從黃土地走向世界的科學家
——記中國科學院院士安芷生

文/王遂社 黃明 周亞龍

陜西長嘉實業（集團）發展有限公司 特約

作為西北人，在黃土地出生，在黃土地成長，又在黃土地繁衍生息，那么，如果要問黃土是怎樣生長起來的？恐怕沒有幾個人知道。

雄奇壯偉的黃土高原，總面積達60多萬平方公里。這里的黃土平均厚度在50—80米，最厚達到250米以上。

地球上70%的黃土都集中在這里。

2002年，安芷生（前）在云南鶴慶鉆孔鉆探現場

曾經有人形容說，人類要了解地球數百萬年的變化歷史，必須讀三本“書”：一本是深海沉積的歷史，一本是極地冰芯的歷史，第三本便是黃土的歷史。安芷生就是在黃土形成和演變歷史研究方面作出卓越貢獻的人?！包S土地是我們世世代代休養生息的地方，它是一個巨大的地質文獻庫，隱含著地球環境變化的各種信息，它像一把鑰匙，能夠解開無數的謎?！?/p>

黃土從哪里來？“設想一下，如果類似現在沙塵暴的風沙天氣會帶來0.01毫米厚的塵土，每年10次便能積0.1毫米，10年1毫米，100年1厘米，1000年10厘米，1萬年1米，到現在，黃土高原上最厚的地方已經深達250米，換一種說法也就是說，我們現在所見的黃土高原已經存在了250萬年。從地質上講，我國的干旱史也有250萬年了?！?/p>

如此說來，似乎有一定的道理。

那么，風又從哪里來？

云厚者，雨必猛；弓勁者，箭必遠。

1941年，安芷生出生于湖南芷江。1958年10月高中畢業考入南京地質學院，不久，并入南京大學地質系地質找礦與勘探專業。1962年大學畢業時適逢國家提出要培養我們自己的碩士和博士，安芷生迎來了繼續升學做研究的機遇。通過考試，安芷生進入中國科學院地質研究所，師從著名地質學家、“黃土之父”劉東生攻讀研究生，專業為第四紀地質學。羅曼·羅蘭在《約翰·克里斯多夫》中曾寫道：“一個人年輕的時候需要有個幻想，覺得自己參與著人間的偉大活動，在那里革新世界，他的感官會跟著宇宙所有的氣息而震動?！憋L華正茂的安芷生“野心”更大，因為他的導師劉東生畢生從事地球科學研究，是中國科學院資深院士，曾獲國家最高科學技術獎，是泰山北斗式的學界巨擘?！皠⒗蠋熛劝才盼业街袊茖W院古脊椎所學習古脊椎動物化石與石器。他認為研究氣候變化，古生物研究能夠建立時間和年代的概念，如果沒有這些，第四紀氣候環境變化研究就會缺失坐標?！薄案匾氖?，我常被老師安排到不同類型的實驗室開展研究。我做過古生物化石的鑒定，做過地球化學分析，做過偏光顯微鏡的觀察，甚至做過孢子花粉的鑒定，受過的訓練嚴格又全面。這些訓練為后來的研究打下了堅實的基礎，直到今天仍然受用?！卑曹粕鷮Χ鲙煹母屑ぶ橐缬谘员?。

第一個將磁性地層學引入中國

1966年，安芷生研究生畢業，成為貴陽中國科學院地球化學研究所的助理研究員，仍然從事黃土與第四紀研究。那時，他不僅和大家一起，解決了成昆鐵路沿線隧道中含鹽地層的工程地質難題，為黃河下游暫不改道提出合理建議，另一項重要工作就是翻譯影印版的外國文獻?！笆澜缟吓戮团抡J真二字，”認真讓他發現了美國科學家考克斯發表的最近500萬年的地磁極性變化年表，根據這個年表可以測出沉積物的年齡。學俄文出身的安芷生，用讀研究生期間學到的英文知識把考克斯的地磁極性年表翻譯成中文并進行評述，于20世紀70年代初發表在中科院地球化學所主辦的《地質地球化學》雜志上，把磁性地層學引進中國。之后，他又據此對藍田猿人的年齡進行了測定，確定了澳洲沙漠化的時間。

