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不久前看過一部譯製紀錄片《地球創世紀·風》，該片著眼寰球天下，特別以中國黃土作為風之力的典型案例：「中華文明的成功，在一定程度上要歸功於風。」原因在於這片土地擁有對於中國早期農耕至為重要的資源：由層層塵土堆積而成、厚達數以百米計、幅員相當遼闊的黃土高原，賦予中國農民早在1萬多年前宜居、宜耕環境，食物充足為文明發展提供了先決條件；而黃土的出現都是因為風——青藏高原和喜馬拉雅等群山聳立起來，改變了風向並使氣流抬升，冷凝成雨降落下來。當風抵達高原背風面時，會變得異常乾燥，塔克拉瑪乾等戈壁沙漠形成巨量沙塵儲備，連續不斷的風就像一個傳送帶，把沙塵一路送至中原地帶……「黃河流經的這片土地，讓一切變為可能。」
說到「讓一切變為可能」的時候，片中所指還是黃土地生長的稼穡與傳統，進而是文明進程、文化建樹種種。然而在這裡，就在此刻，同樣來自黃土來自風，我們將要聽到的卻是另類講述，一個迥然不同的版本——一個從事黃土研究的群體如何將深厚黃土照亮，使之成其為寶貴科學資源的另一「可能」——
當1961年在波蘭召開的第六屆國際第四紀研究聯合（INQUA）大會上，劉東生報告《中國的黃土》引發與會者驚嘆時，涉及的還僅為山西午城黃土層中17個旋迴，屬於黃土自身所含環境信息的首度披露；當1964年希夏邦馬科考中在不可能的高處發現高山櫟化石，劉東生前瞻性提出青藏高原隆升新課題時，或許在高原自身演化和第四紀環境地質之外並未考慮太多吧！然而隨著時間的推移，各自研究的深入，不意間在相當高的層面上，在全球變化研究前沿，兩兩相遇，融會交集並互為佐證，不啻黃土創造的又一奇蹟，亦是青藏高原研究的福音。
那麼，這兩大領域從什麼時候、在哪一階段相遇，以何為紐帶使得彼此關聯密切起來？
回望中國黃土研究一路走來，內容與方向歷經嬗變：自19世紀德國科學家李希霍芬在中國之行中首次提及黃土，後有中外學者安特生、德日進、楊鍾健，都還把它視為地質現象和認知對象；新中國成立之初，竺可楨先生力主黃土調研，推動國家開展「黃河中遊水土保持綜合考察」項目，起因在於黃河之所以黃河、70%以上泥沙來自黃土高原，出於黃河治理、水土保持、興利除患的考量，當屬應用科學研究範疇。一批地質地理學家被抽調進考察隊，劉東生就在其中，由此面向了黃土。歷時數年項目結束，黃土研究作為新興學科卻已羽翼豐滿：一翼為朱顯謨院士領導的中科院水土保持研究所，沿著應用研究道路繼續前行，對於黃土高原水土流失的治理和生態環境的保護做出了重要貢獻；一翼為劉東生院士另闢蹊徑，坐擁60餘萬平方公裡的黃土高原，在地質、古氣候等基礎研究道路上步步為營，把一個需要治理和保護的對象變成了天大的寶貝，科學的富礦，躋身於國際地學界，豈止佔有一席之地！待到黃土研究以完整的沉積序列、比較豐富的動植物化石、高解析度的古氣候古環境變化記錄，與深海沉積物和極地冰芯三足鼎立，並列為全球變化研究三大標準柱，先生已被公認為世界級地質學大家，2002年榮膺國際環境科學最高獎「泰勒環境科學成就獎」，獲獎原因正是「開啟黃土這本天書」；2003年榮膺國家最高科學技術獎，成為我國地球科學界獲此殊榮第一人！正如我們所理解的那樣，這一獎項實已超出專業意義；當我們既敬又愛地尊他為「黃土之父」時，其內涵同樣在專業意義之上。
不僅黃土，還有紅壤。說到劉先生初識這類古土壤，圈內流傳著一則趣事「橋段」：1954年的一天，劉先生參與黃河中遊考察，來到三門峽會興鎮當晚，夜幕中忽見燈光層疊閃爍，心中納悶兒，其時河南鄉鎮怎會有樓房呢？次日清晨再看，始知燈光原來是從一層又一層近似水平分布的窯洞裡發出的。細察之下，發現每層窯洞皆以黃土層中條帶狀紅色黏土為穹頂。後來他與朱顯謨先生同在山西離石考察黃土，就此疑問請教，朱先生回答，這應當是楊鍾健先生所言「紅色土」沉積物，含有地質時期的土壤殘留。隨後經兩位先生研究證實，紅色土即古土壤，較為黏重的紅色土層之間即為黃土沉積。以此故，後來劉先生一直尊稱朱先生為「老師」。且看自從上世紀60年代登上國際講壇，黃土研究如何節節攀高——
