周廷儒先生对新生代环境及气候演化的研究与学术贡献

孔繁德

(河北环境工程学院,河北 秦皇岛 066102)

1 我国科学家在地学领域对四维空间的探索与研究

18世纪物理学和数学开展了四维空间的研究与探讨,并取得一些重要成果。20世纪以来,地学界也开始了对四维空间的探索与研究,欧美及前苏联的科学家对此开展了有益的探索与研究,并取得一些重要成果[1-2]。四度空间的研究,在地学领域体现在经度、纬度、海拔高度三个空间尺度和时间尺度的综合研究。在这个领域我国科学家在20世纪先后开展了不同时间尺度的探索,并取得世界公认的成果[3-10]。

在距今5 000年时间尺度的人类文明史中,竺可桢先生[11]开展了中国古代5 000年来气候变化的研究,研究成果得到了国内学术界的公认,并产生了世界性影响。在距今2 200万年,特别是2 403年以来,我国沉积了数百米厚的黄土,其中有多达数十个层次,包含了大量古环境、古气候信息,我国以刘东生先生为代表的科学家对此进行几十年不懈的探索和研究,获得与深海沉积、极地冰盖相呼应的第四纪古环境与气候演化的成果,为此,刘东生先生得到了国际奖励,也获得了我国最高科技奖。

对于距今6 500万年的新生代古环境与古气候,周廷儒先生开展了卓有成效的研究,提出“以古论今,预测未来”研究法则,开创了“以自然地理学为研究方向的新生代古地理”。周延儒先生的研究成果证明了青藏高原隆起是我国三大自然区发展演变的动力,提出了自然地理分区的发生学原则,解决了中国区域自然地理学最基本的理论问题。青藏高原被世界地学界公认是世界第三极,有关青藏高原的研究与探索具有世界意义。也为煤炭、石油、天然气、盐、石膏、外生铀矿等沉积矿床的勘探与开采提供了科学依据。周延儒先生的学术思想则对我国新生代地理环境演变各类具体问题的研究起着重要的引领和指导作用。

2 周廷儒先生在环境与气候演化领域的研究与探索历程

周廷儒先生1909年生于浙江省富阳县,1929年在中山大学地理系学习,1933年毕业获学士学位,留校工作。抗战爆发后于1938年在昆明西南联大史地系讲授普通自然地理,1940年到重庆前中央研究院地理研究所做研究工作,在大西南、大西北许多地方进行考察研究。1946年春赴美国加利福尼亚大学留学,1948年毕业并获硕士学位。1950年回国任北京师范大学地理系教授,1952—1983年任地理系主任,并于1980年当选中科院地学部学部委员(即现在的院士)。

周廷儒先生在北京师范大学地理系工作时,除长期主持全系教学科研的领导工作外,还亲自讲授地貌学、中国自然地理、古地理等课程。在此期间主持或参加了多次国家自然资源考察,1953—1955年,参加并主持了中国自然区划工作,先后完成了《中国地形区划草案》《中国综合自然区划草案》等专著,1956—1959年参加了中苏合作的新疆综合考察,取得一批珍贵的成果,发表了一些论文,主持撰写了《新疆地貌》。

通过上述长期的野外考察,周廷儒先生深刻地认识到自然环境具有自身的演化过程。因此,只有认识自然环境的演化历史,才能更全面、更深刻认识现代自然环境的特点及其发展规律,并预测今后自然环境演化的趋势[12]。在20世纪60年代初,周廷儒先生就率先提出自然地理学的环境演化研究方向,开创了古地理学。1960年在《北京师范大学学报》发表了《中国第三纪、第四纪以来地带性与非地带性的分化》,明确指出中国第三纪(古近纪与新近纪)以来自然环境发生的巨大变化,产生广泛而深刻的影响,并进而明确“研究过去是为了了解现在,也是为了更好地预测未来。”这篇论文在国内得到时任中科院副院长的竺可桢先生等一批地学科学家的认可及高度评价。

1988年周廷儒先生在《北京师范大学学报》上发表了《环境古地理学的发展方向——开展地理环境学的预测研究》,将环境及气候演化的研究与全球环境变化这一重大研究方向相结合,为古地理学的研究与教育开辟了新的方向与领域,适应并符合全球环境变化研究的趋势,使古地理学的环境及气候演化的科研教学工作上了新的台阶,进入世界地学重大研究课题的前沿。

3 周廷儒先生在新生代环境及气候演化方面的研究成果

周廷儒先生提出“研究过去是为了了解现在,也是为了更好地预测未来”[13]。后来,他还进一步作出了解释:“研究过去环境的发展和演化过程,是认识现代环境和预测未来环境发展趋势的前提与基础”[14]。这一学术思想与当今世界性科学前沿课题——全球变化研究的核心思想是一致的。

在上述学术思想和研究路线的指导下,周廷儒先生1960年起探索出中国新生代环境及气候演化的规律及特点[15-18]:

第三纪(古近纪与新近纪),即距今6 500万年～300万年之间,白垩纪燕山运动结束后,中国有一个构造稳定阶段(老第三纪或古近纪),在各地准平原化作用下,中国全部大陆均属于行星风系的环境形式。当时中国大陆的气候带分为热带、亚热带、暖温带,自南而北整齐分布,对应的自然带是热带常绿阔叶林地带、亚热带疏林草原和荒漠地带、暖温带落叶阔叶林地带。渐新世后期,发生了喜马拉雅运动,其最强烈的垂直运动是发生在晚第三纪(新近纪)末期和第四纪初期。喜马拉雅运动使得大陆性气候加强,建立起大陆与大洋的对比关系,形成的季风环流形式取代了老第三纪(古近纪)的行星环流风系形式。中国位于欧亚大陆的东南部,受这种非地带性变化和季风引起的西风急流的动力作用影响显著,极大地改变了中国气候要素的时间组合方式和空间分布规律。到了距今300万年以来的第四纪,中国东部季风区、西北内陆干旱区及青藏高原高寒区的分异更加明显,特点各异。

在第四纪时期里,我国位于大陆冰川外围。东部季风区温湿期温度增高,雨量较多,地表径流相当活跃,化学风化作用强烈,海平面上升。冬春气候变得和缓。长时间亲潮势力衰退,北太平洋亚热带高压加强,形成亚热带大规模反气旋,中纬度以南海流速度加强,海水温度升高,这就使我国东南沿海的大雨和暴流作为雕塑堆积地貌的强大营力。寒冷阶段,北极区大陆冰川扩展,永冻带、苔原带到达我国东北区。全部气候带向赤道方向移动,海水东退,大陆度增加,北方风积作用变强,而南方继续进行富铝化的风化作用。第四纪晚期,西伯利亚寒流冬季常侵入我国境内,使得我国大陆的气候带向南移动达4个纬度之多。全新世以来,气候转暖,西伯利亚冰川开始消退,各个地带向北迁移,恢复到更新世中期的位置。

西北干旱区在整个第四纪时期,已形成明显的内陆性和干燥性的自然地理环境。内蒙部分向半干燥的草原方向发展,而新疆的大部分是向着干燥荒漠方向发展。

青藏高原干寒区在第四纪初继续上升,但幅度并不很大。高山隆起屏障了东南亚季风环流深入高原内部,使高山冰川面积缩小,湖泊变咸,原有岩溶的峰林地貌遭受寒冻和风力破坏。藏北永久冻土的面积扩大。高原面上的植被大部分属于贴生在地面的疏生垫状植物,高原动物群仍属于古北区,动物身披厚毛,啮食贫瘠草类使鄂骨发达。

4 周廷儒先生在环境及气候演化研究中的作用和贡献

4.1 创立古地理学科,开创环境及气候演化的探索与研究

经多年的酝酿与准备,1960年周廷儒先生发表了《中国第三纪第四纪以来地带性与非地性的分化》,创立了古地理学,同时开创了新生代环境及气候演化的探索与研究。中科院资深院士刘东生先生称:“他在1960—1989年近30年的时间不遗余力地发展古地理学,他是这门学科的一位孜孜不倦的倡导者,也是一位被人们衷心拥护的奠基人。”[19]冰川学家施雅风院士则称之为“古地理研究中伟大的集成创新”[20]。

4.2 培养了一批从事古地理学、环境及气候演化的科技人才

1963年,经高等教育部批准,北京师范大学地理系建立新生代古地理研究室,组成了研究团队,编写了有关的古地理学教材,同时开设了有关课程,并开始招收研究生。1979年招收硕士研究生,1985年招收博士研究生,为开展新生代古地理、环境及气候演化培养了一批宝贵的人才。并先后完成了《古地理学》《中国自然地理(古地理)》等教材与专著[21-22],成立了孢粉、碳十四等6个有关实验室,全面恢复并推进了环境及气候演化的研究与研究工作,并先后取得一批研究成果。

4.3 为当前研究全球变化提供了宝贵的地球自然环境及气候演化的背景值

周廷儒先生对6 500万年以来的中国新生代自然环境及气候演化研究取得了重要的成果。这些成果是目前全球演化的历史背景值,非常必要,十分宝贵。在新生代环境及气候演化的研究中应用的一些方法也值得当代人在研究全球变化中借鉴。

4.4 周廷儒先生对新生代自然环境及气候演化的研究还促进一些新学科的产生与发展

20世纪80年代,周廷儒先生的学生就开展了自然灾害的研究,并取得一批成果,1994年6月国家教委批准北京师范大学新生代古地理研究室和自然灾害研究室合并组建了环境演化与自然灾害教育部重点实验室。

面向全球变化研究的世界潮流和国家需要,北京师范大学地理系部分教师开设环境演化、全球变化等课程,并编写出版了高等教育“九五”国家教委重要教材,面向21世纪教材《全球变化》,这是国内第一本全球变化教材,2001年获北京市教学二等奖。