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我国首测可可西里湖泊水下地形数据 专家讲述幕后故事

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新京报快讯(记者 张璐)可可西里青藏高原中湖泊分布最为集中的地区。然而受限于当地艰险的自然条件,这里一直是青藏高原湖泊考察中的空白区。

去年10月,第二次青藏科考湖泊演变及气候变化响应科考分队对可可西里地区的主要湖泊进行了系统科学考察,首次获得了该区域大中型湖泊水下地形、水质剖面等数据,为“亚洲水塔”湖泊变化、三江源国家公园建设等提供了坚实的基础数据。近日发布的考察结果显示,近几十年来,随着降水增多和冰川退缩,该区域湖泊面积明显扩张,水量增加,多数湖泊扩张20%以上。

在海拔5000米的高原测量湖泊有何困难?可可西里湖泊面积增长对“亚洲水塔”有何影响?新京报记者对话第二次青藏科考湖泊演变及气候变化响应科考分队队长、中科院青藏高原所湖泊与环境变化团队负责人朱立平研究员,听他讲述科考人员在可可西里“探湖”的故事。

可可西里测湖行进中。第二次青藏科考湖泊演变及气候变化响应科考分队供图

 地冻湖不冻 进入可可西里的“窗口期”

青藏高原是我国最主要的三大湖泊区之一,其湖泊面积占我国湖泊总面积50%以上。该区湖泊近5万平方公里,占整个青藏高原面积的2%左右,近几十年变化非常剧烈。

据朱立平介绍,受条件限制,第一次青藏科考关于湖泊水深和水质的资料,仅限于近岸湖区,代表性不足,基本没有完整的水下地形测量,留下了大量的空白区域,限制了对青藏高原湖泊水文状况的研究。可可西里区域更是“空白”中的“空白”。

2019年10月15日,中国科学院青藏高原研究所牵头组成第二次青藏科考湖泊演变及气候变化响应科考分队,由青海省境内沱沱河以北的二道沟进入可可西里自然保护区。此次,他们的任务就是对可可西里的湖泊进行“全景式扫描”。

科考分队由中科院青藏高原所、北京大学、南京大学等5家单位的28人组成。在32天里,他们的考察路线覆盖了可可西里自然保护区全境,全程1400公里。

10月中旬,可可西里白天气温低至-20摄氏度,为何选择在此时进行科考?朱立平解释说,可可西里地区遍布辫状河流,科考队翻山涉水,常常需要在河滩上行进。如果土地不上冻,载重车容易陷入河滩,所以必须在土地上冻的时候进入可可里西。与此同时,由于考察需要入湖,湖水必须不能上冻。

“按说4月条件也可以,但此时土地开化,一旦我们不能在‘五一’之前走出可可西里,将由于严重陷车而面临走不出来的困境。所以,10月下旬到11月下旬,成为当地湖泊科考的全年最佳窗口期”。

科考队工作场景。第二次青藏科考湖泊演变及气候变化响应科考分队供图

最艰难的一次科考 裹三件羽绒服抗风

从1989年第一次进藏起,朱立平已经数不清自己多少次踏入被称为“世界第三极”的青藏高原。他觉得,此次是30年来考察中,最艰苦、最困难的一次。

可可西里是中国最大的无人区之一,艰险的自然环境给科考队员带来不小的挑战。尽管挑选了“最佳窗口期”进入,科学家们仍然遇上了“陷车”危机。

那天上午9点,科考队员前往180公里外的乌兰乌拉湖营地。原本打算按照每小时20公里的“龟速”前进,10个小时内就能到达终点。谁也没料到,队伍当天遇到了4次陷车。

最后一次陷车临近山的垭口,大雪掩盖了尚未冰封冻实的小池塘。小型越野车通过后,大卡车顺着车辙前行,深陷池塘。此时天已擦黑,狂风呼啸,科研人员只好把卡车上4吨的物品全部卸下,将车拖出,再进行装车。“零下十几摄氏度,5级风的情况下,我们在那里折腾了4个小时。”