1981年，應國際著名地質學家許靖華邀請，劉東生先生前往蘇黎世理工大學訪問，同時帶去黃土樣品，與弗裡德裡希·海勒教授合作研究洛川黃土剖面的磁性地層和巖石磁學，藉助超導磁力儀，首次獲取黃土底界年齡、黃土剖面磁化率曲線。
1985年，《黃土與環境》中英文版相繼出版。基於中國黃土—古土壤序列，推出多期氣候變化多旋迴性概念，同時建立起經典的洛川坡頭標準黃土剖面，並首次將該序列與反映全球冰量變化的深海氧同位素曲線相對比。此舉標誌著黃土研究已跨越到黃土與環境、黃土與全球變化相互關係研究的歷史新階段。5年後，在《國際第四紀》（QuaternaryInternational，1990）合作發表論文，安芷生為第一作者，將冬、夏季風的強弱與黃土堆積和古土壤發育相聯繫，首次以黃土—古土壤的磁化率作為亞洲季風變化的代用指標，揭示黃土—古土壤序列所記錄的古季風長期演變。
1989年，劉先生與弟子丁仲禮等合作，在《科學通報》發表論文《250萬年以來的37個氣候旋迴》，以中國黃土所記錄的37次冷暖乾濕交替，110個次一級氣候階段，為第四紀全球氣候變化對比提供了陸相記錄（250萬年後被訂正為260萬年）。5年後，在《第四紀科學評論》（QuaternaryScienceReviews，1994）合作發表論文，丁仲禮為第一作者，首次建立全世界第一個完整的中國黃土地球軌道調諧時間標尺，以黃土記錄的氣候變化節律，印證了地球軌道變化所產生的特徵周期：偏心率變化的4萬年、10萬年周期，地軸傾斜度變化的4.1萬年周期，歲差變化的2.3萬年和1.9萬年周期，等等。
1996年8月，在北京召開的第三十屆國際地質大會上，劉東生先生作《黃土與地球系統》特邀報告，將黃土作為地表各圈層相互作用的產物進行闡述，標誌著以地球系統科學角度進行黃土研究的思路確立。同年9月，劉先生與汪品先、安芷生共同主持題為「古全球變化」的香山科學討論會，劉先生作綜述報告，根據地質證據，論證新生代亞洲乾旱區演化進程，認為中新世時，東亞地區即由季風氣候取代行星風系，由此奠定東亞現代自然環境格架。
1999年，劉先生與丁仲禮等合作，在《古地理學，古氣候學，古生態學》（Palaeogeography，Palaeoclimatology，Palaeoecology）發表一系列論文，將中國的風成堆積推至700萬年前……從260萬年，到700萬年，800萬年，仿佛砌就層層階梯，等到郭正堂接力而來，拾級而上，得以一舉將這一時間鐘錶撥向2200萬年前！
距今800萬年前的環境演化數據，來自南亞生態系統改變拐點——巴基斯坦北部沉積物指示此時植被由森林型轉為草原型；來自印度洋—阿拉伯海的大洋鑽探結果——海底沉積物指示上湧流及南亞季風顯著增大增強。國際上對於亞洲古環境的研究始於上世紀八九十年代，雖晚於中國學者，但這類相關證據卻以後來居上之勢，使「亞洲季風環境可能形成於800萬年前」的說法一度成為國際地學界主流觀點，直至風成紅土序列新證據出現，方才顯著改變了學界看法。
沒錯，至晚是在2200萬年前，最早可能不會超過2500萬年前，北中國的風成堆積就開始啟動了。確切地說，是將全球其他地方不見，唯中國獨有的中新世風成紅土序列由800萬年又向前推移了1400萬年。這批自成體系的原創性成果，是在劉先生指導下，由郭正堂團隊合作完成，論文《中國紅土沉積揭示2200萬年前亞洲乾旱化的起源》2002年首發《自然》（Nature）雜誌。這可是全球頂級學術期刊，且是以亮點文章發表的。同批成果繼之在《沉積地質》（SedimentaryGeology）、《地球物理研究快報》（GeophysicalResearchLetters）發表。能夠說明其國際認可度的，是相關內容和圖件迅速進入英美出版的教科書、教學研究指南，多家資深出版社如世界最大的科技出版機構之一德國斯普林格（Springer）、荷蘭愛思維爾（Elsevier）和美國威利—布萊克威爾（Wiley-Blackwell）紛紛將之收錄於百科全書。國際古全球變化（PAGES）前主席、利物浦大學奧德菲爾德教授這樣評價：「新近紀連續的長尺度環境記錄非常缺乏，最引人注目的記錄之一是郭等向世界科學界展示的黃土高原西部幾乎覆蓋整個中新世的序列。」
