王新同
我國境內有48000多條冰川,在過去50年間,隨著全球氣候變暖,有8000多條冰川已經消失。就連著名的達古冰川,也已經消融了70%。正當無數人為之憂心忡忡時,王飛騰根據自己為北京冬奧會賽道研制人造冰狀雪的經驗,摸索出一種創意的做法,給冰川“蓋被子”。這個大膽的做法,經檢驗收到了奇效,消息傳出,令冰川保護者矚目。今年8月,一批西方科學家來到達古冰川實地考察后,對之贊不絕口。
從小愛科學,成為“冰川人”
1983年,王飛騰出生于山西省太原市,父母都是知識分子。受家庭環境的熏陶,他從小愛看《十萬個為什么》之類的科普讀物以及科幻類小說。
有一次,王飛騰看了一部有關西藏冰川的紀錄片后,大開眼界。他就被瑰麗壯觀的冰川深深吸引住了。冰川不僅很美,它周圍還伴有許多獨特的自然景觀,如湖泊、森林和草地等。山上覆蓋著厚厚的積雪,山下的湖水呈淡藍色。他覺得大自然太神奇了!
后來,王飛騰考人煙臺師范學院地理系。2004年,他第一次實地接觸冰川。王飛騰讀研究生時,跟隨導師攀登海拔4000多米的天山烏魯木齊河源1號冰川。沿途山高谷深,地勢落差極大,冰川融水源源不絕。越接近冰川,氣溫越低,他競在一天內感受到了四季的溫度變化。
經過半天的高山跋涉,登上觀測站時,王飛騰看見的是既瑰麗又壯觀的冰塔林、冰茸、冰橋……在巨大的震撼中,他開啟了冰凍圈科學研究。他說:“冰川是冰凍圈的重要組成部分,它不光是氣候變化的重要驅動因素之一,更是反映氣候變化的記錄儀和警報器。”
王飛騰最先研究的是成冰過程。他在冰川上挖一個雪坑,并在每層積雪上做標志,每周上一趟冰川進行觀察、記錄。在山地冰川,成冰過程是緩慢的,500克的新雪往往只有二三十克能保留在冰川中。不知不覺,王飛騰觀察了3年。此后多年,他堅持在不同的冰川高海拔區域進行野外觀測。2009年,王飛騰在中國科學院寒區旱區環境與工程研究所獲得了理學博士學位,并獲中科院院長優秀獎學金。
多年來,王飛騰像探險家一樣,奔赴全國各地進行冰川調查和研究。其實,這是一個苦差事,在西藏有的地區考察時,他發現由于人跡罕至的原因,會出現各種他沒有遇過的植物。
有一次,王飛騰在尋找冰川的路上,發現一種叫蕁麻的植物,開著穗狀的小花,莖葉生細毛。最初,他沒怎么在意。但由于一路上道路崎嶇,需要拉拽植物或樹枝攀爬,難免會拉到蕁麻。他手一碰上去,好像被棒子痛擊,所有接觸葉子的皮膚部位都被刺麻了,就像每個毛孔被蘸了辣椒水的針刺了,腫痛不已。
王飛騰說,路上滿是帶刺的植物,還有讓人皮膚嚴重過敏的漆樹等。這里的蜜蜂和蜈蚣等毒性也頗強,如果被咬到,不抓到皮破血流,完全無法解癢。他一天被咬過幾次,手腳到處腫脹。所以,普通人很難想象到“冰川人”的艱辛。
我國境內有48000多條冰川,總面積超過5萬平方公里。隨著全球氣候變暖,50年間,有8000多條冰川已經消失。2020年,他了解就連我國著名的達古冰川,其面積也已經縮減了70%。冰川在加速消融,尤其是數量眾多的小冰川,若不進行人工干預,將面臨全面消融。
阻止冰川融化,可是世界性難題,通過怎樣的科學的手段才能做到呢?無數個夜晚,王飛騰夜不能寐,一直苦苦思索這個問題。
覆蓋隔熱材料,阻止冰川消融
