。下面这个图是电影《攀登者》的剧照,故事的原型是1975年的珠峰测高。目前珠峰测高已经进行了两次,分别是1975年和2005年。

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我非常有幸参加了2005年的中国第四次珠峰地区综合考察,负责的是大气环境方面的工作,其他同事主要负责登顶和测高。现在是2020年,正在进行珠峰第三次测高。
 
无论是人类对于高山的征服,还是对未知的探秘、对水源地的保护,人类在喜马拉雅的活动越来越剧烈了,产生的垃圾也越来越多,这是我们肉眼可以看到的污染,但事实上还有很多我们看不见的污染存在,这就是我今天要分享的故事。
 

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早在上个世纪的60年代,科学家就在南极的企鹅和北极的北极熊体内发现了大量的DDT。科学家觉得非常奇怪,南极和北极应该是世界上最后的一片净土,应该非常洁净,为什么在那个区域的高等生物体内还会有这么高含量的污染物呢?
 

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这类污染物被称为持久性有机污染物,科学家发现它具有长距离大气传输的特点。它可以受热挥发进入大气,在大气中进行传输,然后冷的时候它又可以沉积到地表,这样它就在大气里完成了一次跳跃。

当温度合适的时候它可以再次挥发进入大气,再进行一个长距离迁移,然后再沉降。它在地表的运动就像一个蚂蚱一样在不断地跳跃,跳的过程就相当于从热的地方向冷的地方迁移。
 

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地球上哪里冷呢,自然就是南北极。我们知道雪花有六个瓣,是一个多孔状的结构,所以降雪的过程就可以捕获这些大气中的污染物,最后让它从大气沉降到南北两极,这也就是为什么南北极会发现污染物的原因。
 
青藏高原也叫第三极,它和南北极一样,也是非常地冷、有很多的降雪。而且它还是一个大的抽气机,不断地抽吸着南亚次大陆的暖湿气流,那么大气环流给青藏高原带来了什么呢?为了进一步的研究,所以我们就必须到风来的地方去。
 

到风来的地方去
 
我在第三极建立了大气持久性有机污染物的观测网络。这个网络目前包括青藏高原、尼泊尔、巴基斯坦,覆盖了大概300万平方公里。而且还有五条跨境断面,从南亚国家一直做到青藏高原,海拔跨度超过了5000米。
 

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那么我们怎么做观测呢?我们依赖一种观测装置,它的外壳是铁皮状,里面有一个蓝颜色的柱芯,可以吸附大气中的污染物。300万平方公里的观测网络也不是一蹴而就的,每年我们都把这个网络往前拓展五六个观测点,这样积累了十几年,一直在不断做这个工作。
 

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我的同事跟我开玩笑:“你的采样装置挺简陋的,一看你就没什么钱!”我和他也开玩笑说:“我就打算用这个破铁筒子打江山了!”最开始工作的时候都没有太多经费,我们甚至都负担不起租车的费用,我们就采取了一步一挪的方式,坐着公交车、带着我们的采样器一个县一个县地去布点。

有的时候采样器也会放在当地老乡的院子里,或者是房顶上,我们会留给老乡200块钱做看护费。有的老乡也不要我的钱,说你肯定是想做点事情,否则的话你不可能大老远跑到我家里来,这样也给我们节约了一些经费。
 
最开始几年是我自己在跑,后来我招了一些研究生,我和研究生做了分工,一张地图分两半,我跑北边、他跑南边。这样我们就慢慢地形成了300万平方公里的观测网络。
 
基于这个观测网络,其实我们前几年并没有获得有效的数据,因为这个采样器在野外使用的状况并不是很好。野外的地形很复杂,有平地,也有斜坡。而且这个采样装置放在野外会超过一年的时间,有时候就被风吹歪了,这样更加影响内部的风场变化,使得采样效率变得不稳定。

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随后我们就对这个采样器进行了改进,虽然这个采样器是加拿大皇家科学院院士发明的,但是我们还是很大胆地进行了改造。主要是在底部加了很多的导流片,然后在导流片上又补充了很多的导流孔,这样既能使气流进入采样器装置之内,也能够降低地形以及斜放和悬挂对采样效率的影响。

我们目前在尼泊尔、巴基斯坦和青藏高原的大气中都检测到了DDT,在空间分布上也都呈现了南部高、北部低的趋势。在尼泊尔和印度交界的边境地区,我们甚至观测到了目前全球最高的大气DDT含量青藏高原南部大气中DDT的含量高于北极一到两个数量级,这说明对于青藏高原来讲,DDT的输入不容忽视。
 