這批炫目成果，以時年38歲的郭正堂為第一作者、通訊作者，可謂真正的繼承者後來人——出生那年，未來導師劉先生正在希夏邦馬高瞻遠矚；地道「黃土之子」——祖輩生活在山西應縣「黃土高坡」，生長於斯，立業於斯，黃土地的饋贈有多麼豐厚，連他自己也覺得幸運之至：15歲考進北京大學地貌與第四紀專業，20歲公派留學去了法國，讀來第四紀地質與環境考古學的碩士學位，再讀來大陸環境動力學與土壤學博士學位，全都是前沿的學問，有用的裝備。正是在準備博士論文期間，締結黃土「風塵」緣：聽從博士論文導師、古土壤專家尼古拉斯·費多羅夫（NicolasFedoroff）教授建議，以中國黃土中的古土壤開題。捧讀《黃土與環境》，郭正堂手不釋卷，讀到爛熟於心，可是苦於所需的野外採樣工作無從下手，於是師生二人決定試一試，分别致函求助於素昧平生的劉先生。沒想到那麼快就接到回復，並且一切安排就緒，高規格接待——小小博士生得以直奔甘肅西峰，由兩位未來的師兄兼未來的院士安芷生、丁仲禮驅車陪同，以多年經驗現場指導樣品採集。
這還只是幸運的開頭，往後美好的事情接二連三：博士論文答辯，劉先生居然應請擔任答辯委員會成員，且是兩位閱評者之一；看好這位年輕人潛質及其專業，勉勵他繼續將紅土作為主攻方向，郭正堂做了先生的第一位博士後。
就這樣，博士後三年，留任地質所從助研做起，放眼新生代地質與古全球變化，埋頭古土壤一做15年，奔走野外，守在室內，以數萬樣次的土壤沉積和地球化學實驗分析，把披覆於上千公裡範圍、400多層古土壤做出了含金量。隨著對於新生代大陸環境研究領域具開拓意義的風成紅土環境序列問世，所涉構造動力學—氣候變化關係、海陸相互作用、生命演化的環境背景等等，能夠說明的問題多多。在此試舉兩例，一是以風塵原始積累階段對應於亞洲內陸荒漠和典型季風氣候乍現，支持2000多萬年前青藏高原隆升即已超過臨界高度的觀點：在高度上足以對來自海洋的水汽構成一定屏障作用，在規模上足以改變大氣環流。二是據此在前人所建框架基礎上，完善了中國大地2000多萬年前後古環境變化格局，圖示了由行星風系主控型轉而為季風風系主控型，經歷了怎樣的漸變到劇變、巨變的過程，解釋了從東西方向幾乎貫通全國的帶狀荒漠的氣候格局，何以轉而為僅限於內陸局部乾旱區的機理。
——在此提請讀者，回頭參看本書第4章第147頁圖例：古近紀、新近紀我國的古環境格局，是否會有不一樣的感觸。
突破性進展意義非凡，牽引著眾多學科齊步向前。比方說，生物地理研究中，涉及地質時期中國陸地上的動植物交流遷移和演化，南北之間曾出現過長時期、長距離的隔絕現象，令研究者困惑，現在終於解釋得通了。關於這一點，亦可參看本書第11章末節植物演化部分。能夠說明的問題還有，古土壤研究豐富和深化了對東亞和全球間冰期氣候行為與機制的認識，從中國到世界，有一實例涉及科學界內外當下普遍關心的全球變暖問題。
——終於說到我們大眾易於理解的部分了。皆拜全球持續變暖引發的普遍擔憂所賜，相關氣候環境知識空前普及：最初將二氧化碳超量排放指為溫室氣體元兇，後被告知甲烷的溫室效應或說保溫能力更甚於二氧化碳20倍以上！數年前一度成為公眾話題的，來自媒體報導的一則研究結果：全新世大氣中甲烷濃度本在萬年前開始下降，卻於5000年前重拾升勢，走出一個「V」字形反轉，於是有研究者將之歸因於人類活動影響，包括中國和印度等早期農業國度的水稻種植、家畜飼養等等。到了大眾層面、坊間談資時，進一步簡化為都是家畜惹的禍，特指牛肚裡的氣體排放，一時傳為笑談。而解答溫室氣體濃度變化問題，恰是古土壤研究的優勢領域。有一回遇見郭正堂老師，直接提問，真的是因為養牛太多，導致甲烷驟增嗎？郭老師表示並非如此，至少非主因：人類活動固然存在少量「貢獻」，但自然過程遠大於人類活動影響。為此他特意發來兩篇論文供參詳，雖然專業性夠強，尚可讀懂，從中可見從思路到手段的國際化特點，額外收穫是，得知變暖變冷，全球未必同步。