王飛騰沒想到,為北京冬奧會造“冰狀雪”的攻關項目,卻讓他頗受啟發。那時,我國還沒有合格的冰狀雪賽道,必須研制出適合奧林匹克賽事專用的“冰狀雪”。接到雪務保障攻關任務時,擔任冰凍圈科學國家重點實驗室副主任的王飛騰還在野外冰川考察,他急忙趕回北京冬奧會雪場。
王飛騰介紹說,造雪、儲雪任務,并不是用造雪機把雪造出來,往雪道上一鋪那樣簡單,因為賽事用雪有彈性、濕度、密度方面的嚴格要求。以雪道“高速公路”——冰狀雪賽道為例,冰狀雪賽道的表面有一層薄薄的冰殼,用于減小賽道對滑雪板的摩擦力,冰狀雪密度需達到0.65克/立方厘米,而造雪機造出來的雪密度低于這一要求。
因此,冰雪專家需要給“初雪”穿上一層冰衣,變成冰狀雪,外型就像冰墩墩那樣。冰狀雪的制作過程需要鋪雪注水,鋪多少雪,隔多長時間注水,是王飛騰的攻關關鍵所在。這可是一項技術活,稍不留神雪會變成冰,不符合標準。
王飛騰帶領大家輾轉黑龍江哈爾濱、新疆阿勒泰等地的滑雪場,進行冰狀雪制作試驗。讓雪穿上冰外衣有上百種方法,用不同的水壓注射幾秒、停滯幾秒再注射……他們一遍又一遍地檢測冰雪硬度是否達標、冰雪顆粒是否均勻。滑雪場氣溫零下20℃是常事,野外奮戰的王飛騰和隊員們不一會兒渾身就掛滿了冰碴。為了節約時間,隊員們帶干糧上山,中午啃一口,一干就是10多個小時。
最終,不同氣溫條件的冰狀雪賽道制作技術被攻克。但面對逐漸變暖的天氣,王飛騰又和團隊馬不停蹄地研究儲雪技術。從落地那一刻,雪粒粒徑、形狀等就時刻變化著,雪質變化將對雪道造成致命打擊。
如果說冰川研究是科學問題,那儲雪更像工程問題。但國內外儲雪的研究非常少,相關文獻匱乏。加之國內人才的匱乏,模擬雪質變化、估算儲雪量,可以說都是在“零下”起步的。
大陸季風型氣候、場館建設工期等情況的限制并不允許雪長期儲存,儲雪必須在賽事將近之時進行。隨著一座人工雪山矗立在賽道旁,團隊又根據不同的氣象條件,結合太陽光照射率等參數,選取經濟性和實用性俱佳的土工布方案,給“雪山”蓋上“被子”。阻隔熱量交換,延長雪的使用壽命。
具體而言,也就是通過覆蓋隔熱反光布料的辦法,將雪儲藏起來。根據他當時研究出的技術,能讓雪完整保存兩年,等用的時候再取出。這就像是把雪藏進冰箱。
就這樣,歷經千辛萬苦后,王飛騰和團隊成員終于為北京冬奧會打造出了優質冰狀雪賽道,從而保障了這個重大賽事的順利進行。
此后,王飛騰開始琢磨能不能把這種辦法用在冰川保護上。他知道,太陽輻射帶來的溫度上升,是造成冰川消融的“罪魁禍首”。王飛騰瞄準了太陽輻射管理方法,在冰川表面鋪蓋隔熱反光材料,給冰川“蓋被子”,增大冰川表面的反照率,以達到減少太陽輻射、降低溫度、減緩消融的目的。
有了這個大膽想法后,他去了被稱為“冰川遺跡百花園”的達古冰川。該冰川位于四川省阿壩州黑水縣的達古雪山上,屬于典型的海洋型冰川,加之總面積較小,對氣候變化的反應尤為敏感。王飛騰判斷,按照它當時的消融速度,10年后,達古冰川就會消失。
王飛騰到這里時是2021年8月5日,正是達古冰川的消融季,他安營扎寨,做起了減緩冰川消融實驗。王飛騰選取了500平方米的試驗場。他帶領隊員在冰川表面鋪設隔熱和反光材料,增大表面反照率,阻擋太陽輻射和冰川的熱交換,以減緩消融。達古冰川試驗區海拔5000多米,很多同事臉上被紫外線曬傷,也磨破了手掌或后背。
