孔繁德

(河北環(huán)境工程學(xué)院,河北 秦皇島 066102)

1 我國(guó)科學(xué)家在地學(xué)領(lǐng)域?qū)λ木S空間的探索與研究

18世紀(jì)物理學(xué)和數(shù)學(xué)開展了四維空間的研究與探討,并取得一些重要成果。20世紀(jì)以來,地學(xué)界也開始了對(duì)四維空間的探索與研究,歐美及前蘇聯(lián)的科學(xué)家對(duì)此開展了有益的探索與研究,并取得一些重要成果[1-2]。四度空間的研究,在地學(xué)領(lǐng)域體現(xiàn)在經(jīng)度、緯度、海拔高度三個(gè)空間尺度和時(shí)間尺度的綜合研究。在這個(gè)領(lǐng)域我國(guó)科學(xué)家在20世紀(jì)先后開展了不同時(shí)間尺度的探索,并取得世界公認(rèn)的成果[3-10]。

在距今5 000年時(shí)間尺度的人類文明史中,竺可楨先生[11]開展了中國(guó)古代5 000年來氣候變化的研究,研究成果得到了國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)界的公認(rèn),并產(chǎn)生了世界性影響。在距今2 200萬年,特別是2 403年以來,我國(guó)沉積了數(shù)百米厚的黃土,其中有多達(dá)數(shù)十個(gè)層次,包含了大量古環(huán)境、古氣候信息,我國(guó)以劉東生先生為代表的科學(xué)家對(duì)此進(jìn)行幾十年不懈的探索和研究,獲得與深海沉積、極地冰蓋相呼應(yīng)的第四紀(jì)古環(huán)境與氣候演化的成果,為此,劉東生先生得到了國(guó)際獎(jiǎng)勵(lì),也獲得了我國(guó)最高科技獎(jiǎng)。

對(duì)于距今6 500萬年的新生代古環(huán)境與古氣候,周廷儒先生開展了卓有成效的研究,提出“以古論今,預(yù)測(cè)未來”研究法則,開創(chuàng)了“以自然地理學(xué)為研究方向的新生代古地理”。周延儒先生的研究成果證明了青藏高原隆起是我國(guó)三大自然區(qū)發(fā)展演變的動(dòng)力,提出了自然地理分區(qū)的發(fā)生學(xué)原則,解決了中國(guó)區(qū)域自然地理學(xué)最基本的理論問題。青藏高原被世界地學(xué)界公認(rèn)是世界第三極,有關(guān)青藏高原的研究與探索具有世界意義。也為煤炭、石油、天然氣、鹽、石膏、外生鈾礦等沉積礦床的勘探與開采提供了科學(xué)依據(jù)。周延儒先生的學(xué)術(shù)思想則對(duì)我國(guó)新生代地理環(huán)境演變各類具體問題的研究起著重要的引領(lǐng)和指導(dǎo)作用。

2 周廷儒先生在環(huán)境與氣候演化領(lǐng)域的研究與探索歷程

周廷儒先生1909年生于浙江省富陽縣,1929年在中山大學(xué)地理系學(xué)習(xí),1933年畢業(yè)獲學(xué)士學(xué)位,留校工作。抗戰(zhàn)爆發(fā)后于1938年在昆明西南聯(lián)大史地系講授普通自然地理,1940年到重慶前中央研究院地理研究所做研究工作,在大西南、大西北許多地方進(jìn)行考察研究。1946年春赴美國(guó)加利福尼亞大學(xué)留學(xué),1948年畢業(yè)并獲碩士學(xué)位。1950年回國(guó)任北京師范大學(xué)地理系教授,1952—1983年任地理系主任,并于1980年當(dāng)選中科院地學(xué)部學(xué)部委員(即現(xiàn)在的院士)。

周廷儒先生在北京師范大學(xué)地理系工作時(shí),除長(zhǎng)期主持全系教學(xué)科研的領(lǐng)導(dǎo)工作外,還親自講授地貌學(xué)、中國(guó)自然地理、古地理等課程。在此期間主持或參加了多次國(guó)家自然資源考察,1953—1955年,參加并主持了中國(guó)自然區(qū)劃工作,先后完成了《中國(guó)地形區(qū)劃草案》《中國(guó)綜合自然區(qū)劃草案》等專著,1956—1959年參加了中蘇合作的新疆綜合考察,取得一批珍貴的成果,發(fā)表了一些論文,主持撰寫了《新疆地貌》。