紅土—古土壤序列作為地質史上溫暖間冰期產物，儲存著來自北半球高緯地帶的氣候信息，同時記錄了來自低緯地區的季風變化歷史，郭正堂團隊有辦法從中讀取信號種種，給出合理解釋；不僅早已著手在做，且不限於全新世，而是上推到中更新世80萬年以來。這還只是時間方面，關鍵在於空間大跨度，將來自南半球的甲烷記錄與太陽輻射和黃土等地質記錄合併考量——該時距為南極冰芯記錄上限，冰芯氣泡中封印有古老空氣，典型的「時間膠囊」，已被解讀，可做比對。合併考量的結果是，首先發現了與全新世相似的甲烷變化信號，過去80萬年裡並不稀見，只不過以往的研究忽視了南半球熱帶季風溼地的貢獻，其自然過程至少可以解釋全新世70%以上的甲烷回返量，是導致反轉的主導因素。此外，對中國、印度等早期農業起源地區考古資料的集成研究，也揭示出早期稻作農業的發展與5000年前甲烷濃度的回返在時間上具有一致性，最終說明的是，自然過程是主因。
這一使用時間序列分析方法得出的結論中，還產生了一個認識上的飛躍：「兩半球的冰期—間冰期旋迴具有明顯的相對獨立性。」這是針對此前學術界關於南北半球氣候在冰期—間冰期旋迴演化關係方面，普遍秉持「協同演化」，即變冷變暖大致同步的觀點而言。在時空大跨度的甲烷信號比較中，揭示出一個與當今全球同步變暖相反的例證——
距今約50萬年的間冰期，整個北半球顯著增溫4～6℃，季風同時加強，導致高緯溼地擴張，也增大了低緯溼地甲烷排放量。但是矛盾現象出現：地質記錄中的大氣甲烷濃度反而呈現低值，原因何在？
疑問在北方，答案卻在南方。查閱地質記錄，顯示同時段的南半球並未變暖，反倒是南極冰蓋擴張，氣溫比之全新世低約4℃！南半球甲烷釋放量減少正好抵消了北半球甲烷增量，進而對該時間尺度上甲烷濃度變化產生重要影響。文見《中國黃土與南極冰芯記錄共同揭示深海氧同位素13階段兩半球氣候具不對稱響應》，郭正堂等，《過去氣候變化》（ClimateofthePast，2009）；另見《冰期—間冰期水循環、全球季風和大氣甲烷變化》，郭正堂等，《氣候動力學》（ClimateDynamics，2012）
黃土這部天書告訴我們的已經夠多，雖然只是地球秘密的一小部分，隨著研究的深入，我們有理由期待它「讓一切變為可能」。從已說明的問題看得出來，任何單一因素都不足以觸發氣候環境的巨大改觀。這一規律同樣適用於本節開頭的紀錄片解說詞，強調喜馬拉雅—青藏高原隆升的重要作用沒錯，需要補充的是，參與氣候轉型的尚有其他因素，海陸分布變化、全球冰量變化等等，同樣來自黃土證據給出的動力學解釋。
2013年12月20日，郭正堂在青藏高原研究會學術年會上作專題報告，題目正是《青藏高原與軌道尺度的亞洲季風動力學》。算不上特邀，算得上青藏研究成員，早在十幾年前就參與「973」青藏項目，與方小敏共同主持「青藏高原隆升過程及其對周邊地區環境變化的影響」課題，通過秦安黃土將中國風塵堆積起始年代推往2000多萬年前，恰恰是在本次課題進行期間完成——高而平地形上的風塵堆積與盆地間河湖相沉積相輔相成，象徵著黃土研究、青藏研究歷經多年的相向而行，最終集合在全球變化研究陣營中。
不過此時的報告者身份有變，就在前一天，郭正堂剛剛入選中國科學院院士，是繼同門師兄安芷生、丁仲禮、劉嘉麒之後的年輕院士，49歲。回想少年夢想，第一志願是當醫生懸壺濟世，高考時填報了第二志願的數學物理，被校方「調劑」到地質專業，還曾一度失落呢！不過按照傳統智慧「天人合一」理念，做醫生和做地質卻有相通處：在西藏，以藏醫為代表的認識論，視人體為小宇宙，自然為大宇宙，主張大小宇宙相和合，可保身心無恙，否則百病叢生。以此為喻，不做醫生的郭正堂俯仰於天地乾坤，面向了自然大宇宙，從古土壤節律中問切地球脈動，運行方式，透視肌理，探察因果，以更大手筆書寫地球故事，那是人類故事的開頭。
有一首歌仿佛為這位「黃土之子」也為所有的黃土黃河兒女而唱：「我家住在黃土高坡，大風從坡上刮過。不管是西北風還是東南風，不管是八百年還是一萬年，都是我的歌……」
（責編： 郭爽）
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