在天黑无路、食物缺乏的情况下,是就地扎营还是前往目的地?科考队员拿不定注意,作为队长的朱立平更是压力陡增。最终,在当地向导的建议下,科考队当晚9点继续摸索前行,一直到第二天凌晨3点才到达目的地。4点扎完营后,大家才吃上了一口热乎的泡面。

低温也是科考队员面临的一大考验。乘船入湖时,队员们往往套上三件羽绒服、两件羽绒裤抵御寒风。“但是鞋没法多穿,大家只能多穿几双袜子。最长的时候,队员需要在寒冷的环境中工作十三四个小时。”

科考队行进中遇到“陷车”情况。第二次青藏科考湖泊演变及气候变化响应科考分队供图

为躲风浪 曾夜里摸黑下湖测量

此次,考察队首次全面测量了该区域特拉什湖、乌兰乌拉湖、永红-西金乌兰湖、勒斜武担湖、太阳湖、可可西里湖、盐湖7个主要湖泊的水下地形,并获取了这些湖泊的水质剖面数据。

每次到达目的地后,科考人员先在距湖泊二三十米的地方扎营,架设能装载4-5吨重设备的考察平台。折叠的橡皮艇被展开充气,再由七八位队员抬着放入湖中。

和上世纪90年代初的第一次考察相比,如今的测量工具发生了改变。朱立平说,当时水深和水质测量工具都是手动的,科考人员或者将绳子丢入湖中测量水深,或者使用手持声呐,按一下发出一个声波,返回一个数据。进行水质测量时,需要把水取回,在实验室里进行检测。

如今,科考队员在船上设定好航线后,将自动声呐挂在橡皮艇尾部。船行进时,声呐每隔一段时间发射声波并返回数据,记录下经度、纬度和水深。同时,科研人员使用多参数水质仪,能自动测量水温、水深、电导率、pH值、叶绿素、含氧量等水质指标。

在无风的日子里,湛蓝色的湖面平滑如镜、深邃漂亮。可一旦湖面上翻起白色浪花,科考人员就要警惕了。“进入10月,整个高原被西风带控制,风大且硬。当浪花有30厘米高时,就不适合考察作业了,如果到了50厘米,在湖里停留会有危险。”

慢慢地,科考队掌握了规律——湖面经常下午四五点起风。为躲避风浪,队员们冒着低温早起工作,下午起风的时候收队。如果天气好,赶上哪天下午没怎么刮风,大家就一鼓作气干到晚上十一二点再回营。

7个主要湖泊中,最大的是乌兰乌拉湖,面积达到675平方公里。可在这里考察时,白天湖面偏偏风浪不止,科考队员只好制定好航线,硬着头皮夜间下湖。“虽然我们事先评测过安全性,也有应急预案,一旦有紧急情况将呼叫营地,紧急靠岸,但深夜,一个小船3个人在一望无际的湖中行进,还是要克服心理恐惧。”

就这样,考察队驾驶挂载声呐设备的橡皮艇走航式测量湖泊水深,总测线达到1280公里长,涵盖湖面面积共计2330平方公里。

可可西里测湖队员在夜色中考察归来。第二次青藏科考湖泊演变及气候变化响应科考分队供图

 钻取湖泊岩芯 了解万年区域气候变化

除了测量水下地形,科考队还采集了7个湖泊表层沉积样品、25个湖泊与河流水样、102个表土样品,并在10至40米不等水深处钻取10支湖泊岩芯。

在湖底,各个年代的沉积物一层层累积,其中的一些化学或生物指标可以反映当时的沉积环境和气候条件。数米长的岩芯从下到上,覆盖的年份长达万年之久。科研人员通过这些沉积物,可以对过去几万年的气候环境进行反演。“比如距今两万年前是末次冰期最盛期,最近3000多年的气候比9000年前冷了不少,都是根据这些得知的”。

钻取湖泊岩芯是个“力气活”,队员们需要协同完成下钻、锤击、提钻、封管的工作。科考人员用浮筒组成20平方米的采样平台,抛锚稳定后将取样管触到湖底,通过重锤击打使沉积物样本进入管中,再将重重的取样管提起。

