我國首測可可西里湖泊水下地形數據 專家講述幕後故事
2020年04月07日12:41

原標題:我國首測可可西里湖泊水下地形數據 專家講述幕後故事

近日發佈的考察結果顯示,近幾十年來,隨著降水增多和冰川退縮,該區域湖泊面積明顯擴張,水量增加,多數湖泊擴張20%以上。

新京報快訊(記者 張璐)可可西里是青藏高原中湖泊分佈最為集中的地區。然而受限於當地艱險的自然條件,這裏一直是青藏高原湖泊考察中的空白區。

去年10月,第二次青藏科考湖泊演變及氣候變化響應科考分隊對可可西里地區的主要湖泊進行了系統科學考察,首次獲得了該區域大中型湖泊水下地形、水質剖面等數據,為“亞洲水塔”湖泊變化、三江源國家公園建設等提供了堅實的基礎數據。近日發佈的考察結果顯示,近幾十年來,隨著降水增多和冰川退縮,該區域湖泊面積明顯擴張,水量增加,多數湖泊擴張20%以上。

在海拔5000米的高原測量湖泊有何困難?可可西里湖泊面積增長對“亞洲水塔”有何影響?新京報記者對話第二次青藏科考湖泊演變及氣候變化響應科考分隊隊長、中科院青藏高原所湖泊與環境變化團隊負責人朱立平研究員,聽他講述科考人員在可可西里“探湖”的故事。

地凍湖不凍 進入可可西里的“窗口期”

青藏高原是我國最主要的三大湖泊區之一,其湖泊面積占我國湖泊總面積50%以上。該區湖泊近5萬平方公里,占整個青藏高原面積的2%左右,近幾十年變化非常劇烈。

據朱立平介紹,受條件限製,第一次青藏科考關於湖泊水深和水質的資料,僅限於近岸湖區,代表性不足,基本沒有完整的水下地形測量,留下了大量的空白區域,限製了對青藏高原湖泊水文狀況的研究。可可西里區域更是“空白”中的“空白”。

2019年10月15日,中國科學院青藏高原研究所牽頭組成第二次青藏科考湖泊演變及氣候變化響應科考分隊,由青海省境內沱沱河以北的二道溝進入可可西里自然保護區。此次,他們的任務就是對可可西里的湖泊進行“全景式掃瞄”。

科考分隊由中科院青藏高原所、北京大學、南京大學等5家單位的28人組成。在32天里,他們的考察路線覆蓋了可可西里自然保護區全境,全程1400公里。

10月中旬,可可西裡白天氣溫低至-20攝氏度,為何選擇在此時進行科考?朱立平解釋說,可可西里地區遍佈辮狀河流,科考隊翻山涉水,常常需要在河灘上行進。如果土地不上凍,載重車容易陷入河灘,所以必須在土地上凍的時候進入可可里西。與此同時,由於考察需要入湖,湖水必須不能上凍。

“按說4月條件也可以,但此時土地開化,一旦我們不能在‘五一’之前走出可可西里,將由於嚴重陷車而面臨走不出來的困境。所以,10月下旬到11月下旬,成為當地湖泊科考的全年最佳窗口期”。

最艱難的一次科考 裹三件羽絨服抗風

從1989年第一次進藏起,朱立平已經數不清自己多少次踏入被稱為“世界第三極”的青藏高原。他覺得,此次是30年來考察中,最艱苦、最困難的一次。

可可西里是中國最大的無人區之一,艱險的自然環境給科考隊員帶來不小的挑戰。儘管挑選了“最佳窗口期”進入,科學家們仍然遇上了“陷車”危機。

那天上午9點,科考隊員前往180公裡外的烏蘭烏拉湖營地。原本打算按照每小時20公里的“龜速”前進,10個小時內就能到達終點。誰也沒料到,隊伍當天遇到了4次陷車。

最後一次陷車臨近山的埡口,大雪掩蓋了尚未冰封凍實的小池塘。小型越野車通過後,大卡車順著車轍前行,深陷池塘。此時天已擦黑,狂風呼嘯,科研人員只好把卡車上4噸的物品全部卸下,將車拖出,再進行裝車。“零下十幾攝氏度,5級風的情況下,我們在那裡折騰了4個小時。”

