四川在線記者 徐登林 文/圖

※過去五年間,達古冰川冰面面積減小了69.64%,冰川消失了4條。

※土工織布當“被子”,15個月減緩冰川消融厚度達1.5米。

※新型納米材料當“被子”,初步估計能夠有效減緩80%左右的冰川消融。

※儲雪方案也是應對冰川變化就地取材的有效人工措施。

采集冰樣。徐登林 攝

搭游客巴士,坐觀光索道,爬亂石雪山。10月25日上午,經過2個多小時、變換3種上山方式后,達古冰川風景名勝區管理局科研處工作人員張伏終于來到17號冰川腳下。受中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍圈科學國家重點實驗室委托,他今天要圍繞17號冰川采集雪樣、冰樣、水樣。

全球變暖大背景下,冰川消融加速,作為全球海拔低,面積大,年紀輕,也是離中城市近的冰川,達古冰川也面臨這一問題。近年,達古冰川風景名勝區管理局聯合中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍圈科學國家重點實驗室,在景區17號冰川組織開展試驗,應用地球工程學措施給冰川“蓋被子”,試圖找到減緩冰川消融的人工干預方法。

冰川是冰凍圈的重要組成部分,它不僅是氣候變化的重要驅動因素之一,而且是反映氣候變化的記錄器和預警器。達古冰川“蓋被子”試驗,是全球寥寥幾個走向實踐的SRM(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示范效應。

10月15日,在達古冰川應對氣候變化與減緩冰川消融學術研討會上,達古冰川風景名勝區管理局局長文定清說,冰川“蓋被子”一年,減緩冰川消融厚度達1.5米,這為景區生態環境科學保護作出了有益探索,提供了思考空間,堅定了發展信心。

五年面積減小了69.64%,達古冰川正走向“消失”

達古冰川位于青藏高原向四川盆地過渡地帶,岷江上游,屬于長江流域。達古冰川屬于海洋型冰川或溫型冰川,是我國海洋型冰川緯度最北、最東的冰川分布區。據達古冰川風景名勝區管理局提供的相關資料顯示,作為罕見的現代山地冰川,達古冰川形成于第四紀冰期。

達古冰川被稱為“冰川遺跡百花園”。冰川侵蝕地貌包括冰斗、槽谷、刃脊、角峰、羊背石、冰川磨光面等;冰川堆積地貌有側磧堤、終磧堤、鼓丘等;冰川冰面地貌涵蓋了冰瀑、冰裂隙、冰面河、冰面湖、冰塔林、冰蘑菇等。達古冰川現存冰川10條,總面積為0.41平方千米,區域最大冰川面積為0.17平方千米,其中,已開發的17號冰川,現已分裂成3部分,冰川面積分別為0.043平方千米、0.048平方千米、 0.050平方千米。

中國氣象局成都氣象研究所二級研究員李躍清介紹,在全球氣候變暖下,近半個世紀以來,青藏高原主體增暖時間早、強度強、整體性好,川西高原和川渝盆地與此類似,不過時間、強度有一定差異,表現出復雜地形影響的局地化。“雖然氣候響應具有區域差異性,但青藏高原主體及其東部川西高原,以及東側川渝盆地的區域氣候都表現出變暖的主要特征。”李躍清強調。

“上個世紀90年代,我在黑水縣城上高中,每年過年前后縣城都要下大雪,老師就組織學生上街除雪,最近10多年,除了山上下雪,縣城幾乎停不起雪了。”黑水縣紀委監委駕駛員扎西說,他感覺這就是氣候變暖造成的。

受氣候變暖影響,中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍圈科學國家重點實驗室在2018年4月出具的《達古冰山(達古冰川原名)冰川旅游研究項目總結報告》顯示,過去五年間,達古冰川冰面面積減小了69.64%,冰川消失了4條。如果不加強保護,達古冰川區現有冰川資源將很快消耗殆盡。

中科院西北生態環境資源研究院冰凍圈科學國家重點實驗室副主任、研究員王飛騰表示,過去幾十年,隨著氣候變暖,全球各地的大多數冰川開始快速退縮。達古冰川屬于青藏高原東緣,典型的海洋性冰川,對氣候變化的響應尤為敏感,因此,應用人工手段減緩冰川消融尤為迫切。

2013年,達古冰川風景名勝區管理局就與中國科學院西北生態環境資源研究院合作,在冰川變化監測、冰川保護、冰川旅游及可持續發展等方面開展了一系列研究。2018年,達古冰川風景名勝區管理局與中科院西北生態環境資源研究院下設的冰凍圈國家重點實驗室合作,決定進行冰川消融實驗。