此后,王飛騰每周都要進行一次觀測和記錄數據,兩周進行一次匯總。兩個月后,王飛騰通過對比數據驚喜地發現,“蓋被子”的冰川消融速度明顯變慢,與沒做任何防護措施的相比,減緩冰川消融一米多。
對此,國外媒體紛紛進行了報道,一些歐美專家認為,中國達古冰川“蓋被子”試驗,是全球寥寥幾個走向實踐的太陽輻射管理試驗,它對于應對全球變暖、緩解冰川消融有很好的借鑒作用。
癡迷環保,永做“冰川醫生”
盡管如此,王飛騰在研究上不敢絲毫松懈,因為他深知,在我國先存的4萬多條冰川中,僅有四五十條是人類足跡可以到達的。而對于無法到達的冰川,該如何保護呢?這是一直縈繞在他心頭的擔憂。
王飛騰說,人工手段減緩冰川消融,離不開SRM這門學科的介入。SRM是通過人工干預的方法,減少到達地球的太陽輻射,從而給地球降溫,屬于地球工程的一種。目前,科學家提出了很多設想,比如向地球和太陽中間發射反光鏡、向海洋上空的云層噴灑海鹽、往平流層注入氣溶膠、在沙漠中安裝反光鏡等。從模擬結果來看,雖然理論上有潛力使地球降溫,但有很多不確定性。
在王飛騰看來,做冰川保護研究,更像醫生面對癌癥患者:“我們給冰川開了藥方,但阻斷不了它消亡,只能減緩。比如,這個病人原來能活到80歲,經過我們的治療后,現在能活到85歲或90歲。”
在達古冰川的保護性試驗取得成功后,王飛騰和一些科研單位聯系,希望通過合作的方式,研制出高效的高科技隔熱材料。令他興奮的是,南京大學團隊積極研究面向冰川保護的輻射制冷技術,經過科技攻關,近兩年他們研制出新材料“聚合物納米纖維薄膜”,能夠實現低于環境溫度5℃至7℃的制冷效果。
2022年夏天,在天山烏魯木齊河源一號冰川進行試驗,結果50天內冰層增厚140厘米。有關專家總結說,這種納米材料有幾大優勢:可見、近紅外波段反射率高達90%以上,制冷功率高,能進一步延緩冰層、積雪的融化;材料疏水,長期穩定性好,不易受污染;易鋪設、好回收,可重復使用。
今年夏天,王飛騰率領團隊在達古冰川“蓋被子”區域旁邊,重新鋪設了500平米的試驗場。他們運用無人機、三維激光掃描技術等手段觀測記錄。他們驚喜地發現,運用新型納米材料鋪設的區域,其試驗效果更為顯著,初步估計能夠有效減緩80%以上的冰川消融。此舉為全面尋求冰川保護提供了非常寶貴的經驗。8月,一批西方科學家來到達古冰川實地考察后,對之贊不絕口。
與冰川結緣近20年,王飛騰爬上過西藏、新疆等地的多條冰川。他見過因為氣候變暖,而急劇萎縮退后的消融冰川冰舌斷崖,見過冰川瀑布坍塌的驚駭場面。他也爬上過季風性冰川冰舌頂部,掉人過冰河,還差點滑人暗藏在泥沙下的冰洞窟。他說,在野外進行科考作業時,有時一個失誤就會送命,這絕非危言聳昕。
這些年,王飛騰不斷尋找著新辦法,為探尋冰川保護路徑提供借鑒,延續冰川的“壽命”。他曾在天山1號冰川做過人工降雨增雪減緩冰川消融試驗,最新的設想則是把造雪機放到冰川上,嘗試將冰川融化形成的湖水直接造雪,反過來再保護冰川。
保護冰川這條路充滿艱辛,但王飛騰仍然初心不改。他說,這是一門冷學科,所以需要付出更多的熱情,而他愿意做一輩子的“冰川醫生”。