在天黑無路、食物缺乏的情況下,是就地紮營還是前往目的地?科考隊員拿不定注意,作為隊長的朱立平更是壓力陡增。最終,在當地嚮導的建議下,科考隊當晚9點繼續摸索前行,一直到第二天淩晨3點才到達目的地。4點紮完營後,大家才吃上了一口熱乎的泡麵。

低溫也是科考隊員面臨的一大考驗。乘船入湖時,隊員們往往套上三件羽絨服、兩件羽絨褲抵禦寒風。“但是鞋沒法多穿,大家只能多穿幾雙襪子。最長的時候,隊員需要在寒冷的環境中工作十三四個小時。”

為躲風浪 曾夜裡摸黑下湖測量

此次,考察隊首次全面測量了該區域特拉什湖、烏蘭烏拉湖、永紅-西金烏蘭湖、勒斜武擔湖、太陽湖、可可西里湖、鹽湖7個主要湖泊的水下地形,並獲取了這些湖泊的水質剖面數據。

每次到達目的地後,科考人員先在距湖泊二三十米的地方紮營,架設能裝載4-5噸重設備的考察平台。摺疊的橡皮艇被展開充氣,再由七八位隊員抬著放入湖中。

和上世紀90年代初的第一次考察相比,如今的測量工具發生了改變。朱立平說,當時水深和水質測量工具都是手動的,科考人員或者將繩子丟入湖中測量水深,或者使用手持聲呐,按一下發出一個聲波,返回一個數據。進行水質測量時,需要把水取回,在實驗室里進行檢測。

如今,科考隊員在船上設定好航線後,將自動聲呐掛在橡皮艇尾部。船行進時,聲呐每隔一段時間發射聲波並返回數據,記錄下經度、緯度和水深。同時,科研人員使用多參數水質儀,能自動測量水溫、水深、電導率、pH值、葉綠素、含氧量等水質指標。

在無風的日子裡,湛藍色的湖面平滑如鏡、深邃漂亮。可一旦湖面上翻起白色浪花,科考人員就要警惕了。“進入10月,整個高原被西風帶控製,風大且硬。當浪花有30釐米高時,就不適合考察作業了,如果到了50釐米,在湖里停留會有危險。”

慢慢地,科考隊掌握了規律——湖面經常下午四五點起風。為躲避風浪,隊員們冒著低溫早起工作,下午起風的時候收隊。如果天氣好,趕上哪天下午沒怎麼颳風,大家就一鼓作氣幹到晚上十一二點再回營。

7個主要湖泊中,最大的是烏蘭烏拉湖,面積達到675平方公里。可在這裏考察時,白天湖面偏偏風浪不止,科考隊員只好製定好航線,硬著頭皮夜間下湖。“雖然我們事先評測過安全性,也有應急預案,一旦有緊急情況將呼叫營地,緊急靠岸,但深夜,一個小船3個人在一望無際的湖中行進,還是要克服心理恐懼。”

就這樣,考察隊駕駛掛載聲呐設備的橡皮艇走航式測量湖泊水深,總測線達到1280公里長,涵蓋湖面面積共計2330平方公里。

可可西里測湖隊員在夜色中考察歸來。第二次青藏科考湖泊演變及氣候變化響應科考分隊供圖

鑽取湖泊岩芯 瞭解萬年區域氣候變化

除了測量水下地形,科考隊還採集了7個湖泊表層沉積樣品、25個湖泊與河流水樣、102個表土樣品,並在10至40米不等水深處鑽取10支湖泊岩芯。

在湖底,各個年代的沉積物一層層累積,其中的一些化學或生物指標可以反映當時的沉積環境和氣候條件。數米長的岩芯從下到上,覆蓋的年份長達萬年之久。科研人員通過這些沉積物,可以對過去幾萬年的氣候環境進行反演。“比如距今兩萬年前是末次冰期最盛期,最近3000多年的氣候比9000年前冷了不少,都是根據這些得知的”。

鑽取湖泊岩芯是個“力氣活”,隊員們需要協同完成下鑽、錘擊、提鑽、封管的工作。科考人員用浮筒組成20平方米的采樣平台,拋錨穩定後將取樣管觸到湖底,通過重錘擊打使沉積物樣本進入管中,再將重重的取樣管提起。