20世紀80年代，伴隨改革開放，國家支持國際合作的政策陸續出臺，安芷生有機會走出了國門。1981年，他負笈澳洲，師從澳大利亞國立大學杰出的地質學家Jim Bowler教授研究澳大利亞湖泊演化和沙漠化。他發表的第一篇英文文章，就是通過磁性地層學確定了大規模澳洲沙漠化的時間約為60萬年前。

初露頭角，令人刮目相看。

從澳洲回國后，安芷生繼續跟隨劉東生院士開展科學研究。1985年，他們將中國黃土—古土壤序列與深海氧同位素記錄的全球冰量變化做了正確的對比?！捌渲凶铌P鍵的一步是我發現了最復雜的第五層古土壤層（S5）要與深海氧同位素階段13、14和15對應?！卑曹粕f，“這樣就解決了在對比中最難解決的問題。中國黃土、深海沉積和冰芯一起受到國際學術界的重視，成為了研究全球氣候變化的三大支柱?！蓖?，時為中國科學院地球化學研究所副研究員的安芷生帶領8位年輕研究人員，從貴陽來到西安，受命組建中國科學院黃土與第四紀地質研究室，開始了艱苦而執著的追求與探索，也開啟了中國黃土與第四紀地質研究的一次新的飛躍。

首創東亞環境變遷的季風控制學說

1995年中國科學院黃土與第四紀地質研究室合影，二排左五和左六分別為劉東生和安芷生

上世紀30年代，李四光提出了中國古氣候變化的概念。80年代，劉東生等結合黃土與環境變化的研究，建立了中國黃土層型剖面，確認了反映全球冰期—間冰期旋回的黃土—古土壤序列，發現中國黃土的古氣候記錄具有重要的科學價值。

第四紀是地質年代分期中最年輕的一個時代，自距今260萬年以前到現在。這一地質時期與氣候變化、人類出現和人類社會發展休戚相關。于科學而言，關鍵是找到氣候環境變化的規律和機制，認識它的發展趨勢，從而提出科學的應對措施。在安芷生看來，研究得越深，提出應對措施的針對性也就越強。

東亞環境變化有很多現象，關于湖面升降、黃土堆積、土壤變化、沙漠進退、植被帶遷移等等，國際學術界普遍認為，這是由冰期、間冰期的交替造成的。但是如果要進一步探究起來，這么多變化并沒有一條線能夠貫穿起來。

1987年，安芷生與哥倫比亞大學拉蒙特地球觀測所的George Kukla教授和馬薩諸塞州州立大學地球科學系Raymond Bradley教授獲得了第一個美國自然科學基金委的合作項目，研究中國黃土。在著名的板塊學說的誕生地拉蒙特地球觀測所，安芷生和Kukla將黃土—古土壤序列及其磁化率曲線與全球氣候記錄做了對比。尤其在捷克和匈牙利等國家實地勘察之后，安芷生留下了一個深刻印象：這里的黃土分布并不很厚，最多只有上百米，屬于冰川外圍的冰緣黃土。1989年，在美國華盛頓參加國際地質大會之后，安芷生前往密西西比河野外旅行，看到一路分布的都是黃土，而且也是與冰川進退有關的冰緣黃土。一直在中國研究黃土的安芷生，此刻置身海外，突然找到了靈感：“不識廬山真面目，只緣身在此山中！”——中國的黃土，分布面積之廣達60多萬平方公里，厚度達50多米到200多米，而且黃土與古土壤分層相互交替規律十分明顯——顯然，它的形成原因與冰川進退并無聯系。

