喀斯特的全球觀

李婷婷

喀斯特，原指南斯拉夫伊斯特拉半島上石灰巖高原的一處地名，后變成了喀斯特地貌的專屬名詞。它在國內有一個更通俗的名字，那就是巖溶，即水對可溶性巖石（主要是碳酸鹽巖）發生物理—化學—生物作用的過程和現象。

碳酸鹽巖主要包括石灰巖和白云巖。在中國，大多數省份、自治區皆有不同面積的碳酸鹽巖分布，出露地表總面積約130萬平方公里，約占全國總面積的13.5%，而被埋藏在地下的則更為廣泛，累計厚度達幾千米、上萬米的都毫不夸張。其廣泛的存在影響著全球碳循環和水循環，進一步關聯著巖石圈、水圈、大氣圈和生物圈（包括人類自身）的發展。

浩大的影響力促使喀斯特動力學的研究規模也不遑多讓，吸引了大批科學工作者前赴后繼。這其中，喀斯特動力學與全球變化研究團隊作為杰出的代表，為國際喀斯特科學的進展貢獻了中國智慧。

世界目光聚焦中國

喀斯特動力學理論作為“年輕”的名詞，自中國誕生，惠及世界。

在該理論中扮演重要角色的碳酸鹽巖，主要成分為碳酸鈣，會同水、二氧化碳生成碳酸氫鈣溶液。看似平平無奇的化學反應，因碳酸鹽巖的廣泛存在變得極具價值。尤為值得注意的是，碳元素由固態、氣態向液態的轉化，牽動了整個自然生態系統，不僅關乎氣候、水文等，更影響著生物發展。

“現今全球每年排放大約100億噸的二氧化碳，其中40%進入大氣，造成全球變暖；25%進入海洋，約20%通過陸地植被光合作用被吸收，還有10%？15%不知道去哪里了。人們把這稱為‘遺失碳匯。”中國科學院地球化學研究所研究員劉再華解釋說。近些年來，人們發現了“遺失碳匯”的潛在新方向，將遺失的碳元素與碳酸鹽風化（以喀斯特作用為主）逐步建立聯系。這不得不讓世界多一重考慮，在未來，喀斯特動力學要如何參與全球碳循環、氣候變化發展策略的制定？

喀斯特相關研究是一項長遠的任務。其中，碳元素在世界范圍內“流動”，研究它們的重要機構卻需要落腳點。2008年，聯合國教科文組織將國際喀斯特研究中心落戶中國。這一舉動肯定了中國在喀斯特研究領域的突出貢獻。劉再華和他的喀斯特動力學與全球變化研究團隊作為見證者、參與者，與有榮焉。

把喀斯特地球化學研究的關注點拉向中國，事實上并不容易，是幾代人不斷拼搏的結果。劉再華身上有著多數中國科研工作者的影子。20世紀80年代，他自長春地質學院（現吉林大學）水文地質本科專業和中國地質大學（武漢）水文地球化學研究生畢業后，奔赴桂林，投到我國水文地質學、巖溶地質學大家袁道先先生門下，與巖溶景觀的成因、發育打交道。踏實勤懇、吃苦耐勞，是當時一代人的閃光點，劉再華也不例外。

在袁道先院士的領導下，他探索著被稱為“喀斯特地貌”的奇峰、溶洞、石筍等背后的科學機制，參與了多項國際地質對比研究項目。劉再華指出，針對喀斯特動力學的研究，從“無機”過渡到“無機”和“有機”的耦合是一個研究思路的關鍵突破。比起單純地考慮水—巖—氣相互作用如何影響全球碳循環，他創新性地把生物耦合進來，提出了基于“水—巖—氣—生相互作用”的喀斯特作用（碳酸鹽風化）碳循環新模式和有效估算大氣二氧化碳源匯的新方法，初步評價了全球碳酸鹽風化產生的碳匯。

“學界普遍認為， 是硅酸鹽風化碳匯在控制著長時間尺度的氣候變化。但是，我們發現，河流、湖庫中的藻類能夠把水里的無機碳轉化、沉積下來，實現碳酸鹽風化碳匯的穩定。”這一發現，回應了國際學術界對碳酸鹽風化是否存在長時間尺度碳匯的質疑。也就意味著，傳統的觀點即“只有鈣硅酸鹽風化才能形成長久的碳匯并控制長時間尺度的氣候變化”并不是絕對正確。