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我们对尼泊尔进行了进一步的详细的研究,发现DDT主要存在于蔬菜种植地和农贸市场中,为什么会出现这样的现象?所以我们对南亚的DDT使用进行了追踪。
 
疟疾是印度夏季的主要疾病之一,DDT可以杀灭疟疾传播过程中的媒介——蚊子,因此为了防治疟疾,需要持续地使用DDT。
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DDT还可以杀灭其他的一些害虫,老百姓将这种非常便宜的杀虫剂广泛地应用在农田和蔬菜的种植中。这就是为什么我们可以在印度,以及尼泊尔的南部与印度接壤的地方能够观测到这么高含量的DDT的原因。
 
我们知道喜马拉雅是崇山峻岭,但事实上它还存在着很多的纵向的峡谷。峡谷中大气的质量并不是很高,我们可以看到雾蒙蒙的一片,那到底是沙尘、雾霾还是污染物呢?

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我们在最大的峡谷——雅鲁藏布大峡谷开展了广泛的观测,发现这个峡谷是DDT输入的主要通道,峡谷中有比较高含量的DDT。我们对它进行源头的追踪,就追踪到了印度的东海岸,这里也是疟疾的一个高爆发区。
 

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除了污染物DDT之外,在南亚次大陆的上空和喜马拉雅的南部,还聚集着大量灰色的云团,这是当地的一些燃烧活动所造成的

如果你去过尼泊尔,就会发现这真的是一个摩托车的王国,大家都在骑摩托车。他们的垃圾也处理得非常简单,垃圾收集起来就付之一炬,烧了就结束了。而且他们还有很频繁的秸秆燃烧活动,还有很多山火,这些燃烧活动都使得他们的上空中聚集了大量棕色的和灰色的云团。
 

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我们在山谷中对这些棕色的云团就进行了监测,使用激光雷达向空中射出一束光,根据这些颗粒物对光的反射的不同就能定性和定量这些污染物到底是什么样的颗粒。

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从这个图上我们可以看到,其实青藏高原上空有很高浓度的黑碳类的污染物,而且在喜马拉雅的山谷里,既有烟霾,也有污染的气溶胶,还有沙尘。
 


我们通过一些模式的计算就发现在喜马拉雅的南部,风的驱动作用能把这些污染物送到峡谷,再传输到青藏高原。这个模拟图非常直观,可以看到这些污染物首先在南部聚集,然后发生抬升,最后顺着峡谷传输到青藏高原的内陆。

 
冰川档案中的大气污染物
 
传输到青藏高原这些污染物能够被降雪捕获、沉积到冰川里吗?
 

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上图是珠峰的冰塔林,如果沉积在青藏高原的冰雪不融化的话,每年的冰雪沉积下来就像树木年轮一样,会形成一层一层的冰川档案。通过钻取冰芯,研究冰川档案就可以恢复大气过去的历史。
 
要钻取冰芯,首先要寻找一个合适的地点,山坡肯定是不合适钻孔的,我们一般选的是这种垭口。这个垭口就像一个碗一样,降雪沉积下来就一直保存在那里,就形成了一个历年积雪的档案库。
 

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然后我们还要建设一个基础的营地,用汽车把物资运上去,包括一些器材、设备,还有我们个人的生活用品。之后我们就要雇佣牦牛,把这些器材和生活用品运到高海拔的营地中。在牦牛不便行动的情况下,我们还要自己肩扛手提。
 


图片中是我们的高海拔营地的样子,非常有中国特色的绿色军用帐篷主要是男同志的工作场所和住所,他们有的时候会顺着这个绿色的帐篷睡一圈,或者选择一个角落聚集在一起,留出更大的空地来进行其他工作。我们女同志基本上是睡在外面的这些小帐篷里头。
 

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这个图是我在珠峰6350米拍摄的照片,我就睡在旁边的一个小帐篷里头。其实从这个小帐篷到我拍摄照片的地方只有两三米远,但是走过来会非常费力,因为海拔6350米的氧气含量只有10~15%,我的基础心跳是150到160次,所以走两步就会非常非常地喘。

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这张照片中我还是露出了非常灿烂的笑容,其实我的眼泪是在哗啦哗啦地流,当时的心情非常地激动,并不是觉得有多么地辛苦、多么地难,而是因为我眼前是冰川,身后是冰川,左边是国旗,右边是我们中国科学院的院旗,心情非常地激动。
 