“除了体力,这项工作更需要经验和技术,在水下五六十米的取样,完全凭感觉。科研人员需要将取样器垂直触到沉积物表面,如果斜了,那取得的沉积物不能真实反映年代气候。同时,取样量也要恰到好处,如果锤击得浅,可能没有取到样本,如果锤击得过狠,样本在取样管中被严重挤压会造成变形。”朱立平说。

此次,可可西里湖和乌兰乌拉湖的湖泊岩芯是目前该区域主湖区的最长样本,有望反映过去一万年以来该区域气候变化和湖泊环境演化过程。

  多数湖泊扩张20%以上 或将有利于区域水循环

就在不久前,科考队公布了考察成果:可可西里区域湖泊与西藏南部地区近似面积大小的湖泊相比,具有水深相对较小的特点。其中,乌兰乌拉湖最深处60多米,特拉什湖最深处仅为9.7米、西金乌兰湖平均深度只有5.4米。

“这些湖泊的平均深度验证了我们之前的推测——这是青藏高原北部冰盖退缩后形成的冰蚀洼地,积水成湖,所以相对水深较浅。”

科考队员还发现,近几十年来,随着降水增多和冰川退缩,可可西里区域湖泊面积明显扩张,水量增加,多数湖泊扩张20%以上。其中,永红-西金乌兰湖扩张最为明显,面积由第一次科考时的416.1平方公里,扩张到615平方公里,增大了近一半。

“青藏高原湖泊扩张对区域生态环境是有益的,现在大家关注的是其对亚洲水塔的影响”。

青藏高原地区是全球第二大的冰川聚集地,孕育了黄河、长江、恒河、湄公河等众多亚洲的大江大河,因此得名“亚洲水塔”。近年来,有人担心亚洲水塔的冰川融化消失,河源枯竭,亚洲人的淡水资源将会受到威胁。

朱立平说,整个青藏科考的一项重要工作就是要考察“水塔”中到底有多少水,能在多长时间发挥作用。“了解冰川储量及其变化是认识亚洲水塔水量的一项重要内容,但是冰川不仅在融化,其上部也在积累,使冰川物质得到补给。那么对于补给冰川物质的降雪来自哪里?来了多少?我们对湖泊水量变化的研究就试图回答这个问题。”

他说,对于可可西里地区而言,湖泊面积扩张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,湖泊里的水蒸发后进入空中,60%以上又会以降水形式回到当地,其中的降雪就又补给冰川。“因此我们下一步的目标,就是要研究扩张后的湖泊对区域水循环的影响。”

可可西里湖泊考察岩芯取样,队员分享获得样品的喜悦。第二次青藏科考湖泊演变及气候变化响应科考分队供图

可可西里全体考察队员合影。第二次青藏科考湖泊演变及气候变化响应科考分队供图

  百湖数据 将支撑亚洲水塔研究

随着面积的扩张,不少湖泊盐度也随之下降。朱立平说,这将更有利于周边生态环境。

“无论是水草,还是浮游生物,甚至鱼虾,湖泊盐度越低,越有利于它们生存。水生生态环境变好,也会有利于陆生动物的生长繁殖,淡水湖泊是藏羚羊、野驴等动物的优良栖息地。”他说,在西藏,一些湖泊看着蔚蓝色一大片,可动物一喝就会死掉,就是因为湖水盐度太高。

青藏高原第二次科学考察启动以来,湖泊演变及气候变化响应科考分队已获取70多个湖泊超过2万平方公里面积的实测资料。2020年,科考分队将继续在青藏高原进行湖泊实地考察,最终将获取近100个湖泊的实测水深数据。

“100个湖泊将尽量分布均匀,今年我们计划到阿尔金山的湖泊进行考察,阿尔金山位于新疆和田北侧,也属于青藏高原的范围内。”

未来,科考分队将在这些数据的基础上,通过数字地面高程数据和已测湖泊的面积-水量模型,估算整个青藏高原的湖泊水量及其变化,并分析与气候变化的关系,为亚洲水塔的动态变化及其对气候变化的响应机理研究提供数据支撑。

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