跳出了黃土成因的冰川說之后，安芷生陷入了更深的思考：中國的黃土如此特殊，它的形成到底與什么有關？

誰也沒有想到，一個偶然的機會，安芷生翻開了女兒的中學地理教科書，竟然讓這一科學難題的研究豁然開朗。他在女兒的初中地理教科書和書后的附圖中發現，東亞的現代氣候主要受東亞季風氣候控制。受此啟發，安芷生開始了深入地研究與求證：東亞季風在冬夏兩季分別由冬季風和夏季風兩股力量交替主導，這是否是黃土形成的動力學因素？“黃土是風成的，雖然在春季發生，但與冬季風有關，古土壤的形成，則主要是受夏季風影響。由此，在東亞季風的影響下，中國黃土的特殊旋回才得到了合理的解釋，而不是簡單的冰期、間冰期理論能夠說明的?！?/p>

安芷生院士榮獲美國沙漠研究所“杰出國際科學家獎”

此后，安芷生帶領團隊積極開拓了黃土與第四紀地質研究新的生長點，在我國不同環境單元獲取了大批珍貴的環境變化記錄（黃土、湖泊沉積、石筍、珊瑚、樹輪等），在構造（百萬年）、軌道（十萬年—萬年）和短時間（千年—百年）尺度東亞大陸環境演化的歷史和規律研究上取得了一系列具有重大國際影響的成果。安芷生把風成沉積作用從黃土高原頂部黃土層拓展到整個黃土序列，并把過去只強調搬運過程的風成作用擴展到物源－搬運－沉積－沉積后變化這一完整過程，為全球變化研究奠定了基礎。

安芷生并沒有停留在黃土研究上，通過對湖面升降、植被帶遷移、沙漠進退、動物遷移、雪線變化的系統研究，他發現，從黃土研究上找到的規律，同樣能用于說明這類自然現象變遷的原因，由此，所有的研究都指向了東亞季風。東亞古季風控制中國古代環境變遷的理論由此成立。1991年，安芷生明確提出“東亞古環境變遷的季風控制論”，較合理地揭示了中國黃土沉積多旋回的氣候意義。季風控制論完美地解決了一系列以前令人不解的現象，如分布廣泛且厚度很大的中國黃土堆積、沙漠的進退、湖面的波動、林線和雪線的變化、生物氣候帶的移動以及中國南海海表溫度的變化等。這項研究曾被國際科學聯合會全球變化委員會確定為東亞地區進行過去全球變化研究的主要議題之一，極大地推動了中國乃至世界第四紀環境變遷研究的發展。

“起初，劉先生不太贊成這個觀點，他總覺得有些形而上學，冰期受冬季風而間冰期受夏季風的影響是不是太簡單了？后來，我們向他報告了只有用季風變遷理論才能解釋中國黃土獨一無二的特點，他很快轉變了觀點?！卑曹粕f。季風，尤其是東亞季風和印度季風帶來的降水關系著東亞和南亞眾多人口的生存和社會的發展。因此，安芷生提出的季風控制論，從20世紀90年代至今都是中國第四紀研究和全球氣候變化研究的一個經久不衰的熱點，并得到了學術界的普遍認可。這也成為安芷生在科研路上一個非常重要的原始創新。陳嘉庚地球科學獎頒獎詞對這一學說貢獻的描述是：首次提出最近250萬年中國黃土—古土壤序列是東亞季風變遷的良好記錄，并將各種地質生物記錄和古大氣環流研究結合，明確指出季風變遷與太陽輻射、全球變化和青藏高原隆升的關系，系統提出了東亞環境變化的季風控制學說，將東亞環境變化推向動力學的理解。從而解釋了以黃土和古土壤交替為特征的中國黃土—古土壤序列以及其他東亞環境變化的一系列現象，為推動上世紀90年代以來東亞過去全球變化和第四紀科學研究的發展作出重大貢獻。

季風歷史和動力學研究隊伍的不斷壯大，鼓舞安芷生組織了一個更大的專家團隊去研究全球季風。他們認為，全球季風是由太陽輻射的季節循環、?！憽獨庀嗷プ饔霉餐瑥娖人鶎е碌?，具有顯著季節變化現象的行星環流系統，表現為行星尺度氣壓系統及氣壓梯度的顯著季節變化、盛行風向的季節性反轉以及干濕季節的交替出現。這一定義強調了季節性氣壓梯度驅動季風變化的重要性，也考慮了不同時間尺度，如構造、軌道、千年、百年甚至更短時間尺度上季風變化的特點和動力學。