我刚刚提到我参加了2005年的珠峰科考,但那个时候其实是我刚刚参加工作的第一年。我非常感谢珠峰给了我这样一个实战的场所,我首先得到的一条经验就是不积跬步无以至千里。虽然珠峰很高、爬珠峰也很难,但是你只要选对了方向,只要一步一步地走,朝着方向去努力和坚持,那么你总会到达那个高度。

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我还深刻地体会到大自然实在是太伟大了,而人类非常地渺小。大家可以想象一个场景,在那么广阔的一个高原上,那么高的高山里,我这样一个非常小的小人物在那里徘徊、迷茫、前进。我深刻地理解到为什么中国的山水画里人总是被画得那么小,像一个蚂蚁一样那么小。
 
言归正传,再讲一下我们到了6350米到底要干什么。我们首先要对这个垭口状区域的冰雪进行测厚,来估测一下冰芯到底能够打多长,一百米还是两百米。然后还要架设一些气象站,监测一下会不会有暴风雪到来;还要挖雪坑采集一些雪样。

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这是我们钻取冰芯的过程,钻取出来的冰芯并不像大家想象的,是一个完整的一百米、五十米或十米这么长,而是一截一截的,每一截大概只有七八十厘米。然后我们会把冰芯会一截一截地拼起来,还要对冰芯进行一个简单的描述和记录。
 

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我们把冰芯装在塑料袋里头,记录起冰芯的头和尾,冰芯的头尾必须是相连的,这样才能体现出一个完整的时间记录。我们要检测里面的元素、黑碳、有机物、细菌等等多种指标。

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冰芯打完后,我们会把冰芯包裹严实以后放到这样的不锈钢的铁筒子里,由人把它背下去,最后再由冷冻卡车运输到北京部和拉萨部的冷库里。目前我们的冷库里已经有上万个这样的铁筒子,规模非常地震撼,后期我们对于冰芯的分析也会持续五到十年。
 

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大家一定会好奇怎么去完成冰芯的定年呢,也就是确定那一层的雪到底是哪一年的。其中一种方法是根据冰芯记录的核爆事件来定年。

这根冰芯里就记录了全球热核实验所发生的1963年的信号,以及1986年切尔诺贝利核泄露的信号。我们就可以把这两个层位上的积雪就定位为1986年和1963年,其他层位就可以根据同位素的周期信号来判定。
 

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我们在珠峰获得了世界上海拔最高的DDT的冰芯记录,发现这个冰芯记录与印度疟疾的爆发情况有很好的对应关系。印度疟疾暴发的时候大量使用DDT,在珠峰冰芯中也观测到DDT的一个峰值。

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在90年代后期之后,全世界很多国家意识到DDT的危害之后就禁用了DDT,但是印度还在持续地使用DDT,那么在珠峰的冰芯中也监测到这种持续使用的信号。


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除了DDT之外,在冰芯中我们也观测到燃烧所产生的污染物质,比如左旋葡聚糖是生物质燃烧的一个标志物,它的含量在2000年之后急剧增加。这根冰芯采自藏色岗日冰川,位于海拔6070米,它是用我们自主研发的设备钻取的,全长208米,是目前我们用自主设备钻取的最长一支冰芯。
 

喜马拉雅大气污染物的影响
 
我们知道这些南亚的燃烧污染物以及DDT污染物都可以传输到喜马拉雅和青藏高原,那它们产生了怎样的影响和危害呢?
 
DDT污染物具有生物富集的作用,虽然在水体里面它可能含量非常低,但它可以通过大鱼吃小鱼的食物链发生富集作用,最后富集在高等的鱼和鸟的体内。
 

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目前美国的国鸟白头海雕濒临灭绝,就是由于它的体内富集了DDT之后,蛋壳变得比较薄和脆,影响了白头小海雕的孵化过程,很多小海雕无法孵化和长成。

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我们在青藏高原主要研究了野生鱼类对DDT的富集情况。青藏高原的鱼类非常特殊,长度15厘米的鱼就将近有25岁那么老,生长地非常缓慢。

另外一个特点是它们对食物有很高的吸收能力,因为青藏高原的湖泊都是寡营养的湖泊,湖泊中很少有营养物质,一旦有物质进来,鱼类就会拼命地吸收这些物质,所以它的吸收能力非常强。在这样两个特点的影响下,我们发现青藏高原的鱼类对DDT的富集系数与北极熊相当。
 

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喜马拉雅的南坡有很广袤的原始森林,有一些叶片有很厚的叶蜡,这些叶蜡也可以吸附大气中的有机污染物,然后随着树叶掉落就沉积到地表,导致了森林土壤中的腐殖里有很高含量的DDT污染物。