通過上述長(zhǎng)期的野外考察,周廷儒先生深刻地認(rèn)識(shí)到自然環(huán)境具有自身的演化過程。因此,只有認(rèn)識(shí)自然環(huán)境的演化歷史,才能更全面、更深刻認(rèn)識(shí)現(xiàn)代自然環(huán)境的特點(diǎn)及其發(fā)展規(guī)律,并預(yù)測(cè)今后自然環(huán)境演化的趨勢(shì)[12]。在20世紀(jì)60年代初,周廷儒先生就率先提出自然地理學(xué)的環(huán)境演化研究方向,開創(chuàng)了古地理學(xué)。1960年在《北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)》發(fā)表了《中國(guó)第三紀(jì)、第四紀(jì)以來地帶性與非地帶性的分化》,明確指出中國(guó)第三紀(jì)(古近紀(jì)與新近紀(jì))以來自然環(huán)境發(fā)生的巨大變化,產(chǎn)生廣泛而深刻的影響,并進(jìn)而明確“研究過去是為了了解現(xiàn)在,也是為了更好地預(yù)測(cè)未來。”這篇論文在國(guó)內(nèi)得到時(shí)任中科院副院長(zhǎng)的竺可楨先生等一批地學(xué)科學(xué)家的認(rèn)可及高度評(píng)價(jià)。

1988年周廷儒先生在《北京師范大學(xué)學(xué)報(bào)》上發(fā)表了《環(huán)境古地理學(xué)的發(fā)展方向——開展地理環(huán)境學(xué)的預(yù)測(cè)研究》,將環(huán)境及氣候演化的研究與全球環(huán)境變化這一重大研究方向相結(jié)合,為古地理學(xué)的研究與教育開辟了新的方向與領(lǐng)域,適應(yīng)并符合全球環(huán)境變化研究的趨勢(shì),使古地理學(xué)的環(huán)境及氣候演化的科研教學(xué)工作上了新的臺(tái)階,進(jìn)入世界地學(xué)重大研究課題的前沿。

3 周廷儒先生在新生代環(huán)境及氣候演化方面的研究成果

周廷儒先生提出“研究過去是為了了解現(xiàn)在,也是為了更好地預(yù)測(cè)未來”[13]。后來,他還進(jìn)一步作出了解釋:“研究過去環(huán)境的發(fā)展和演化過程,是認(rèn)識(shí)現(xiàn)代環(huán)境和預(yù)測(cè)未來環(huán)境發(fā)展趨勢(shì)的前提與基礎(chǔ)”[14]。這一學(xué)術(shù)思想與當(dāng)今世界性科學(xué)前沿課題——全球變化研究的核心思想是一致的。

在上述學(xué)術(shù)思想和研究路線的指導(dǎo)下,周廷儒先生1960年起探索出中國(guó)新生代環(huán)境及氣候演化的規(guī)律及特點(diǎn)[15-18]:

第三紀(jì)(古近紀(jì)與新近紀(jì)),即距今6 500萬年～300萬年之間,白堊紀(jì)燕山運(yùn)動(dòng)結(jié)束后,中國(guó)有一個(gè)構(gòu)造穩(wěn)定階段(老第三紀(jì)或古近紀(jì)),在各地準(zhǔn)平原化作用下,中國(guó)全部大陸均屬于行星風(fēng)系的環(huán)境形式。當(dāng)時(shí)中國(guó)大陸的氣候帶分為熱帶、亞熱帶、暖溫帶,自南而北整齊分布,對(duì)應(yīng)的自然帶是熱帶常綠闊葉林地帶、亞熱帶疏林草原和荒漠地帶、暖溫帶落葉闊葉林地帶。漸新世后期,發(fā)生了喜馬拉雅運(yùn)動(dòng),其最強(qiáng)烈的垂直運(yùn)動(dòng)是發(fā)生在晚第三紀(jì)(新近紀(jì))末期和第四紀(jì)初期。喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)使得大陸性氣候加強(qiáng),建立起大陸與大洋的對(duì)比關(guān)系,形成的季風(fēng)環(huán)流形式取代了老第三紀(jì)(古近紀(jì))的行星環(huán)流風(fēng)系形式。中國(guó)位于歐亞大陸的東南部,受這種非地帶性變化和季風(fēng)引起的西風(fēng)急流的動(dòng)力作用影響顯著,極大地改變了中國(guó)氣候要素的時(shí)間組合方式和空間分布規(guī)律。到了距今300萬年以來的第四紀(jì),中國(guó)東部季風(fēng)區(qū)、西北內(nèi)陸干旱區(qū)及青藏高原高寒區(qū)的分異更加明顯,特點(diǎn)各異。