此外，基于突破性發現，劉再華及其喀斯特動力學與全球變化研究團隊不斷有成果產出，贏得了國內外同行的肯定。其中相關成果“發現全球水循環中的溶解無機碳可能是一個重要的碳匯”曾入選“2007年度中國基礎研究十大新聞”，被國家科技部推薦參加了“‘十一五國家重大科技成就展”。從更廣闊的層面來看，他們的研究正為世界提供著可溯源、解析、復制的中國喀斯特研究方案。

科學研究的組合拳

轟動世界的影響力，不是一把地質錘敲出來的，也不是純靠雙腿跑出來的。劉再華說，他們打的是“組合拳”，跑野外、做實驗、搞模擬缺一不可，在現代技術的加持下，一線考察和理論深挖都不能耽誤。他們有著徐霞客暢游南北名山大川的閱歷，也有著對數據、實驗結果把握的嚴謹。

劉再華回憶，在德國不來梅大學攻讀地球化學博士期間，為了加快進度，自己在實驗室一待就是十幾個小時。早八點、晚十一點的模式，是家常便飯。“實驗很繁瑣也很重要。在二氧化碳作用下，碳酸鈣溶解非常快，在空氣或水中均吸收了大量二氧化碳”。然而，碳酸鈣沉積又會釋放二氧化碳，所以國際上普遍認為吸收與釋放相抵。另外，通常認為“自然界中巖石風化碳匯通量短時間尺度上是基本不變的”，所以并不看重它對碳匯的影響力。然而，劉再華通過反復實驗質疑了這一觀點。他證明了在喀斯特反應中，碳形態變化對自然影響的重要程度，解決了碳酸鹽風化碳匯等相關疑難問題，在世界級期刊上發表的多篇論文也得到了業內的廣泛認可。

談及后來的回國發展，劉再華直言：“中國有國際項目，我們自己也需要人才。”在他看來，學成歸國是一件早已篤定的事情。于是將國外的工作完成后，他拒絕了簽證延遲，回國加入到喀斯特動力學與全球變化研究團隊。多年來，他們負責了國家自然科學基金面上/重點/重大項目、國家重大基礎研究前期研究專項等一系列的研究課題，面向典型喀斯特地區的深入研究成果揭示了喀斯特碳循環過程對大氣圈、巖石圈、水圈和生物圈的影響。

在不斷取得新成果的同時，劉再華坦言，困難不少，但沒有遇到無法解決的問題。這與他們團隊積極的心態有很大關聯。“問題出現沒什么可怕的，關鍵是找到原因和解決辦法。”劉再華不喜歡打無準備的仗，任何工作都要有充足的籌備、設計時間，并將多方面考慮到。他認為，磨刀不誤砍柴工的理念適用于科研工作，也能用來培養人才。“只要不出差，我就會在辦公室看文獻，不僅是最新的文獻，還有過去幾十年甚至上百年的文獻。”劉再華雖教導學生多讀文獻，但不唯文獻，“要學會在閱讀中發現問題、了解問題價值，然后以問題為導向挖出一些更深層的東西”。

在進一步的布局、規劃中，劉再華對團隊發展有著清晰的認識。他表示，喀斯特動力學理論的提出是一個層面，發展、完善是另外一個層面，而后者需要更長久的時間和耐心。“喀斯特動力學相關的碳匯問題仍是目前需要攻關的主要任務。全球碳循環、應對氣候變化是國際需求，在這個基礎上，我們國家除了積極參與，還要有自己的發言權。怎樣通過土地利用調節人類活動應對氣候變化，如何做好生態修復提高碳匯，我們要從科學的角度提供數據支撐和策略指導。”能夠搞明白這些，既是在幫國家爭取國際話語權，又是為人類的長遠發展謀求效益。

除此之外，基于水—巖—氣—生相互作用的喀斯特動力學理念，劉再華所在團隊還將關注點延伸到了水體富營養化問題。他指出，團隊已經初步證實了水體富營養化與碳循環的內在關聯性，下一步將會進一步深化其中機制，力爭把水體富營養化問題和碳匯問題聯合解決，為全球碳匯和水質安全等時代任務尋找一個平衡點。

“問題導向、解放思想、求真務實、創新突破。”這16字工作愿景是劉再華基于當下、面向未來提出的。對讓中國智慧促進國際喀斯特學發展這件事，他和團隊想要更進一步。