“除了體力,這項工作更需要經驗和技術,在水下五六十米的取樣,完全憑感覺。科研人員需要將取樣器垂直觸到沉積物表面,如果斜了,那取得的沉積物不能真實反映年代氣候。同時,取樣量也要恰到好處,如果錘擊得淺,可能沒有取到樣本,如果錘擊得過狠,樣本在取樣管中被嚴重擠壓會造成變形。”朱立平說。

此次,可可西里湖和烏蘭烏拉湖的湖泊岩芯是目前該區域主湖區的最長樣本,有望反映過去一萬年以來該區域氣候變化和湖泊環境演化過程。

多數湖泊擴張20%以上 或將有利於區域水循環

就在不久前,科考隊公佈了考察成果:可可西里區域湖泊與西藏南部地區近似面積大小的湖泊相比,具有水深相對較小的特點。其中,烏蘭烏拉湖最深處60多米,特拉什湖最深處僅為9.7米、西金烏蘭湖平均深度只有5.4米。

“這些湖泊的平均深度驗證了我們之前的推測——這是青藏高原北部冰蓋退縮後形成的冰蝕窪地,積水成湖,所以相對水深較淺。”

科考隊員還發現,近幾十年來,隨著降水增多和冰川退縮,可可西里區域湖泊面積明顯擴張,水量增加,多數湖泊擴張20%以上。其中,永紅-西金烏蘭湖擴張最為明顯,面積由第一次科考時的416.1平方公里,擴張到615平方公里,增大了近一半。

“青藏高原湖泊擴張對區域生態環境是有益的,現在大家關注的是其對亞洲水塔的影響”。

青藏高原地區是全球第二大的冰川聚集地,孕育了黃河、長江、恒河、湄公河等眾多亞洲的大江大河,因此得名“亞洲水塔”。近年來,有人擔心亞洲水塔的冰川融化消失,河源枯竭,亞洲人的淡水資源將會受到威脅。

朱立平說,整個青藏科考的一項重要工作就是要考察“水塔”中到底有多少水,能在多長時間發揮作用。“瞭解冰川儲量及其變化是認識亞洲水塔水量的一項重要內容,但是冰川不僅在融化,其上部也在積累,使冰川物質得到補給。那麼對於補給冰川物質的降雪來自哪裡?來了多少?我們對湖泊水量變化的研究就試圖回答這個問題。”

他說,對於可可西里地區而言,湖泊面積擴張有一部分是冰川融水形成的,但主要是降水增加的原因。但是,湖泊里的水蒸發後進入空中,60%以上又會以降水形式回到當地,其中的降雪就又補給冰川。“因此我們下一步的目標,就是要研究擴張後的湖泊對區域水循環的影響。”

可可西里湖泊考察岩芯取樣,隊員分享獲得樣品的喜悅。第二次青藏科考湖泊演變及氣候變化響應科考分隊供圖

百湖數據 將支撐亞洲水塔研究

隨著面積的擴張,不少湖泊鹽度也隨之下降。朱立平說,這將更有利於周邊生態環境。

“無論是水草,還是浮遊生物,甚至魚蝦,湖泊鹽度越低,越有利於它們生存。水生生態環境變好,也會有利於陸生動物的生長繁殖,淡水湖泊是藏羚羊、野驢等動物的優良棲息地。”他說,在西藏,一些湖泊看著蔚藍色一大片,可動物一喝就會死掉,就是因為湖水鹽度太高。

青藏高原第二次科學考察啟動以來,湖泊演變及氣候變化響應科考分隊已獲取70多個湖泊超過2萬平方公裡面積的實測資料。2020年,科考分隊將繼續在青藏高原進行湖泊實地考察,最終將獲取近100個湖泊的實測水深數據。

“100個湖泊將儘量分佈均勻,今年我們計劃到阿爾金山的湖泊進行考察,阿爾金山位於新疆和田北側,也屬於青藏高原的範圍內。”

未來,科考分隊將在這些數據的基礎上,通過數字地面高程數據和已測湖泊的面積-水量模型,估算整個青藏高原的湖泊水量及其變化,並分析與氣候變化的關係,為亞洲水塔的動態變化及其對氣候變化的響應機理研究提供數據支撐。

新京報記者 張璐

編輯 樊一婧 校對 劉軍

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