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我们做了一个对比,青藏高原森林土壤中DDT的含量是目前全球最高的,而且处在高于北欧森林十倍的水平。如果继续以这个状态积累下去,再过二十年青藏高原森林土壤就已经不能被称为背景土壤了。
 
去南亚旅行的时候,从飞机上我们也可以很清晰地看见,这些棕色的云、黑碳颗粒物的云团一直覆盖在冰川上。如果这些黑碳颗粒沉降到冰川上,就相当于在冰川上撒了一层碳粉,它就会吸收太阳的热,然后加速冰川的消融。

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冰川的退缩已经是一个不争的事实。这是美国科学家在喜马拉雅拍摄的照片,从1921年到2008年冰川退缩是非常明显的。我们的研究工作也支持这个结论,比如1991年的报道雅拉冰川的平衡线在海拔5300米,而我们自己的工作发现2012年平衡线已经到了海拔5455米,整个退缩了150多米,而且在冰川的前端形成了一个冰川湖。
 

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这是我们在冰川消融区行走的过程,非常地艰难。这些雪白天是消融状态,但是晚上会冻结,每一步行走都要非常地小心,因为这个雪非常地松软,一不小心就垮塌了。我们也可以从照片中看到,在冰川的表面形成了一些小的冰川的河流。
 

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我们背着的观测仪器叫蒸汽钻,我们要带着这个仪器以及少量的高山气,高山气就相当于煤气。我们点燃高山气,就地取材选一些冰雪把它融化之后形成了蒸汽,用蒸汽在冰川上钻一个洞,然后把测杆放进去。

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这是我们钻了洞之后的照片,以及放测杆的情况。从这个图中我们可以看到,这个测杆是高于雪面大概二十三四厘米这样的一个高度,再过一年之后我们还会来找这个测杆,如果降雪降得比较多,那么测杆露出地面的高度就会减少。其实不幸的时候,我们去找这个测杆,发现这个测杆已经彻底倒掉了,也就说明冰雪融化得非常剧烈。

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我们还在冰川表面采集很多的表面的雪样去研究冰川消融过程中,表面的黑碳的迁移变化随时间的变化。对于这个冰川来讲,在7月份的时候冰川消融非常剧烈,黑碳也发生了大量的聚集,整个冰川几乎都是黑色的。随后随着一些新鲜降雪的补给,以及冰川消融过程中黑碳向下游输送,在8月份的时候冰川上部是白色的,下部是黑色。等到10月份的时候消融变弱了,降雪也补给上了,整个冰川又逐渐地变白。

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我们通过模式定量了一下黑碳对冰川消融的影响,发现黑碳颗粒物的贡献最大程度上可以使温度升高1.5度,消融量最高也可以达到25毫米这样的一个水当量。
 

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以上就是我们在喜马拉雅寻找污染物的故事,我在做这个研究的时候也不断地在想人类和自然的关系。因为我们使用摩托车、烧秸秆、排放污染物,但是我们不知道这些污染物沉降到冰川上会加速冰川的消融;我们使用了很多的杀虫剂来保证粮食和蔬菜产量,但是我们没有想到的是,它会毒害远在千里之外的西藏的野生鱼类。

人类和自然的关系始终是我们要面对的一个很关键的问题,我们怎样去和谐相处。我不禁会想起黑格尔的这句话:当人类欢呼对自然的胜利之时,也就是自然对人类惩罚的开始。
 
在上面的故事中,我们主要是用眼睛去看青藏高原,用两条腿去丈量青藏高原,接下来我们会用一些高科技的手段,比如第三极卫星、系留气艇、遥感飞机、无人机等等,保持用一双好奇的眼睛继续去观察青藏高原的大气和冰川的变化。

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我们做这个工作,艰苦是毫无疑问的,有的时候一天也吃不上饭,有时是上顿方便面、下顿方便面。但是我们的心情都非常地激昂,用一句话可以来代表:驰骋长路,心怀激荡。

借此机会致敬每一位攀登者!

谢谢大家。

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源大辛苦了,这个转贴要再重做。

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大牛Steve 发表于 2020-5-23 09:44 PM
源大辛苦了,这个转贴要再重做。

好了。
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发表于 2020-5-23 10:27 PM |显示全部楼层
本帖最后由 大牛Steve 于 2020-5-24 11:36 AM 编辑

非常钦佩和赞叹这些科学家伟大的献身精神,他们给人类贡献出的聪明才智真不是我们平常人可以做得到的。

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