利用三維激光掃描儀對試驗區的冰川進行形態測量。中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍圈科學國家重點實驗室提供

太陽輻射帶來的溫度上升,是造成冰川消融的罪魁禍首,人工手段減緩冰川消融就離不開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,科學家們提出了很多SRM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,SRM理論上有潛力使地球降溫,但不確定性很強。

“被子”材料第一次選了土工織布

最新的IPCC(聯合國政府間氣候變化專門委員會)報告指出,至少到本世紀中期,全球地表溫度將繼續上升。除非未來幾十年內大幅減少二氧化碳和其他溫室氣體排放,否則21世紀的全球升溫將超過1.5℃和2℃。IPCC報告也指出,截至2020年,各國提交的“國家自主貢獻”所減排的溫室氣體,不足以將全球溫升嚴格控制在2℃之內。全世界部分科學家呼吁,要嚴肅考慮SRM的可行性。

去年8月5日,中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍圈科學國家重點實驗室20人的科研小分隊登上達古冰川做了一項科學試驗。研究團隊用在冰川表面鋪蓋隔熱反光材料的方式,在達古冰川海拔約5000米的冰川消融區建立了一個500平方米的冰川試驗區。這次,科研小組選取在冰川表面鋪蓋5至8毫米土工織布的方式進行試驗。此次試驗是中國科學家在面對冰川消融問題上首次應用地球工程學措施開展的科學試驗。

“目前,在應對冰川消融的工程措施方面,相關研究極少。之前國家從節能減排、阻止氣候變暖方面著手保護冰川,我們將這兩個問題合為一個行動方案,從具體方式直接針對冰川進行保護。”王飛騰解釋。

據王飛騰介紹,此前奧地利和瑞士都曾做過類似緩解雪場、冰川消融的試驗。科學家將白色的羊毛毯覆蓋在冰川上,通過遮擋和反射太陽輻射來達到緩解冰川消融的目的。“其效果還處于定性的描述上,沒有定量分析。”王飛騰說,所以他的研究團隊決定做一次試驗,驗證鋪設材料到底能對冰川消融產生多大緩解作用。

在達古冰川消融區鋪設試驗材料。中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍圈科學國家重點實驗室提供

“土工織布具有高反射率特點,能增強對太陽輻射的反射,從而限制冰川的凈輻射。同時土工織布減少了冰川與外界的感熱通量、潛熱通量,對冰川具有保溫作用。”王飛騰告訴記者,這次實驗用土工織布,考慮了成本問題。

鋪設土工織布施工時,王飛騰研究團隊帶領工人首先通過達古冰川纜車,將材料運輸至冰川海拔4860米處,然后再鋪設至施工作業區。覆蓋時,研究人員自海拔高處向低處鋪設,利用材料本身的重力向下滾動。整幅材料鋪設完畢后,相鄰的材料搭接在一起用沙袋壓好,鋪設時每間隔3米用拴著沙袋的繩索固定。

黑水縣城海拔2300米,達古冰川試驗區海拔5000多米,王飛騰研究團隊到黑水縣后,每次都是盡快上山,抓緊時間開展試驗。“我在冰川工作時,最怕天氣突變,冷是一方面,要命的是儀器無法工作,剛把幾十公斤儀器背到山上,后來還得背回去,第二天又得背上來,想想就累呀。”科研隊員徐春海博士說,很多同事臉上被紫外線曬傷,手掌或后背也磨破了。

“我們在冰川上安插一些桿子,根據兩個月里桿子露出多少,判斷冰川消融的高度。將這些與未覆蓋的地區進行對比分析就可得出鋪設隔熱材料的效果。”王飛騰說。

去年10月17日,王飛騰研究團隊再次抵達試驗區進行科考工作。考察發現,經過兩個多月時間,蓋“被子”區域的冰體消融速度明顯減慢,與未覆蓋區域的冰體相比,蓋“被子”能夠減緩冰川消融厚度達到1米,初步估計能夠減緩70%左右的冰川消融。

“新被子”用上最新納米材料

沒想到的是,王飛騰研究團隊給達古冰川蓋“被子”這一試驗經媒體報道后,吸引了大量游客,迎來了連續幾年的客流小高峰,盡管受疫情影響,去年景區游客首次突破20萬人次,今年游客繼續上升,實現了生態效益和經濟效益雙贏。

“我們的工作一方面是為了應對達古冰川的消融,更重要的是通過這一科研活動,非常直觀地向社會大眾宣傳保護冰川和保護環境這一理念。”王飛騰說,隨著這項工作的不斷宣傳報道,國內的科研人員和企業,也不斷加入到研究中來,今年南京大學的朱嘉教授團隊也加入到這項工作中來,他們愿意免費提供新型的納米材料共同推動這項試驗。