繼提出季風控制論，為探索東亞環境變化的機制提供了新思路后，安芷生和華盛頓大學地質學家Stephen Porter一起，根據黃土粒度的證據，又指出千年尺度的東亞氣候突變事件，反映了東亞和北大西洋通過大氣過程的關系。在21世紀初，安芷生發表了關于東亞古季風的歷史、變率以及控制機制的總結性文章。他提出的“熱力牽引和壓力推動”將東亞和澳大利亞季風聯系起來。2011年，安芷生和他的團隊也論證了在冰期—間冰期尺度上，印度夏季風變率很大程度上也受南北半球氣候強迫控制的判斷，闡明了冰期—間冰期印度季風變化的動力學，認為跨赤道氣壓梯度控制的跨赤道氣流影響了南北半球氣候的變化。

學以致用，服務社會發展

我國地處生存環境脆弱多變的東亞地區，在全球變化和社會經濟高速發展的影響下，環境問題尤其突出。其中最為嚴峻的是占國土面積40%的北方地區干旱化，已經成為妨礙東北商品糧基地的發展、華北能源基地的建設以及實施“戰略西移”方針的主要障礙?？茖W地預測干旱化未來的發展趨勢，評估其社會經濟影響，提出合理的適應對策，是國家戰略決策的需要。

為此，安芷生承擔了國家重點基礎研究發展規劃項目《我國生存環境演變和北方干旱化趨勢預測研究》，運用多學科交叉的集成分析，生態系統的觀測實驗和數值模擬方法，研究生存環境系統的自然演變規律，揭示全球增暖以及人類活動對于干旱化的影響過程和機理，在此基礎上研究如何通過組織有序人類活動，保護和改善生態環境，從根本上緩解干旱化影響的科學途徑。同時，又將在季風環境系統的形成和變化規律、全球變化的區域影響和人類活動的環境效應等基礎科學問題上進行研究，發展季風環境系統與全球變化相互關系的科學理論。安芷生對北方干旱、半干旱區和其中典型地區的土地利用和水利用驅動力以及相關生態特征的分析結果表明，由于近幾十年來我國北方地區人口總量及密度迅速增加，工業快速發展，城市擴展，消費水平不斷提高以及對生態系統的不合理經營，造成該地區土地利用和水資源利用變化，加劇了干旱化的發展。建議根據當地的氣候、水文和土壤等條件合理安排農林牧和工業的宏觀布局，是成功實施退耕還林（草）措施的基本原則。該研究成果處于國際先進水平，并產生了重要的學術影響。還對北方干旱化發展的未來趨勢做出了初步的定性預測，為國家有關部門提供了咨詢報告?！拔覀兘裉煲纳莆覈鞑亢忘S土高原的生態環境，首先要遵循自然環境變化的規律，基礎性和前瞻性的科學研究能夠直接為國家經濟社會的可持續發展服務，尤其在資源環境領域?！卑曹粕f。

安芷生院士獲瑞典哥德堡大學名譽博士學位

黃土為基，季風為翼，構筑了安芷生波瀾壯闊的人生。從1958年進入南京地質學院起，60余年來，安芷生在黃土與環境、第四紀地質與全球變化、大氣顆粒物污染控制等領域的研究，取得了豐碩成果。先后在國外高影響雜志上發表論文20余篇，在國內外專業期刊上共發表文章400余篇，其中SCI引用2.7萬余次。1996年—2007年，他的研究論文在地球科學領域全球排名第16位，中國地球科學領域排名第1位。截至2016年，共培養了12個國家杰出青年基金獲得者，以及40多名博士、20多名碩士。

因貢獻突出，他先后榮獲國家自然科學獎、中國科學院杰出科技成就獎、美國沙漠研究所杰出國際科學家獎、陳嘉庚地球科學獎、陜西省科技進步獎等獎項10余項；1991年當選中國科學院院士，2000年當選第三世界科學院院士，2016年當選美國國家科學院外籍院士 。2019年榮獲陜西省最高科技進步獎，入選2019年全球“高被引科學家”名單。