在第四紀(jì)時(shí)期里,我國(guó)位于大陸冰川外圍。東部季風(fēng)區(qū)溫濕期溫度增高,雨量較多,地表徑流相當(dāng)活躍,化學(xué)風(fēng)化作用強(qiáng)烈,海平面上升。冬春氣候變得和緩。長(zhǎng)時(shí)間親潮勢(shì)力衰退,北太平洋亞熱帶高壓加強(qiáng),形成亞熱帶大規(guī)模反氣旋,中緯度以南海流速度加強(qiáng),海水溫度升高,這就使我國(guó)東南沿海的大雨和暴流作為雕塑堆積地貌的強(qiáng)大營(yíng)力。寒冷階段,北極區(qū)大陸冰川擴(kuò)展,永凍帶、苔原帶到達(dá)我國(guó)東北區(qū)。全部氣候帶向赤道方向移動(dòng),海水東退,大陸度增加,北方風(fēng)積作用變強(qiáng),而南方繼續(xù)進(jìn)行富鋁化的風(fēng)化作用。第四紀(jì)晚期,西伯利亞寒流冬季常侵入我國(guó)境內(nèi),使得我國(guó)大陸的氣候帶向南移動(dòng)達(dá)4個(gè)緯度之多。全新世以來,氣候轉(zhuǎn)暖,西伯利亞冰川開始消退,各個(gè)地帶向北遷移,恢復(fù)到更新世中期的位置。

西北干旱區(qū)在整個(gè)第四紀(jì)時(shí)期,已形成明顯的內(nèi)陸性和干燥性的自然地理環(huán)境。內(nèi)蒙部分向半干燥的草原方向發(fā)展,而新疆的大部分是向著干燥荒漠方向發(fā)展。

青藏高原干寒區(qū)在第四紀(jì)初繼續(xù)上升,但幅度并不很大。高山隆起屏障了東南亞季風(fēng)環(huán)流深入高原內(nèi)部,使高山冰川面積縮小,湖泊變咸,原有巖溶的峰林地貌遭受寒凍和風(fēng)力破壞。藏北永久凍土的面積擴(kuò)大。高原面上的植被大部分屬于貼生在地面的疏生墊狀植物,高原動(dòng)物群仍屬于古北區(qū),動(dòng)物身披厚毛,嚙食貧瘠草類使鄂骨發(fā)達(dá)。

4 周廷儒先生在環(huán)境及氣候演化研究中的作用和貢獻(xiàn)

4.1 創(chuàng)立古地理學(xué)科,開創(chuàng)環(huán)境及氣候演化的探索與研究

經(jīng)多年的醞釀與準(zhǔn)備,1960年周廷儒先生發(fā)表了《中國(guó)第三紀(jì)第四紀(jì)以來地帶性與非地性的分化》,創(chuàng)立了古地理學(xué),同時(shí)開創(chuàng)了新生代環(huán)境及氣候演化的探索與研究。中科院資深院士劉東生先生稱:“他在1960—1989年近30年的時(shí)間不遺余力地發(fā)展古地理學(xué),他是這門學(xué)科的一位孜孜不倦的倡導(dǎo)者,也是一位被人們衷心擁護(hù)的奠基人。”[19]冰川學(xué)家施雅風(fēng)院士則稱之為“古地理研究中偉大的集成創(chuàng)新”[20]。

4.2 培養(yǎng)了一批從事古地理學(xué)、環(huán)境及氣候演化的科技人才

1963年,經(jīng)高等教育部批準(zhǔn),北京師范大學(xué)地理系建立新生代古地理研究室,組成了研究團(tuán)隊(duì),編寫了有關(guān)的古地理學(xué)教材,同時(shí)開設(shè)了有關(guān)課程,并開始招收研究生。1979年招收碩士研究生,1985年招收博士研究生,為開展新生代古地理、環(huán)境及氣候演化培養(yǎng)了一批寶貴的人才。并先后完成了《古地理學(xué)》《中國(guó)自然地理(古地理)》等教材與專著[21-22],成立了孢粉、碳十四等6個(gè)有關(guān)實(shí)驗(yàn)室,全面恢復(fù)并推進(jìn)了環(huán)境及氣候演化的研究與研究工作,并先后取得一批研究成果。

4.3 為當(dāng)前研究全球變化提供了寶貴的地球自然環(huán)境及氣候演化的背景值

周廷儒先生對(duì)6 500萬年以來的中國(guó)新生代自然環(huán)境及氣候演化研究取得了重要的成果。這些成果是目前全球演化的歷史背景值,非常必要,十分寶貴。在新生代環(huán)境及氣候演化的研究中應(yīng)用的一些方法也值得當(dāng)代人在研究全球變化中借鑒。

4.4 周廷儒先生對(duì)新生代自然環(huán)境及氣候演化的研究還促進(jìn)一些新學(xué)科的產(chǎn)生與發(fā)展

20世紀(jì)80年代,周廷儒先生的學(xué)生就開展了自然災(zāi)害的研究,并取得一批成果,1994年6月國(guó)家教委批準(zhǔn)北京師范大學(xué)新生代古地理研究室和自然災(zāi)害研究室合并組建了環(huán)境演化與自然災(zāi)害教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室。

面向全球變化研究的世界潮流和國(guó)家需要,北京師范大學(xué)地理系部分教師開設(shè)環(huán)境演化、全球變化等課程,并編寫出版了高等教育“九五”國(guó)家教委重要教材,面向21世紀(jì)教材《全球變化》,這是國(guó)內(nèi)第一本全球變化教材,2001年獲北京市教學(xué)二等獎(jiǎng)。