南京大學副教授朱斌是朱嘉教授團隊成員之一。他介紹,南京大學光熱調控中心近年積極研究面向冰川保護的輻射制冷技術,今年,該中心研制出一款新材料“聚合物納米纖維薄膜”,利用輻射制冷原理,進行一定的因地制宜改進,能夠實現低于環境溫度5℃至7℃的制冷效果。

“聚合物納米纖維薄膜”實戰效果如何?今年6月25日至8月15日,朱嘉教授團隊在天山烏魯木齊河源一號冰川面積100平方米區域進行試驗。試驗結果是,50天內冰層增厚140厘米。

朱斌總結說,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,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。

有了天山試驗的底氣,今年8月,王飛騰率領團隊在2020年冰川蓋“被子”區域旁邊又重新鋪設了2個500平方米左右的試驗場,其一繼續使用土工織布,其二使用了納米材料。

土工織布覆蓋的冰體。 徐登林 攝

試驗效果怎么樣?兩個月后,今年10月15日,王飛騰帶領研究團隊回到達古冰川。他們驚喜地發現,到目前,2020年實施的土工織布區域減緩冰川消融厚度達1.5米;而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%左右的冰川消融。

王飛騰一行此次試驗科考內容包括定量觀測冰川消融和探尋冰川保護與冰川旅游資源開發的相互作用,運用無人機、三維激光掃描技術等現代化技術手段觀測記錄2020年-2021年達古冰川試驗區冰川消融情況,全面尋求冰川保護與合理開發的耦合點。

就地取材,考慮人工堆雪

“納米材料相對土工織布,在延緩冰川消融上效果更好,現在可以下這個結論,但不足就是造價高。”王飛騰說,在達古冰川搞科研必須考慮性價比,土工織布的價格大約1元/平方米,納米薄膜材料價格大概是50元/平方米。

“我們一年的各種費用僅20萬元左右。”達古冰川風景名勝區管理局科研處處長黃仕海說,王飛騰研究團隊做冰川保護試驗,景區沒有專門的經費,只能靠他們自籌有限的經費開展科研活動。為節約試驗成本,在材料的選擇上,團隊做了大量的市場調研工作和室內數值模擬試驗,從數百種材料中,選擇出了性價比最高的材料。

納米材料覆蓋的冰體。徐登林 攝

為節約差旅成本,只要沒有重大任務,王飛騰研究團隊每次挑選三四名精干的科研人員,從蘭州開車700多公里,前往達古冰川。“其實我們團隊有很多人都想參加這個試驗,但是最多不能超過五個人,因為再增加一個人,就要多增加一輛車,費用也會增加很多。”王飛騰說。

“盡管投入幾乎為零,但達古冰川保護工作仍然不能停。”王飛騰介紹,2019年IPCC發布的《氣候變化中的海洋和冰凍圈特別報告》,2006年-2015年,全球山地冰川的總物質損失每年高達約490千克/平方米,對海平面上升的貢獻高達0.61±0.08 毫米/年。近年,王飛騰研究團隊應對冰川變化嘗試的人工措施包括人工增雨、提升反照率、實現物質平衡等。

測量冰川表面反照率。中國科學院西北生態環境資源研究院冰凍圈科學國家重點實驗室提供

王飛騰特別指出,降雪能顯著增加冰川表面反照率。因而,儲雪方案是應對冰川變化就地取材的有效人工措施。當然,方案要解決在什么地點儲雪、最佳隔熱材料、儲雪堆形狀等系列問題。他介紹,今年5月,其研究團隊在阿勒泰舉辦的“2021—2022國際雪聯越野滑雪FIS積分系列賽(阿勒泰站)”中就儲雪進行了技術指導,今年12月還將為北京首鋼大跳臺提供儲雪技術支撐。

“到目前,我們在達古冰川的實驗面積1500平方米,相對于0.41平方千米的總面積,無異于杯水車薪。”王飛騰向記者介紹,他已向達古冰川風景名勝區管理局提出,下一步可以在山上就地取材,冬春儲雪夏秋用,同樣可以實現冰川保護,關鍵是成本低,操作簡單。

“近年,達古冰川做了關于景區資源一系列的科研科考項目,給冰川蓋‘被子’實驗,只是在資源保護方面做了一個小小的嘗試。”文定清稱,景區還從基礎的資源調查到冰川地質、野生動物、民俗文化等方面,進行了大膽探索,力爭通過大量科研論證,為景區資源保護、合理開發、冰川旅游提供強力的科技支撐。